2. 边缘计算架构：端-边-云参考架构与核心角色
边缘计算并非单一设备或技术，而是一套从数据产生到云端汇聚的分布式计算体系。理解其参考架构是设计可靠边缘系统的前提。本章围绕“端-边-云”三层模型，拆解各层职责、边缘节点的分类以及边缘网关的关键角色。
2.1 边缘计算参考架构：端-边-云三层模型
业界公认的边缘计算参考架构由端侧（End）、边侧（Edge）和云侧（Cloud）三层组成。数据从采集到决策，依次经过这三层，每层承担不同的计算、存储与网络职能。
核心原则：数据在靠近源头的位置完成预处理与实时响应，仅将聚合后的关键结果或长期数据上传云端，从而降低延迟、节省带宽、保障数据隐私。
2.2 边缘节点的分类
边缘节点是部署在边侧的计算实体，根据硬件形态、部署位置和算力等级，可划分为以下三类：
| 分类 | 典型硬件 | 算力范围 | 部署位置 | 典型场景 |
|---|---|---|---|---|
| 轻量边缘节点 | ARM Cortex-A系列、RISC-V SoC | 0.1~1 TOPS | 设备内部、传感器附近 | 数据采集、简单滤波、协议转换 |
| 中等边缘节点 | x86工控机、NVIDIA Jetson Nano | 1~20 TOPS | 车间、路边机柜、楼宇弱电间 | 实时推理、本地决策、短时缓存 |
| 高性能边缘节点 | 边缘服务器、GPU工作站 | 20~200+ TOPS | 区域汇聚点、小型数据中心 | 多路视频分析、模型推理、数据聚合 |
选型建议：本课程实战项目使用中等边缘节点（如树莓派 4B 或 x86 工控机），既能运行 Python HTTP 服务，又能承载 SQLite 本地存储与轻量仪表盘，是学习边缘计算的最佳平衡点。
2.3 边缘网关的核心角色
边缘网关是边侧架构中的中枢设备，承担着连接端侧设备与云侧平台的关键桥梁作用。它不仅是数据通道，更是计算与策略的执行点。
2.3.1 边缘网关的五大核心职能
- 多协议接入与转换：端侧设备使用 Modbus、CAN、MQTT、OPC UA、BACnet 等异构协议，网关将其统一转换为 HTTP/REST 或 MQTT 标准格式，供上层消费。
- 数据预处理与过滤：在本地完成去重、异常值剔除、时间戳对齐、滑动窗口聚合，减少无效数据上传量。
- 本地实时决策：基于规则引擎或轻量模型，在断网或高延迟场景下独立执行控制逻辑（如超温报警、阈值触发）。
- 本地缓存与断点续传：当云侧不可达时，将数据暂存于本地 SQLite/InfluxDB，网络恢复后按序补传。
- 安全隔离与访问控制：作为端侧的第一道安全屏障，执行设备认证、流量过滤、TLS 终止，防止非法设备直接攻击云端。
2.3.2 边缘网关在 HTTP API 数据解析中的位置
在本课程实战中，边缘网关运行 Python 编写的 HTTP 服务，承担以下具体职责：
- 接收端侧设备通过 HTTP POST 上报的 JSON 数据（温度、湿度、振动等）。
- 解析并校验数据格式，提取有效字段，丢弃异常报文。
- 将解析后的数据写入本地 SQLite 数据库，同时推送到内存队列供实时仪表盘消费。
- 每 30 秒将聚合统计（均值、最大值、最小值）通过 HTTP PUT 上传至云侧 API。
常见误区：不要将边缘网关等同于“透传盒子”。真正的边缘网关必须包含本地计算逻辑，即使云侧完全断连，也能独立完成数据存储与本地报警。透传模式会丧失边缘计算的核心价值。