邊緣計算，走向邊緣智能
摘要: 云計算正當(dāng)紅。而霧計算則跳出來公開挑戰(zhàn)，甚至霾計算也會拿出來講笑話。這會成為一種主流意義的計算，還是只是追求一種概念的對應(yīng)？正是討論和實(shí)踐齊飛之時，“邊緣計算”殺入戰(zhàn)局，成為另一個令人眼花繚亂的概 ...
| 云計算正當(dāng)紅。而霧計算則跳出來公開挑戰(zhàn)，甚至霾計算也會拿出來講笑話。這會成為一種主流意義的計算，還是只是追求一種概念的對應(yīng)？正是討論和實(shí)踐齊飛之時，“邊緣計算”殺入戰(zhàn)局，成為另一個令人眼花繚亂的概念。2016年11月在北京成立了以華為、沈陽自動化所、Intel、ARM、信通院、軟通動力六家創(chuàng)始企業(yè)發(fā)起的邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(Edge Computing Consortium)，一時成為大家關(guān)注的熱點(diǎn)。 從分布式數(shù)計算開始 邊緣計算并非是一個新鮮詞。作為一家內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)CDN和云服務(wù)的提供商AKAMAI，早在2003年就與IBM合作“邊緣計算”。作為世界上最大的分布式計算服務(wù)商之一，當(dāng)時它承擔(dān)了全球15-30%的網(wǎng)絡(luò)流量。在其一份內(nèi)部學(xué)習(xí)項(xiàng)目中即提出“邊緣計算”的目的和解決問題，并通過AKAMAI與IBM在其WebSphere上提供基于邊緣Edge的服務(wù)。 工四100術(shù)語定義 與將數(shù)據(jù)放在遠(yuǎn)程云端的云計算相比，邊緣計算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務(wù)。其應(yīng)用程序在邊緣側(cè)發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，滿足行業(yè)在實(shí)時業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的基本需求。邊緣計算處于物理實(shí)體和工業(yè)連接之間，或處于物理實(shí)體的頂端。而云端計算，仍然可以訪問邊緣計算的歷史數(shù)據(jù)。 注：該定義局部內(nèi)容源自沈自所所長于海斌等 對物聯(lián)網(wǎng)而言，邊緣計算技術(shù)取得突破，意味著許多控制將通過本地設(shè)備實(shí)現(xiàn)而無需交由云端，處理過程將在本地邊緣計算層完成。這無疑將大大提升處理效率，減輕云端的負(fù)荷。由于更加靠近用戶，還可為用戶提供更快的響應(yīng)，將需求在邊緣端解決。 邊緣計算 vs 云計算 在國外，以思科為代表的網(wǎng)絡(luò)公司以霧計算為主。思科已經(jīng)不再成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的創(chuàng)立成員，但卻集中精力主導(dǎo)OpenFog開放霧聯(lián)盟。 無論是云、霧還是邊緣計算，本身只是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、智能制造等所需要計算技術(shù)的一種方法或者模式。嚴(yán)格講，霧計算和邊緣計算本身并沒有本質(zhì)的區(qū)別，都是在接近于現(xiàn)場應(yīng)用端提供的計算。就其本質(zhì)而言，都是相對于云計算而言的。  圖1 云計算的范式  圖2邊緣計算的范式 從二者的計算范式可以看出來，邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)計算，一下子變得豐富起來。這里產(chǎn)生了全新的想象空間。 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用催生 全球智能手機(jī)的快速發(fā)展，推動了移動終端和“邊緣計算”的發(fā)展。而萬物互聯(lián)、萬物感知的智能社會，則是跟物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展相伴而生，邊緣計算系統(tǒng)也因此應(yīng)聲而出。  圖3 邊緣計算在整個計算中的位置 事實(shí)上，物聯(lián)網(wǎng)的概念已經(jīng)提出有超過15年的歷史，然而，物聯(lián)網(wǎng)卻并未成為一個火熱的應(yīng)用。一個概念到真正的應(yīng)用有一個較長的過程，與之匹配的技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)備的成本、接受程度、試錯過程都是漫長的，因此往往不能很快形成大量使用的市場。  圖4 Gartner技術(shù)成熟曲線 根據(jù)Gartner的技術(shù)成熟曲線理論來說，在2015年IoT從概念上而言，已經(jīng)到達(dá)頂峰位置。因此，物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用也開始加速。因此未來5-10年內(nèi)IoT會進(jìn)入一個應(yīng)用爆發(fā)期，邊緣計算也隨之被預(yù)期將得到更多的應(yīng)用。 邊緣計算的架構(gòu) 在中國，邊緣計算聯(lián)盟ECC正在努力推動三種技術(shù)的融合www.cechina.cn，也就是OICT的融合（運(yùn)營Operational、信息Information、通訊Communication Technology）。而其計算對象，則主要定義的了四個領(lǐng)域，第一個是設(shè)備域的問題，目前出現(xiàn)的純粹的IoT設(shè)備，跟自動化的I/O采集相比較而言，有不同但也有重疊局部。那些可以直接用于在頂層優(yōu)化CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，而并不參與控制本身的數(shù)據(jù)，是可以直接放在邊緣側(cè)完成處理；第二個是網(wǎng)絡(luò)域。在傳輸層面，直接的末端IoT數(shù)據(jù)、與來自自動化產(chǎn)線的數(shù)據(jù)，其傳輸方式、機(jī)制、協(xié)議都會有不同www.cechina.cn，因此，這里要解決傳輸?shù)臄?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)問題，當(dāng)然，在OPC UA架構(gòu)下可以直接的訪問底層自動化數(shù)據(jù)，但是，對于Web數(shù)據(jù)的交互而言，這里會存在IT與OT之間的協(xié)調(diào)問題，盡管有一些領(lǐng)先的自動化企業(yè)已經(jīng)提供了針對Web方式數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)制，但是，大局部現(xiàn)場的數(shù)據(jù)仍然存在這些問題。第三是數(shù)據(jù)域，數(shù)據(jù)傳輸后的數(shù)據(jù)存儲、格式等這些數(shù)據(jù)域需要解決的問題，也包括數(shù)據(jù)的查詢與數(shù)據(jù)交互的機(jī)制和策略問題都是在這個領(lǐng)域里需要考慮的問題。 最后一個，也是最難的應(yīng)用域，這個可能是目前最為難以解決的問題，針對這一領(lǐng)域的應(yīng)用模型尚未有較多的實(shí)際應(yīng)用。 邊緣計算聯(lián)盟ECC對于邊緣計算的參考架構(gòu)的定義，包含了設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)與應(yīng)用四域，平臺提供者主要提供在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)（包括總線）、計算能力、數(shù)據(jù)存儲與應(yīng)用方面的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施。  圖5 邊緣計算參考架構(gòu)1.0 而從產(chǎn)業(yè)價值鏈整合角度而言，ECC提出了CROSS，即在敏捷聯(lián)接（Connection）的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)實(shí)時業(yè)務(wù)（Real-time）、數(shù)據(jù)優(yōu)化（Data Optimization）、應(yīng)用智能（Smart）、安全與隱私保護(hù)（Security），為用戶在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)帶來價值和機(jī)會，也就是聯(lián)盟成員要關(guān)注的重點(diǎn)。 計算的本質(zhì) 自動化事實(shí)上是一個以“控制”為核心�？刂剖腔凇靶盘枴钡模坝嬎恪眲t是基于數(shù)據(jù)進(jìn)行的，更多意義是指“策略”、“規(guī)劃”，因此，它更多聚焦于在“調(diào)度、優(yōu)化、路徑”。就像對全國的高鐵進(jìn)行調(diào)度的系統(tǒng)一樣，每增加一個車次減少都會引發(fā)調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)整，它是基于時間和節(jié)點(diǎn)的運(yùn)籌與規(guī)劃問題。邊緣計算在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用更多是這類“計算”。 簡單地說CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，傳統(tǒng)自動控制基于信號的控制，而邊緣計算則可以理解為“基于信息的控制”。 值得注意的是，邊緣計算、霧計算雖然說的是低延時，但是其50mS、100mS這種周期對于高精度機(jī)床、機(jī)器人、高速圖文印刷系統(tǒng)的100μS這樣的“控制任務(wù)”而言，仍然是非常大的延遲的，邊緣計算所謂的“實(shí)時”，從自動化行業(yè)的視角來看——很不幸，依然被歸在“非實(shí)時”的應(yīng)用里的。  圖6 云計算—邊緣計算區(qū)分處理數(shù)據(jù) “邊緣計算”產(chǎn)業(yè) 邊緣計算是在高帶寬、時間敏感型、物聯(lián)網(wǎng)集成這個背景下發(fā)展起來的技術(shù)，“Edge”這個概念的確較早為包括ABB、BR、Schneider、KUKA這類自動化/機(jī)器人廠商所提及，其本意是涵蓋那些“貼近用戶與數(shù)據(jù)源的IT資源”。這是屬于從傳統(tǒng)自動化廠商向IT廠商延伸的一種設(shè)計，2016年4月5日Schneider已經(jīng)號稱可以為邊緣計算定義了物理基礎(chǔ)設(shè)施——盡管，主打的還是其“微數(shù)據(jù)中心”的概念。而其它自動化廠商提及計算，都是表現(xiàn)出與IT融合的一種趨勢，并且同時具有邊緣與泛在的概念在其中。 IT與OT事實(shí)上也是在相互滲透的，自動化廠商都已經(jīng)開始在延伸其產(chǎn)品中的IT能力，包括Bosch、SIEMENS、GE這些大的廠商在信息化、數(shù)字化軟件平臺方面，也包括了像貝加萊、羅克韋爾等都在提供基礎(chǔ)的IoT集成、Web技術(shù)的融合方面的產(chǎn)品與技術(shù)。事實(shí)上IT技術(shù)也開始在其產(chǎn)品中集成總線接口、HMI功能的產(chǎn)品，以及工業(yè)現(xiàn)場傳輸設(shè)備網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)等產(chǎn)品。 IoT被視為未來快速成長的一個領(lǐng)域，包括最前沿的已經(jīng)出現(xiàn)了各種基于Internet的技術(shù)，高通已經(jīng)提出了Internet of Everything—可以稱為IoX。因此新一個產(chǎn)業(yè)格局呼之欲出，邊緣計算聯(lián)盟ECC的邊界定義而言，華為其主旨在提供計算平臺，包括基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)、云、邊緣服務(wù)器、傳輸設(shè)備與接口標(biāo)準(zhǔn)等，而Intel、ARM則提供為邊緣計算的芯片與處理能力保障，信通院則扮演傳輸協(xié)議與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的集成，而沈陽自動化所、軟通動力則扮演實(shí)際應(yīng)用的角色。 但是，邊緣計算/霧計算要落地，尤其是在工業(yè)中，“應(yīng)用”才是最為核心的問題，所謂的IT與OT的融合，更強(qiáng)調(diào)在OT側(cè)的應(yīng)用，即運(yùn)營的系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。 大融合下的大分工 在工業(yè)領(lǐng)域，邊緣應(yīng)用場景包括能源分析、物流規(guī)劃、工藝優(yōu)化分析等。就生產(chǎn)任務(wù)分配而言，需根據(jù)生產(chǎn)訂單為生產(chǎn)進(jìn)行最優(yōu)的設(shè)備排產(chǎn)排程，這是APS或者廣義MES的基本任務(wù)單元，需要大量計算。這些計算是靠具體MES廠商的軟件平臺控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，還是“邊緣計算”平臺—基于Web技術(shù)構(gòu)建的分析平臺，在未來并不會存在太多差別。從某種意義上說MES系統(tǒng)本身是一種傳統(tǒng)的架構(gòu)，而其核心既可以在專用的軟件系統(tǒng)，也可以存在于云、霧或者邊緣側(cè)。 在這樣的應(yīng)用場景，總體而言，在整個智能制造、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中，各自分工如下。 自動化廠商提供“采集”，包括數(shù)據(jù)源的作用，這是利用自動化已經(jīng)在分布式I/O采集、總線互聯(lián)、以及控制機(jī)器所產(chǎn)生的機(jī)器生產(chǎn)、狀態(tài)、質(zhì)量等原生“信息”。  圖7 邊緣計算（橙色局部）的連接架構(gòu) ICT廠商則提供“傳輸”，實(shí)現(xiàn)工業(yè)連接。因?yàn)樵谌绾翁峁⿺?shù)據(jù)的傳輸、存儲、計算方面，ICT廠商有其傳統(tǒng)優(yōu)勢，包括成本方面，已經(jīng)云平臺的優(yōu)勢。 傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)的業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)和知識，則為分析軟件（獨(dú)立的或者企業(yè)內(nèi)部）廠商提供“分析”的依據(jù)。這些業(yè)務(wù)過程的理解，仍然是必不可少。產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同，終極目標(biāo)，仍然是解決“質(zhì)量、成本、交付”的核心問題。 后記 將“物”納入智能互聯(lián)，借助運(yùn)營技術(shù)OT與信息與通訊技術(shù)ICT的深度協(xié)作與融合，觸發(fā)生產(chǎn)及商業(yè)模式創(chuàng)新，對整個價值鏈帶來長遠(yuǎn)深刻的影響。邊緣計算，或許正在變得跟工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一樣，成為影響未來工業(yè)格局的重要推手。 標(biāo)簽:邊緣計算，物聯(lián)網(wǎng)，霧計算，云計算， “能效高手”揭曉 第一屆臺達(dá)杯兩岸高校自動化設(shè)計大賽成果豐碩 7月19日，“發(fā)現(xiàn)能效高手 第一屆臺達(dá)杯兩岸高校自動化設(shè)計大賽”頒獎典禮于臺達(dá)吳江廠區(qū)隆重舉行，上海理工大學(xué)“尚理團(tuán)隊(duì)”、成都信息工程學(xué)院“睿優(yōu)綠能”、福建工程學(xué)院“為了隊(duì)伍”、杭州電子科技大學(xué)“三槍隊(duì)”、南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院“能電隊(duì)”五個團(tuán)隊(duì)獲頒特等獎。獲獎方案內(nèi)容涵蓋電機(jī)節(jié)能、空調(diào)節(jié)能、廢棄物處理、驅(qū)動控制、太陽能追蹤系統(tǒng)等領(lǐng)域，評審專家表示這些設(shè)計方案不僅節(jié)能效果顯著，且有較好的推廣應(yīng)用和市場前景。 邊緣計算，走向邊緣智能 | 責(zé)任編輯：蟲子 |