全球已經(jīng)掀起工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮，在這一轉(zhuǎn)型過程中，數(shù)字化是基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)化是支撐，智能化是目標(biāo)。邊緣計(jì)算是在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，構(gòu)建融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力的分布式開放體系。通過邊緣計(jì)算能夠“就近”提供邊緣智能服務(wù)，滿足工業(yè)在敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算在關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)組織上展現(xiàn)了新的發(fā)展熱點(diǎn)，需要我們認(rèn)真研判并從頂層設(shè)計(jì)、技術(shù)布局、標(biāo)準(zhǔn)制定與開源推進(jìn)等方面抓好發(fā)力點(diǎn)，全面布局發(fā)展。
“現(xiàn)場級”計(jì)算能力面臨的艱巨挑戰(zhàn)
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣計(jì)算能夠解決工業(yè)現(xiàn)場大量異構(gòu)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)帶來的復(fù)雜性問題。工業(yè)的生產(chǎn)屬性體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是工業(yè)現(xiàn)場的復(fù)雜性。由于工業(yè)需要面向市場需求生產(chǎn)多樣化的產(chǎn)品，同時(shí)工業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展是積累和逐步升級的過程，決定了工業(yè)現(xiàn)場必然是復(fù)雜和多樣的。例如，目前在工業(yè)現(xiàn)場存在30種以上的不同通信協(xié)議。工業(yè)設(shè)備之間的連接需要邊緣計(jì)算提供“現(xiàn)場級”的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)各種制式的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議相互轉(zhuǎn)換、互聯(lián)互通，同時(shí)又能夠應(yīng)對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署與配置、網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)等方面的艱巨挑戰(zhàn)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣計(jì)算要解決工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)性和可靠性問題。工業(yè)生產(chǎn)屬性的第二個(gè)主要特征是工業(yè)系統(tǒng)控制和執(zhí)行對計(jì)算能力的實(shí)時(shí)性和可靠性都有著更為嚴(yán)格的要求。在工業(yè)控制的部分場景，計(jì)算處理的時(shí)延要求在10ms以內(nèi)。如果數(shù)據(jù)分析和控制邏輯全部在云端實(shí)現(xiàn)，難以滿足業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性要求。同時(shí)，在工業(yè)生產(chǎn)中要求計(jì)算能力具備不受網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬和負(fù)載影響的“本地存活”能力，避免斷網(wǎng)、時(shí)延過大等意外因素對實(shí)時(shí)性生產(chǎn)造成影響。邊緣計(jì)算在服務(wù)實(shí)時(shí)性和可靠性方面能夠滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求。
邊緣計(jì)算需要提供工業(yè)轉(zhuǎn)型升級所需的“設(shè)備開放，數(shù)據(jù)共享”的新能力。當(dāng)前工廠內(nèi)部的大部分工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備還是“啞設(shè)備”，這些設(shè)備一方面通常采用軟硬件一體化封閉系統(tǒng)，這就造成設(shè)備采集的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)無法共享出來；另一方面，由于設(shè)備廠家的多樣性，使得設(shè)備數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)不一致，相互之間無法互認(rèn)，數(shù)據(jù)無法發(fā)揮更大的作用。實(shí)際上，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)所要求的智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制和服務(wù)化延伸，都需要邊緣計(jì)算改變工業(yè)現(xiàn)場“啞設(shè)備”的情況，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的開放和統(tǒng)一。
從概念推廣期到產(chǎn)業(yè)布局期
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算的研究從2016年左右開始，在經(jīng)過了概念推廣期之后，目前正在快速進(jìn)入產(chǎn)業(yè)布局期。龍頭企業(yè)、高校和研究機(jī)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化組織等對邊緣計(jì)算技術(shù)從高度關(guān)注到積極布局，呈現(xiàn)出以下發(fā)展熱點(diǎn)。
一是ICT企業(yè)立足自身優(yōu)勢，從芯片、設(shè)備、軟件、網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)方向布局邊緣計(jì)算。2018年，英特爾推出了“至強(qiáng)D-2100”處理器，該系統(tǒng)芯片（SoC）處理器旨在滿足受限于空間和功率的邊緣應(yīng)用需求。恩智浦等半導(dǎo)體公司也將基于ARM的Layerscape系列處理器與微軟Azure IoT集成以實(shí)現(xiàn)安全的邊緣計(jì)算解決方案。華為、思科等設(shè)備廠家從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備著手，已經(jīng)推出能夠提供邊緣計(jì)算能力的工業(yè)網(wǎng)關(guān)，利用虛擬化、軟件定義等技術(shù)打造可加載不同應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣側(cè)能力。特別是在邊緣側(cè)提供智能化能力是目前業(yè)內(nèi)探索和布局的重點(diǎn)方向。高通公司在驍龍845芯片中加入第三代移動(dòng)人工智能平臺，為開發(fā)者提供深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需要的工具。美國NI公司通過對邊緣節(jié)點(diǎn)收集到的設(shè)備信息進(jìn)行模型訓(xùn)練和驗(yàn)證，利用機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)的優(yōu)化商業(yè)決策。
二是邊緣計(jì)算在推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展上，目前形成了兩條較為清晰的技術(shù)路線。首先，通過ICT基礎(chǔ)設(shè)施的“下沉”為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供計(jì)算能力，較為典型的實(shí)現(xiàn)是邊緣云的部署。邊緣云技術(shù)將傳統(tǒng)的集中式數(shù)據(jù)中心演化成小的數(shù)據(jù)中心部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，為工業(yè)用戶提供按需的計(jì)算能力。2017年底，中國聯(lián)通和英特爾、騰訊等聯(lián)合建設(shè)成業(yè)界首個(gè)邊緣數(shù)據(jù)中心測試床，并計(jì)劃在未來幾年建成6000個(gè)邊緣數(shù)據(jù)中心。其次，通過對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的升級改造，打造具有計(jì)算能力、可為第三方服務(wù)應(yīng)用提供開放接口的邊緣設(shè)備，較為典型的實(shí)現(xiàn)是工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)。
亞馬遜公司發(fā)布“AWS Greengrass”邊緣側(cè)軟件，將AWS云服務(wù)的各項(xiàng)功能無縫擴(kuò)展至工業(yè)設(shè)備；航天云網(wǎng)公司推出一款連接其自身INDICS工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)“Smart IoT”產(chǎn)品，提供采集、轉(zhuǎn)換、處理和傳輸不同廠商品牌工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)、工廠OT組網(wǎng)和通信協(xié)議轉(zhuǎn)化等功能。
三是產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算發(fā)展、構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)方面發(fā)揮越來越重要的作用。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算的發(fā)展基礎(chǔ)在技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新，而關(guān)鍵在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）、邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等產(chǎn)業(yè)組織正在通過發(fā)布白皮書、制定團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)、推動(dòng)開源軟件部署、通過測試場推進(jìn)技術(shù)成熟和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等方式，快速推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)影響力不斷增強(qiáng)。
推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算的發(fā)力點(diǎn)
目前全球范圍內(nèi)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算的發(fā)展正處于技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵期和企業(yè)搶占主導(dǎo)權(quán)的機(jī)遇期，為了推動(dòng)我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算的發(fā)展，需要從以下幾個(gè)方面考慮。
一是持續(xù)推進(jìn)理論技術(shù)創(chuàng)新，加速邊緣智能、云邊協(xié)同等核心技術(shù)研發(fā)。推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算技術(shù)體系的發(fā)展，很重要的一個(gè)發(fā)力點(diǎn)是對理論技術(shù)基礎(chǔ)的研究與完善，重點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面：加強(qiáng)研究軟件定義機(jī)器、虛擬化、容器等邊緣計(jì)算所必需的關(guān)鍵技術(shù)；重點(diǎn)突破可跨越不同環(huán)境進(jìn)行移植的統(tǒng)一輕量級操作系統(tǒng)；研發(fā)設(shè)計(jì)適合于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的輕量級算法、程序庫、編程模型、開發(fā)框架和工具包；研究制定工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣側(cè)計(jì)算的架構(gòu)模型、部署方式等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；加強(qiáng)探索邊緣計(jì)算技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。
二是突出應(yīng)用引領(lǐng)，推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算的成熟方案部署和應(yīng)用。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算能否快速發(fā)展關(guān)鍵在于工業(yè)企業(yè)的應(yīng)用?？梢酝ㄟ^政府引導(dǎo)、企業(yè)合作、采取優(yōu)秀案例評選、示范應(yīng)用等方式，推動(dòng)目前較為成熟的基于邊緣計(jì)算的工業(yè)視覺、工業(yè)機(jī)器人控制等方案在工業(yè)部分行業(yè)的先行先用，帶動(dòng)規(guī)模化部署。
三是依托產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，推進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定與開源軟件開發(fā)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算仍處于發(fā)展的初期，推動(dòng)其健康、有序、快速發(fā)展，既需要逐步完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，又需要提供面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)典型場景的開源基礎(chǔ)軟件，降低應(yīng)用技術(shù)的門檻，培養(yǎng)相關(guān)的人才。而依托產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟搭建的產(chǎn)業(yè)合作平臺，充分發(fā)揮產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟產(chǎn)業(yè)鏈條完整、迭代發(fā)展速度快的優(yōu)勢，來推動(dòng)建立統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，開展相應(yīng)的開源項(xiàng)目，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。（中國信息通信研究院 時(shí)曉光 羅松）
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