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全球已經掀起工業數字化轉型的浪潮，在這一轉型過程中，數字化是基礎，網絡化是支撐，智能化是目標。邊緣計算是在靠近物或數據源頭的網絡邊緣側，構建融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的分布式開放體系。通過邊緣計算能夠“就近”提供邊緣智能服務，滿足工業在敏捷聯接、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。工業互聯網邊緣計算在關鍵技術和產業組織上展現了新的發展熱點，需要我們認真研判并從頂層設計，技術布局，標準制定與開源推進等方面抓好發力點，全面布局發展。
工業互聯網邊緣計算解決的痛點問題
邊緣計算是一種分散式運算的架構，通過在網絡邊緣側匯聚網絡、計算、存儲、應用、智能等五類資源，提高網絡服務性能、開放邊緣數據，激發新模式和新業態。工業互聯網中的邊緣計算既解決了工業生產中面臨的現實問題，又能夠為工業的轉型發展提供新能力，是現階段國內外工業互聯網關注的焦點之一。
工業互聯網的邊緣計算能夠解決工業現場大量異構設備和網絡帶來的復雜性問題。工業的生產屬性體現在兩個方面，一是工業現場的復雜性。由于工業需要面向市場需求生產多樣化的產品，同時工業生產力的發展是積累和逐步升級的過程，決定了工業現場必然是復雜和多樣的。例如，目前在工業現場存在30種以上的不同通信協議。工業設備之間的連接需要邊緣計算提供“現場級”的計算能力，實現各種制式的網絡通信協議相互轉換，互聯互通，同時又能夠應對異構網絡部署與配置、網絡管理與維護等方面的艱巨挑戰。
工業互聯網的邊緣計算要解決工業生產的實時性和可靠性問題。工業生產屬性的第二個主要特征是工業系統控制和執行對計算能力的實時性和可靠性都有著更為嚴格的要求。在工業控制的部分場景，計算處理的時延要求在10ms以內。如果數據分析和控制邏輯全部在云端實現，難以滿足業務的實時性要求。同時，在工業生產中要求計算能力具備不受網絡傳輸帶寬和負載影響的“本地存活”能力，避免斷網、時延過大等意外因素對實時性生產造成影響。邊緣計算在服務實時性和可靠性能夠滿足工業互聯網的發展要求。
邊緣計算需要提供工業轉型升級所需的“設備開放，數據共享”的新能力。當前工廠內部的大部分工業生產設備還是“啞設備”，這些設備一方面通常采用軟硬件一體化封閉系統，這就造成設備采集的生產過程數據無法共享出來，另一方面，由于設備廠家的多樣性，使得設備數據的標準不一致，相互之間無法互認，數據無法發揮更大的作用。實際上，工業互聯網所要求的智能化生產、網絡化協同、個性化定制和服務化延伸，都需要邊緣計算改變工業現場“啞設備”的情況，實現數據的開放和統一。
工業智能呼喚“邊緣-云協同”的新模式。工業互聯網的邊緣節點擁有大量、實時、完整的數據。例如，AT&T預估自動駕駛汽車每小時產生3.6TB的數據量，美國部署了3000余萬個監控攝像頭，每周生成超過40億小時的海量視頻數據。可以說邊緣是數據最全、最新的位置。工業智能的發展方向是將人工智能等新技術分別于云平臺（長周期模型數據）和邊緣（實時性現場數據）結合，為工業互聯網的業務流程優化、運維自動化、業務創新帶來新的驅動力，從而帶來顯著的效率提升與成本優勢。邊緣計算的發展能夠與云平臺在工業數據的分析應用和工業智能發展上形成互補，實現“邊云協同”新模式。
工業互聯網邊緣計算的發展熱點
工業互聯網邊緣計算的研究從2016年左右開始，在經過了概念推廣期之后，目前正在快速進入產業布局期。龍頭企業、高校和研究機構、標準化組織等對邊緣計算技術從高度關注到積極布局，呈現出以下發展熱點。
一是ICT企業立足自身優勢，從芯片、設備、軟件、網絡等多個方向布局邊緣計算。2018年，英特爾推出了“至強D-2100”處理器，該系統芯片（SoC）處理器旨在滿足受限于空間和功率的邊緣應用需求。恩智浦等半導體公司也將基于ARM的Layerscape系列處理器與微軟Azure IoT集成以實現安全的邊緣計算解決方案。華為、思科等設備廠家從網絡設備著手，已經推出能夠提供邊緣計算能力的工業網關，利用虛擬化、軟件定義等技術打造可加載不同應用工業互聯網邊緣側能力。特別是，在邊緣側提供智能化能力是目前業內探索和布局的重點方向。高通公司在驍龍845芯片中加入第三代移動人工智能平臺，為開發者提供深度學習神經網絡所需要的工具。美國NI公司通過對邊緣節點收集到的設備信息進行模型訓練和驗證，利用機器學習等人工智能技術實現預測性維護的優化商業決策。
二是邊緣計算在推動工業互聯網發展上，目前形成了兩條較為清晰的技術路線。一是通過ICT基礎設施的“下沉”為工業互聯網應用提供計算能力，較為典型的實現是邊緣云的部署。邊緣云技術將傳統的集中式數據中心演化成小的數據中心部署在網絡邊緣側，為工業用戶提供按需的計算能力。2017年底，中國聯通和英特爾、騰訊等聯合建設成業界首個邊緣數據中心測試床，并計劃在未來幾年建成6000個邊緣數據中心。二是通過對工業現場設備的升級改造，打造具有計算能力、可為第三方服務應用提供開放接口的邊緣設備，較為典型的實現是工業邊緣網關。亞馬遜公司發布“AWS Greengrass”邊緣側軟件，將AWS云服務的各項功能無縫擴展至工業設備；航天云網公司推出一款連接其自身INDICS工業互聯網平臺的工業物聯網網關“Smart IoT”產品，提供采集、轉換、處理和傳輸不同廠商品牌工業設備數據、工廠OT組網和通信協議轉化等功能。
三是產業聯盟在推動工業互聯網邊緣計算發展，構建產業生態方面發揮越來越重要的作用。工業互聯網邊緣計算的發展基礎在技術和產品創新，而關鍵在于工業生產中的應用。產業聯盟匯聚了工業企業、ICT企業、研究機構等產業鏈上下游各方，既有需求方，又有供給側，為工業互聯網中邊緣計算快速發展提供了較為完整的生態環境。目前工業互聯網產業聯盟（AII），邊緣計算產業聯盟等產業組織正在通過發布白皮書、制定團體標準、推動開源軟件部署、通過測試場推進技術成熟和產業應用等方式，快速推進工業互聯網邊緣計算的進展，產業影響力不斷增強。
推進工業互聯網邊緣計算的發力點
目前全球范圍內，工業互聯網邊緣計算的發展正處于技術創新的關鍵期和企業搶占主導權的機遇期，為了推動我國工業互聯網中邊緣計算的發展，需要從以下幾個方面考慮：
（1）持續推進理論技術創新，加速邊緣智能、云邊協同等核心技術研發。推動工業互聯網邊緣計算技術體系的發展，很重要的一個發力點是對理論技術基礎的研究與完善，重點集中在以下幾個方面：一是加強研究軟件定義機器、虛擬化、容器等邊緣計算所必需的關鍵技術；二是重點突破可跨越不同環境進行移植的統一輕量級操作系統；三是研發設計適合于工業互聯網邊緣計算節點的輕量級算法、程序庫、編程模型、開發框架和工具包；四是研究制定工業互聯網邊緣側計算的架構模型、部署方式等相關技術標準；五是加強探索邊緣計算技術與機器學習、深度學習等人工智能技術的有機結合。
（2）突出應用引領，推動工業互聯網邊緣計算的成熟方案部署和應用。國務院在《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》中明確提出要促進邊緣計算等新興前沿技術在工業互聯網中的應用研究與探索。工業互聯網邊緣計算能否快速發展關鍵在于工業企業的應用。通過政府引導、企業合作，采取優秀案例評選、示范應用等方式等推動目前較為成熟的基于邊緣計算的工業視覺、工業機器人控制等方案在工業部分行業的先行先用，帶動規模化部署。
（3）依托產業聯盟，推進技術標準制定與開源軟件開發。工業互聯網邊緣計算仍處于發展的初期，推動其健康、有序、快速的發展既需要逐步完善技術標準的制定，又需要提供面向工業互聯網典型場景的開源基礎軟件，降低應用技術的門檻，培養相關的人才。而依托產業聯盟搭建的產業合作平臺，充分發揮產業聯盟產業鏈條完整，迭代發展速度快的優勢，來推動建立統一的技術標準，開展相應的開源項目，引導產業健康有序發展。
作者簡介：
時曉光：就職于中國信息通信研究院技術與標準研究所產業互聯網研究部。
聯系方式：shixiaoguang1@caict.ac.cn
羅松：中國信息通信研究院技術與標準研究所副總工。
聯系方式：luosong@caict.ac.cn
查詢進一步信息，請訪問官方網站 http://www.caict.ac.cn/kxyj/caictgd/。（Lisa WU, 365PR Newswire）
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