作者：中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所 李棟

1　物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )（WSN）在2000年提出時(shí)，被認為是21世紀的革命性技術(shù)，但發(fā)展緩慢。這其中雖有技術(shù)原因，但并非主要因素，阻礙WSN發(fā)展的深層次原因有三個(gè)方面：

其一，技術(shù)分散化。以短距離通信技術(shù)為例，就有5大類(lèi)，幾十種技術(shù)之多，性能指標各異，很難出現一個(gè)能滿(mǎn)足各種需求的統一化技術(shù)。

其二，產(chǎn)業(yè)碎片化。物聯(lián)網(wǎng)終端的產(chǎn)品形態(tài)各異，種類(lèi)成千上萬(wàn)。

其三，應用的個(gè)性化。如智能制造對于高可靠、低延遲、實(shí)時(shí)分析與控制的需求，智慧城市對于海量接入、大跨度時(shí)空尺度數據融合分析、多用戶(hù)群體的需求，農業(yè)對于廣覆蓋、低成本、可追溯的需求，醫療對于大數據、知識庫、實(shí)時(shí)推理分析的需求。

個(gè)性化應用的特性顯著(zhù)，帶來(lái)的問(wèn)題是我們針對某個(gè)應用需求所提供的技術(shù)和產(chǎn)品解決方案難以復制、難以應用推廣，從而極大地阻止了產(chǎn)業(yè)推廣，導致目前物聯(lián)網(wǎng)在應用中，形成了隨處可見(jiàn)的煙囪式格局，大量信息孤島，做每個(gè)應用的時(shí)候都需要針對應用的定制化開(kāi)發(fā)， 導致綜合應用部署、開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，難以復用，需求變化響應能力差。

2　迎接邊緣計算

針對以上問(wèn)題，我們認為通過(guò)邊緣計算可以通過(guò)“兩擴展、一集中”來(lái)擺脫物聯(lián)網(wǎng)困境?！皟蓴U展”即擴展上下游、擴展橫向關(guān)聯(lián)；“一集中”即中間平臺化集中。包括傳感（輸入）、執行（輸出）、計算、網(wǎng)絡(luò )、存儲在內的資源池，通過(guò)邊緣計算的開(kāi)放平臺實(shí)現跨域綜合應用。

（1）擴展一：資源的虛擬化

針對產(chǎn)品、技術(shù)的碎片化，將異構的感知、傳輸、存儲、計算資源，進(jìn)行抽象描述，虛擬化成統一的資源環(huán)境，屏蔽底層細節，可以統一編程。

（2）擴展二：關(guān)聯(lián)的語(yǔ)義化

針對個(gè)性化應用，構建具有統一語(yǔ)義的信息空間。語(yǔ)義是數據的含義及相互關(guān)系，通過(guò)語(yǔ)義關(guān)聯(lián)實(shí)現應用的可移植、可復用。

（3）集中：管控的平臺化

以OS的模式實(shí)現對資源與應用的統一管控，包括：感知、計算、存儲、通信資源管理；語(yǔ)義模型的管理；應用編程環(huán)境；應用市場(chǎng)。

從智能制造的角度來(lái)說(shuō)，邊緣計算是融合網(wǎng)絡(luò )邊緣側的各種嵌入式終端（傳感器、控制器、執行器）的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò )通信能力，構建統一開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )化計算平臺，支撐泛在化感知與控制應用。下面即以一具體的應用案例闡釋邊緣計算的價(jià)值。

油田對維護國家石油戰略安全意義重大 ，我國油田開(kāi)發(fā)普遍進(jìn)入中后期階段，面臨著(zhù)含水率高，注采優(yōu)化周期長(cháng)，能效低等問(wèn)題，向智慧油田轉型升級需求迫切。油田生產(chǎn)全流程覆蓋勘探、鉆井/測井/錄井、生產(chǎn)作業(yè)、開(kāi)發(fā)評價(jià)以及工程等環(huán)節。當前油田各環(huán)節分析的進(jìn)行由人來(lái)驅動(dòng)，并負責各環(huán)節信息的傳遞，基于科室的業(yè)務(wù)劃分，形成煙囪式業(yè)務(wù)分析模式 ，導致當前油田優(yōu)化周期較長(cháng)，為半年至一年。

本案例中對油田作業(yè)動(dòng)態(tài)數據采用OPC-UA進(jìn)行統一規范、靜態(tài)數據采用語(yǔ)義映射模塊（sM）來(lái)進(jìn)行數據語(yǔ)義標注；對OPC-UA和sM信息進(jìn)行邏輯抽象，形成原子邏輯節點(diǎn)；在虛擬資源池中提供基于業(yè)務(wù)的分組模板，以提升使用效率；對外提供統一操作接口。構建油田邊緣優(yōu)化平臺，實(shí)現對油田跨域信息的綜合分析。

通過(guò)搭建邊緣側分析平臺，縮短油水井工況調整周期為實(shí)時(shí)、基于油藏精細描述的注水優(yōu)化策略為每周（對比傳統每年）小規模試驗表明，通過(guò)實(shí)時(shí)油藏管理，實(shí)現采油、注水、集輸的實(shí)時(shí)協(xié)同優(yōu)化，采收率提升2.3%，節能30%。

3　邊緣計算技術(shù)體系

邊緣計算的技術(shù)體系如下圖所示。

從通信接入、網(wǎng)絡(luò )傳輸、計算與管理、服務(wù)提供四個(gè)層次來(lái)看，TSN、5G/NB-IOT、無(wú)線(xiàn)共存、SDN、OPC-UA、虛擬化、資源語(yǔ)義化、大數據存儲與管理認知計算及基于情景的服務(wù)混搭等技術(shù)成為邊緣計算未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

（本文整理自李棟在“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計算研討會(huì )”上的報告）

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年4月刊