全球智能手機的快速發(fā)展，推動(dòng)了移動(dòng)終端和“邊緣計算”的發(fā)展。而萬(wàn)物互聯(lián)、萬(wàn)物感知的智能社會(huì )，則是跟物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展相伴而生，邊緣計算系統也因此應聲而出。

自動(dòng)化事實(shí)上是一個(gè)以“控制”為核心?？刂剖腔凇靶盘枴钡?，而“計算”則是基于數據進(jìn)行的，更多意義是指“策略”、“規劃”。因此，它更多聚焦于在“調度、優(yōu)化、路徑”。就像對全國的高鐵進(jìn)行調度的系統一樣，每增加一個(gè)車(chē)次減少都會(huì )引發(fā)調度系統的調整，它是基于時(shí)間和節點(diǎn)的運籌與規劃問(wèn)題。邊緣計算在工業(yè)領(lǐng)域的應用更多是這類(lèi)“計算”。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，傳統自動(dòng)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”。邊緣計算是指在靠近物或數據源頭的一側，采用網(wǎng)絡(luò )、計算、存儲、應用核心能力為一體的開(kāi)放平臺，就近提供最近端服務(wù)。其應用程序在邊緣側發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)響應，滿(mǎn)足行業(yè)在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、應用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。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(fǎng)問(wèn)邊緣計算的歷史數據。隨著(zhù)各種可以聯(lián)網(wǎng)的設備越來(lái)越多，如溫度、濕度、攝像頭、紅外感應等在工業(yè)現場(chǎng)的大量使用，邊緣計算在智能制造中將會(huì )有非常廣泛的應用空間。

01 邊緣計算是CPS核心

據IDC(互聯(lián)網(wǎng)數據中心)數據統計，到2020年將有超過(guò)500億的終端與設備聯(lián)網(wǎng)。未來(lái)超過(guò)50%的數據需要在網(wǎng)絡(luò )邊緣側分析、處理與儲存。邊緣計算正是充分利用物聯(lián)網(wǎng)終端的嵌入式計算能力，并與云計算結合，通過(guò)云端的交互協(xié)作，實(shí)現系統整體的智能化。其實(shí)在工業(yè)內網(wǎng)中，在離工業(yè)現場(chǎng)最近的地方，融合網(wǎng)絡(luò )、計算、存儲、應用核心能力的開(kāi)放平臺，就近提供邊緣智能服務(wù)，是滿(mǎn)足制造企業(yè)數字化轉型中提出的快速連接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數據優(yōu)化、應用智能、安全保護等方面的關(guān)鍵需求。

有專(zhuān)家認為，“工業(yè)4.0”的核心是CPS(信息物理系統)，而融合了網(wǎng)絡(luò )、計算、存儲、應用核心能力的邊緣計算，顯然又是CPS的核心。邊緣計算與工業(yè)控制系統有密切的關(guān)系，具備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)接口的工業(yè)控制系統本質(zhì)上就是一種邊緣計算設備，解決工業(yè)控制高實(shí)時(shí)性要求與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量的不確定性的矛盾。例如，目前規模以上冶金企業(yè)，信息化已經(jīng)頗有成效，但缺少的是終端的智能。冶金的物流跟蹤是典型的CPS，物理與化學(xué)形態(tài)經(jīng)常發(fā)生改變，控制過(guò)程有一定難度。邊緣計算在其中發(fā)揮著(zhù)重要作用，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效補充。

在目前普遍采用的基于PLC、DCS、工控機和工業(yè)網(wǎng)絡(luò )的控制系統中，位于底層、嵌于設備中的計算資源，或多或少都是邊緣計算的資源。只是目前這些資源比較紛雜、獨立、低效，未能充分實(shí)現互聯(lián)、互通、互操作，未能充分標準化和平臺化。當然，這也就難以滿(mǎn)足現代應用場(chǎng)景在實(shí)時(shí)、安全、大容量、高速度、自適應計算和通信等方面對它的要求。

02 邊緣計算是小型專(zhuān)家系統

作為邊緣計算的具體表現形式，工業(yè)CPS在底層通過(guò)工業(yè)服務(wù)適配器，將現場(chǎng)設備封裝成web服務(wù);在基礎設施層，通過(guò)工業(yè)無(wú)線(xiàn)和工業(yè)SDN網(wǎng)絡(luò )將現場(chǎng)設備以扁平互聯(lián)的方式聯(lián)接到工業(yè)數據平臺中;在數據平臺中，根據產(chǎn)線(xiàn)的工藝和工序模型，通過(guò)服務(wù)組合對現場(chǎng)設備進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和組合，并與MES等系統對接。工業(yè)CPS系統能夠支撐生產(chǎn)計劃靈活適應產(chǎn)線(xiàn)資源的變化，舊的制造設備快速替換與新設備上線(xiàn)。

目前的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺已經(jīng)能夠接入不同類(lèi)型的數據。尤其是一些流程復雜的業(yè)務(wù)系統，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣端形成的小型專(zhuān)家系統已經(jīng)是一個(gè)數據庫。通常在實(shí)際的大型工業(yè)現場(chǎng)，會(huì )有幾千張數據表，數據之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系十分復雜，通過(guò)數據地圖的“血緣關(guān)系”，掌握海量數據的關(guān)聯(lián)，實(shí)現數據治理和統一管控。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣計算不局限于對數據的處理，一直從事工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究的GE也在做工業(yè)的邊緣計算，隨著(zhù)邊緣終端的增多、智能的增強，工業(yè)現場(chǎng)對邊緣計算的需求是成為一個(gè)小型的工業(yè)專(zhuān)家系統。

03 實(shí)現邊緣“專(zhuān)家化”

嚴格來(lái)講工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺不僅僅是用戶(hù)平臺，更是一個(gè)開(kāi)發(fā)者平臺，幾個(gè)企業(yè)、幾個(gè)專(zhuān)家是不可能把工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺做大的，現在為什么要很突出地將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)加以定義，是因為它與傳統的工業(yè)云有一個(gè)重要區別——微服務(wù)架構。而微服務(wù)架構完全可以通過(guò)程序層面的 API 接口支持不同的開(kāi)發(fā)者，而容器技術(shù)可以支持多種語(yǔ)言。通過(guò)微服務(wù)架構，一個(gè)機床領(lǐng)域的專(zhuān)家可以靠比較簡(jiǎn)單的“拖拉拽”的鼠標點(diǎn)擊方式，把自己的經(jīng)驗數據上傳，用已經(jīng)封裝好的機器學(xué)習算法對數據和算法做訓練，做出一個(gè)預測機床性能的程序，可以應用在邊緣，判斷現場(chǎng)情況。

目前做邊緣計算平臺的企業(yè)也在盡量降低對垂直行業(yè)專(zhuān)家的 IT 要求。近幾年各大國際云計算廠(chǎng)商紛紛布局邊緣計算平臺，包括 Predix Machine，AWS Greengrass，Azure IoT Edge 等。今年 3 月份，阿里計劃在 2018 年戰略投入“邊緣計算”。邊緣計算平臺并不只負責數據的收集轉發(fā)，更重要的是提供智能化運算，并產(chǎn)生可操作額決策反饋，控制設備端。容器化技術(shù)成為邊緣計算平臺的底層標準技術(shù)，是技術(shù)發(fā)展的必然選擇。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣計算應用場(chǎng)景非常復雜。邊緣計算平臺并不是傳統意義的只負責數據收集轉發(fā)的網(wǎng)關(guān)，邊緣計算平臺需要提供智能化運算能力，而且能產(chǎn)生可操作的決策反饋，用來(lái)反向控制設備端。過(guò)去，這些運算只能在云端完成?，F在需要將云端的計算框架通過(guò)裁剪、合并等簡(jiǎn)化手段，遷移至邊緣計算平臺，使得能在邊緣計算平臺上運行云端訓練后的智能分析算法。因此，邊緣計算平臺需要一種技術(shù)在單臺計算機或者少數幾臺計算機組成的小規模集群環(huán)境中隔離主機資源，實(shí)現分布式計算框架的資源調度。

目前計算機編程技術(shù)多樣，開(kāi)發(fā)人員運用不同的編程語(yǔ)言處理不同的場(chǎng)景的問(wèn)題已成為常態(tài)，所以在邊緣計算平臺也需要開(kāi)放的支持多種開(kāi)發(fā)工具和多種編程語(yǔ)言的運行時(shí)環(huán)境。因此，在邊緣計算平臺使用一種運行時(shí)環(huán)境的隔離技術(shù)便成為一種自然的需求。容器技術(shù)是主機虛擬化技術(shù)后，最具顛覆性的計算機資源隔離技術(shù)，通過(guò)容器技術(shù)進(jìn)行資源的隔離，不僅對 CPU、內存和存儲的額外開(kāi)銷(xiāo)非常小，而且容器的生命周期管理非?？旖?，可以在毫秒級開(kāi)啟和關(guān)閉容器。

邊緣計算/霧計算要落地，尤其是在工業(yè)中，“應用”才是最為核心的問(wèn)題，所謂的IT與OT的融合，更強調在OT側的應用，即運營(yíng)的系統所要實(shí)現的目標。

來(lái)源：邊緣計算之家