云計(jì)算正當(dāng)紅。而霧計(jì)算則跳出來公開挑戰(zhàn)，甚至霾計(jì)算也會(huì)拿出來講笑話。這會(huì)成為一種主流意義的計(jì)算，還是只是追求一種概念的對(duì)應(yīng)?正是討論和實(shí)踐齊飛之時(shí)，“邊緣計(jì)算”殺入戰(zhàn)局，成為另一個(gè)令人眼花繚亂的概念。2016年11月在北京成立了以華為、沈陽(yáng)自動(dòng)化所、Intel、ARM、信通院、軟通動(dòng)力六家創(chuàng)始企業(yè)發(fā)起的邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(Edge Computing Consortium)，一時(shí)成為大家關(guān)注的熱點(diǎn)。

從分布式數(shù)計(jì)算開始

邊緣計(jì)算并非是一個(gè)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(jì)算”。作為世界上最大的分布式計(jì)算服務(wù)商之一，當(dāng)時(shí)它承擔(dān)了全球15-30%的網(wǎng)絡(luò)流量。在其一份內(nèi)部研究項(xiàng)目中即提出“邊緣計(jì)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(yǔ)定義

與將數(shù)據(jù)放在遠(yuǎn)程云端的云計(jì)算相比，邊緣計(jì)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(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力為一體的開放平臺(tái)，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(shí)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(jì)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(jì)算，仍然可以訪問邊緣計(jì)算的歷史數(shù)據(jù)。

注：該定義部分內(nèi)容源自沈自所所長(zhǎng)于海斌等

對(duì)物聯(lián)網(wǎng)而言，邊緣計(jì)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(jì)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(jì)算 vs 云計(jì)算

在國(guó)外，以思科為代表的網(wǎng)絡(luò)公司以霧計(jì)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(jì)算，本身只是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、智能制造等所需要計(jì)算技術(shù)的一種方法或者模式。嚴(yán)格講，霧計(jì)算和邊緣計(jì)算本身并沒有本質(zhì)的區(qū)別，都是在接近于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用端提供的計(jì)算。就其本質(zhì)而言，都是相對(duì)于云計(jì)算而言的。

圖1 云計(jì)算的范式

圖2邊緣計(jì)算的范式

從二者的計(jì)算范式可以看出來，邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)計(jì)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(dòng)了移動(dòng)終端和“邊緣計(jì)算”的發(fā)展。而萬物互聯(lián)、萬物感知的智能社會(huì)，則是跟物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展相伴而生，邊緣計(jì)算系統(tǒng)也因此應(yīng)聲而出。

圖3 邊緣計(jì)算在整個(gè)計(jì)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(gè)火熱的應(yīng)用。一個(gè)概念到真正的應(yīng)用有一個(gè)較長(zhǎng)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(cuò)過程都是漫長(zhǎng)的，因此往往不能很快形成大量使用的市場(chǎng)。

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(huì)進(jìn)入一個(gè)應(yīng)用爆發(fā)期，邊緣計(jì)算也隨之被預(yù)期將得到更多的應(yīng)用。

邊緣計(jì)算的架構(gòu)

在中國(guó)，邊緣計(jì)算聯(lián)盟ECC正在努力推動(dòng)三種技術(shù)的融合，也就是OICT的融合(運(yùn)營(yíng)Operational、信息Information、通訊Communication Technology)。而其計(jì)算對(duì)象，則主要定義的了四個(gè)領(lǐng)域，第一個(gè)是設(shè)備域的問題，目前出現(xiàn)的純粹的IoT設(shè)備，跟自動(dòng)化的I/O采集相比較而言，有不同但也有重疊部分。那些可以直接用于在頂層優(yōu)化，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(gè)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(dòng)化產(chǎn)線的數(shù)據(jù)，其傳輸方式、機(jī)制、協(xié)議都會(huì)有不同，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(dòng)化數(shù)據(jù)，但是，對(duì)于Web數(shù)據(jù)的交互而言，這里會(huì)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(dòng)化企業(yè)已經(jīng)提供了針對(duì)Web方式數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)制，但是，大部分現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)、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(gè)領(lǐng)域里需要考慮的問題。

最后一個(gè)，也是最難的應(yīng)用域，這個(gè)可能是目前最為難以解決的問題，針對(duì)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(jì)算聯(lián)盟ECC對(duì)于邊緣計(jì)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(tái)提供者主要提供在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)(包括總線)、計(jì)算能力、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與應(yīng)用方面的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施。

圖5 邊緣計(jì)算參考架構(gòu)1.0

而從產(chǎn)業(yè)價(jià)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(shí)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(jià)值和機(jī)會(huì)，也就是聯(lián)盟成員要關(guān)注的重點(diǎn)。

計(jì)算的本質(zhì)

自動(dòng)化事實(shí)上是一個(gè)以“控制”為核心?？刂剖腔?ldquo;信號(hào)”的，而“計(jì)算”則是基于數(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(duì)全國(guó)的高鐵進(jìn)行調(diào)度的系統(tǒng)一樣，每增加一個(gè)車次減少都會(huì)引發(fā)調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)整，它是基于時(shí)間和節(jié)點(diǎn)的運(yùn)籌與規(guī)劃問題。邊緣計(jì)算在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用更多是這類“計(jì)算”。

簡(jiǎn)單地說，傳統(tǒng)自動(dòng)控制基于信號(hào)的控制，而邊緣計(jì)算則可以理解為“基于信息的控制”。

值得注意的是，邊緣計(jì)算、霧計(jì)算雖然說的是低延時(shí)，但是其50mS、100mS這種周期對(duì)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(jì)算所謂的“實(shí)時(shí)”，從自動(dòng)化行業(yè)的視角來看——很不幸，依然被歸在“非實(shí)時(shí)”的應(yīng)用里的。

圖6 云計(jì)算—邊緣計(jì)算區(qū)分處理數(shù)據(jù)

“邊緣計(jì)算”產(chǎn)業(yè)

邊緣計(jì)算是在高帶寬、時(shí)間敏感型、物聯(lián)網(wǎng)集成這個(gè)背景下發(fā)展起來的技術(shù)，“Edge”這個(gè)概念的確較早為包括ABB、B&R、Schneider、KUKA這類自動(dòng)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(dòng)化廠商向IT廠商延伸的一種設(shè)計(jì)，2016年4月5日Schneider已經(jīng)號(hào)稱可以為邊緣計(jì)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(dòng)化廠商提及計(jì)算，都是表現(xiàn)出與IT融合的一種趨勢(shì)，并且同時(shí)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(dòng)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(tái)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(chǎng)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(zhǎng)的一個(gè)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(gè)產(chǎn)業(yè)格局呼之欲出，邊緣計(jì)算聯(lián)盟ECC的邊界定義而言，華為其主旨在提供計(jì)算平臺(tái)，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(jì)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(yáng)自動(dòng)化所、軟通動(dòng)力則扮演實(shí)際應(yīng)用的角色。

但是，邊緣計(jì)算/霧計(jì)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(yíng)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(chǎng)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(jì)算。這些計(jì)算是靠具體MES廠商的軟件平臺(tái)，還是“邊緣計(jì)算”平臺(tái)—基于Web技術(shù)構(gòu)建的分析平臺(tái)，在未來并不會(huì)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(chǎng)景，總體而言，在整個(gè)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(dòng)化廠商提供“采集”，包括數(shù)據(jù)源的作用，這是利用自動(dòng)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(jì)算(橙色部分)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(chǔ)、計(jì)算方面，ICT廠商有其傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，包括成本方面，已經(jīng)云平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)的業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，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(yíng)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(duì)整個(gè)價(jià)值鏈帶來長(zhǎng)遠(yuǎn)深刻的影響。邊緣計(jì)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。