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資訊頻道當前，邊緣計算正成為傳統行業和ICT產業共同關注的熱點話題，邊緣計算要研究的內容和主要應用領域是什么？其與物聯網和互聯網的關系如何？又面臨哪些挑戰？以下將分享中科院沈陽自動化研究所所長于海斌對邊緣計算的理解，以及在邊緣計算方面進行的探索和合作。
邊緣計算與物聯網相互促進
目前，國際上最主要工業國家的發展動向，其共同特點是ICT技術和OT技術的結合更加明顯。比如，德國的“工業4.0”，其本質更多的是發揮工業技術的優勢，應用信息技術來維持自身在制造業的領先地位；美國的“工業互聯網”更具代表性，其原則就是充分發揮信息技術的優勢，提升制造業競爭能力，也是奧巴馬政府關于制造業回歸政策的重要組成部分；而我國的“中國制造2025”也是以智能制造為主攻方向，是中國實現制造業由大變強的戰略規劃。
那么，OT到底在制造業遇到了什么樣的困難？而ICT又將發揮什么樣的作用，特別是邊緣計算要研究的內容及其必要性是什么？
首先以流程工業為例，應該說中國在流程工業上面臨著資源、能源和環境方面的嚴重挑戰——能耗很高、環境污染嚴重、廢棄物排放量較大。其實，我國在工業設備和裝備系統上與國外相比并不差，但運營效率卻偏低，與發達國家存在著較大差距，原因何在？其中，有中國自己的特殊問題，比如在冶金工業中，我國低品位礦山比較多，礦石等原材料的成分波動非常大，造成離線優化的設定值與實際生產情況相偏離，實際上很難提高效率。在這種情況下，借助ICT創新，通過互聯來實現全流程、全局的在線優化將是解決問題的有效途徑。
要實現這一目標，“互聯網+”可以發揮重要作用。在消費網絡中，“互聯網+”提升了人與人之間的關聯，現有的技術手段也已能夠滿足應用的需求；但在物理世界中，“互聯網+”的作用就比較難以發揮，所以除了“互聯網+”之外，在最低端的物聯網領域就需要做出根本的改變。因為現在大部分物聯網技術都面臨著碎片化問題，各種應用場景都不一樣，如何才能統一起來？這一點可以借鑒互聯網，在互聯網發展成熟的過程中云計算發揮了重要作用，實現了互聯網的統一。實際上，用信息技術解決的問題一定要模型化，一定要考慮計算模式的統一，所以在OT領域，不僅僅需要物聯網，還迫切需要一種計算來主導的體系，這就是邊緣計算，其與物聯網是相互促進、共同發展的關系。
邊緣計算面臨的挑戰
無論是德國的“數字工廠”，還是美國的“工業互聯網”，其創新在哪里、效益又取自哪里？主要來自于在線優化。當前，我國急切需要解決的是互聯網和物聯網的融合，這個融合很困難，因為OT是一條軌道，IT又是另一條軌道，兩者的模式和理念不同，技術平臺也不一樣。實際上未來邊緣側越來越碎片化以后，傳統的IT終端已經無法滿足物聯網的需求，邊緣計算是否能與芯片和網絡設備進行融合，提供新一代的解決方案，同時探索出面向未來的新型產業模式，也將是非常重要的事情。
在傳統的工業自動化領域，OT的主要作用就是對總目標進行分解，并提供實時反饋，但在指標分解的過程中，傳統離線預設的方式很難應對動態變化。業界希望通過引入IT數據反饋和介入，能夠通過自動化過程實現適應動態變化的目標自尋優調整，這就需要廣域信息和信息處理融合，從設計到生產一體化，從管理到生產一體化，這需要整合。
那么IT提供了什么樣的整合機會？首先連接是基礎的手段，比如互聯網現在已發展到相對成熟的階段，很好地解決了人與計算機的連接問題，應用成為互聯網下一階段發展的主要問題。但物聯網的發展現在還不太成熟，還沒有一個標準的產業形態，主要呈現出碎片化的業態。由于其本來包含的類型就比較多，隨著萬物互聯的發展又為其添加了新的內容——人也將成為系統中的一員，人與機器的關系將是未來20年必須要解決和關注的問題，不能將人排除在機器之外解決問題，所以，關于人的意圖、行為和知識的表達也帶來了新的挑戰，而且人更多地將會與我們現在談論的邊緣計算側發生關系。
此前，物聯網的傳統發展模式一直是想將其收集的數據送到云端去處理，但未來物聯網的連接數量與現在的互聯網相比，規模將超過3個數量級以上，所以完全靠這種垂直連接實際上很難實現，必須要考慮在邊緣級進行處理。邊緣級處理就涉及到數據采集、數據存儲和數據表達等問題，特別是數據表達將成為一大挑戰；此外，物聯網的數據類型與現在各種互聯網設備產生的數據類型完全不一樣，呈現多維異構、時空關聯等物理特性，如何分配處理任務以及如何自動調整也將是一大挑戰。這些都是邊緣計算需要解決的問題，而不是邊緣網絡能夠解決的問題。邊緣計算需要與網絡互動發展，其最主要的原因就是因為處理的數據將是異構的且具有實時要求，特別是嵌入式計算資源嚴重受限，所以才會出現LiteOS的情況。
未來，邊緣計算將主要服務于OT，面向分布式的感知、決策與控制，滿足實時業務的需求。在邊緣計算這一端，響應時間都在百毫秒以內，同時數據交互頻率遠遠高于云端，所以其面臨的挑戰更大。如何應對？我們的思路是建立一個面向邊緣計算端的開放平臺，利用互聯網的開源方式解決問題，這個平臺需要解決物聯網的碎片化問題、數據異構問題，還要解決互聯互通也就是互操作問題，在OT領域，這實際上是很困難的事情。
推動“人-機-物”三元融合
邊緣計算平臺使得IT和OT兩個領域的融合有了具體的落實手段，要實現這樣的應用，用計算機進行處理，不管是邊緣端還是云端都需要模型化，不管是數字模型還是語義模型，都需要模型化。從機器人在工業領域的應用歷程可以看到，上世紀80年代開始，在很多場合機器人替代了人的工作，但此時人與機器人還不能進行協作；未來到2020年左右，人與機器人共同存在、共同作業的方式將大量出現，機器人如何更好地理解人，人與機器人如何更好地交互，這將是未來必然要解決的問題。所以，未來“人-機-物”三者必然要實現跨界融合，而融合的核心就是基于服務模型，在邊緣側既要提供計算、存儲和網絡等基礎的服務，也要提供面向應用的技術服務。
要進行這樣的工作是十分困難的，特別是關于“人-機-物”的三元融合，這也是“邊緣計算產業聯盟”成立的初衷，大家希望首先能建立起一個開放平臺，以方便整個業界共同參與，促進ICT和OT行業的自然聚合，實現以互聯網快速迭代的方式來推動邊緣計算的發展。借助于聯盟所具有的技術、標準和測試床，一方面，希望能夠讓邊緣計算技術在制造業應用領域取得突破；另一方面，也希望通過邊緣計算模式的突破，為廣大ICT廠商創造新的業態，畢竟邊緣計算也需要載體。
對于這個聯盟怎么定位以及未來如何發展，為什么是由現有的這6家機構和企業（華為技術有限公司、中國科學院沈陽自動化研究所、中國信息通信研究院、英特爾公司、ARM和軟通動力信息技術（集團）有限公司）來發起？我們認為，無論邊緣計算技術將來形成什么樣的組合業態，無外乎工業、制造、傳感、控制、計算、存儲和網絡的融合，現有的6家發起單位在上述這些領域都具備較為完整的覆蓋，而且互補性很強，完全滿足邊緣計算未來在技術、標準、行業解決方案等方面發展的需要。現在，整個ICT產業越來越重視產業生態的建設，這也是OT需要向IT學習的地方，邊緣計算的發展不可能僅僅依賴于一兩家企業的貢獻，通過產業生態的建設吸引更多人參與應該是聯盟成員共同的目標。
（本文來源于華為企業業務微信公眾號）
摘自《自動化博覽》2018年增刊《邊緣計算2018專輯》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號