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當(dāng)前，邊緣計算正成為傳統(tǒng)行業(yè)和ICT產(chǎn)業(yè)共同關(guān)注的熱點話題，邊緣計算要研究的內(nèi)容和主要應(yīng)用領(lǐng)域是什么？其與物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系如何？又面臨哪些挑戰(zhàn)？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(lián)網(wǎng)相互促進

目前，國際上最主要工業(yè)國家的發(fā)展動向，其共同特點是ICT技術(shù)和OT技術(shù)的結(jié)合更加明顯。比如，德國的“工業(yè)4.0”，其本質(zhì)更多的是發(fā)揮工業(yè)技術(shù)的優(yōu)勢，應(yīng)用信息技術(shù)來維持自身在制造業(yè)的領(lǐng)先地位；美國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”更具代表性，其原則就是充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，提升制造業(yè)競爭能力，也是奧巴馬政府關(guān)于制造業(yè)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(xiàn)制造業(yè)由大變強的戰(zhàn)略規(guī)劃。

那么，OT到底在制造業(yè)遇到了什么樣的困難？而ICT又將發(fā)揮什么樣的作用，特別是邊緣計算要研究的內(nèi)容及其必要性是什么？

首先以流程工業(yè)為例，應(yīng)該說中國在流程工業(yè)上面臨著資源、能源和環(huán)境方面的嚴(yán)重挑戰(zhàn)——能耗很高、環(huán)境污染嚴(yán)重、廢棄物排放量較大。其實，我國在工業(yè)設(shè)備和裝備系統(tǒng)上與國外相比并不差，但運營效率卻偏低，與發(fā)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(yè)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(yōu)化的設(shè)定值與實際生產(chǎn)情況相偏離，實際上很難提高效率。在這種情況下，借助ICT創(chuàng)新，通過互聯(lián)來實現(xiàn)全流程、全局的在線優(yōu)化將是解決問題的有效途徑。

要實現(xiàn)這一目標(biāo)，“互聯(lián)網(wǎng)+”可以發(fā)揮重要作用。在消費網(wǎng)絡(luò)中，“互聯(lián)網(wǎng)+”提升了人與人之間的關(guān)聯(lián)，現(xiàn)有的技術(shù)手段也已能夠滿足應(yīng)用的需求；但在物理世界中，“互聯(lián)網(wǎng)+”的作用就比較難以發(fā)揮，所以除了“互聯(lián)網(wǎng)+”之外，在最低端的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域就需要做出根本的改變。因為現(xiàn)在大部分物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都面臨著碎片化問題，各種應(yīng)用場景都不一樣，如何才能統(tǒng)一起來？這一點可以借鑒互聯(lián)網(wǎng)，在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展成熟的過程中云計算發(fā)揮了重要作用，實現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一。實際上，用信息技術(shù)解決的問題一定要模型化，一定要考慮計算模式的統(tǒng)一，所以在OT領(lǐng)域，不僅僅需要物聯(lián)網(wǎng)，還迫切需要一種計算來主導(dǎo)的體系，這就是邊緣計算，其與物聯(lián)網(wǎng)是相互促進、共同發(fā)展的關(guān)系。

邊緣計算面臨的挑戰(zhàn)

無論是德國的“數(shù)字工廠”，還是美國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，其創(chuàng)新在哪里、效益又取自哪里？主要來自于在線優(yōu)化。當(dāng)前，我國急切需要解決的是互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)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(shù)平臺也不一樣。實際上未來邊緣側(cè)越來越碎片化以后，傳統(tǒng)的IT終端已經(jīng)無法滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求，邊緣計算是否能與芯片和網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(chǎn)業(yè)模式，也將是非常重要的事情。

在傳統(tǒng)的工業(yè)自動化領(lǐng)域，OT的主要作用就是對總目標(biāo)進行分解，并提供實時反饋，但在指標(biāo)分解的過程中，傳統(tǒng)離線預(yù)設(shè)的方式很難應(yīng)對動態(tài)變化。業(yè)界希望通過引入IT數(shù)據(jù)反饋和介入，能夠通過自動化過程實現(xiàn)適應(yīng)動態(tài)變化的目標(biāo)自尋優(yōu)調(diào)整，這就需要廣域信息和信息處理融合，從設(shè)計到生產(chǎn)一體化，從管理到生產(chǎn)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(chǔ)的手段，比如互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在已發(fā)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(yīng)用成為互聯(lián)網(wǎng)下一階段發(fā)展的主要問題。但物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)在還不太成熟，還沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)業(yè)形態(tài)，主要呈現(xiàn)出碎片化的業(yè)態(tài)。由于其本來包含的類型就比較多，隨著萬物互聯(lián)的發(fā)展又為其添加了新的內(nèi)容——人也將成為系統(tǒng)中的一員，人與機器的關(guān)系將是未來20年必須要解決和關(guān)注的問題，不能將人排除在機器之外解決問題，所以，關(guān)于人的意圖、行為和知識的表達也帶來了新的挑戰(zhàn)，而且人更多地將會與我們現(xiàn)在談?wù)摰倪吘売嬎銈?cè)發(fā)生關(guān)系。

此前，物聯(lián)網(wǎng)的傳統(tǒng)發(fā)展模式一直是想將其收集的數(shù)據(jù)送到云端去處理，但未來物聯(lián)網(wǎng)的連接數(shù)量與現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)相比，規(guī)模將超過3個數(shù)量級以上，所以完全靠這種垂直連接實際上很難實現(xiàn)，必須要考慮在邊緣級進行處理。邊緣級處理就涉及到數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)表達等問題，特別是數(shù)據(jù)表達將成為一大挑戰(zhàn)；此外，物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)類型與現(xiàn)在各種互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)類型完全不一樣，呈現(xiàn)多維異構(gòu)、時空關(guān)聯(lián)等物理特性，如何分配處理任務(wù)以及如何自動調(diào)整也將是一大挑戰(zhàn)。這些都是邊緣計算需要解決的問題，而不是邊緣網(wǎng)絡(luò)能夠解決的問題。邊緣計算需要與網(wǎng)絡(luò)互動發(fā)展，其最主要的原因就是因為處理的數(shù)據(jù)將是異構(gòu)的且具有實時要求，特別是嵌入式計算資源嚴(yán)重受限，所以才會出現(xiàn)LiteOS的情況。

未來，邊緣計算將主要服務(wù)于OT，面向分布式的感知、決策與控制，滿足實時業(yè)務(wù)的需求。在邊緣計算這一端，響應(yīng)時間都在百毫秒以內(nèi)，同時數(shù)據(jù)交互頻率遠遠高于云端，所以其面臨的挑戰(zhàn)更大。如何應(yīng)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(lián)網(wǎng)的開源方式解決問題，這個平臺需要解決物聯(lián)網(wǎng)的碎片化問題、數(shù)據(jù)異構(gòu)問題，還要解決互聯(lián)互通也就是互操作問題，在OT領(lǐng)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(lǐng)域的融合有了具體的落實手段，要實現(xiàn)這樣的應(yīng)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(shù)字模型還是語義模型，都需要模型化。從機器人在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用歷程可以看到，上世紀(jì)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(xié)作；未來到2020年左右，人與機器人共同存在、共同作業(yè)的方式將大量出現(xiàn)，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(xiàn)跨界融合，而融合的核心就是基于服務(wù)模型，在邊緣側(cè)既要提供計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)的服務(wù)，也要提供面向應(yīng)用的技術(shù)服務(wù)。

要進行這樣的工作是十分困難的，特別是關(guān)于“人-機-物”的三元融合，這也是“邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)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(yè)界共同參與，促進ICT和OT行業(yè)的自然聚合，實現(xiàn)以互聯(lián)網(wǎng)快速迭代的方式來推動邊緣計算的發(fā)展。借助于聯(lián)盟所具有的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和測試床，一方面，希望能夠讓邊緣計算技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用領(lǐng)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(chuàng)造新的業(yè)態(tài)，畢竟邊緣計算也需要載體。

對于這個聯(lián)盟怎么定位以及未來如何發(fā)展，為什么是由現(xiàn)有的這6家機構(gòu)和企業(yè)（華為技術(shù)有限公司、中國科學(xué)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(shù)（集團）有限公司）來發(fā)起？我們認為，無論邊緣計算技術(shù)將來形成什么樣的組合業(yè)態(tài)，無外乎工業(yè)、制造、傳感、控制、計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)的融合，現(xiàn)有的6家發(fā)起單位在上述這些領(lǐng)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(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)解決方案等方面發(fā)展的需要?，F(xiàn)在，整個ICT產(chǎn)業(yè)越來越重視產(chǎn)業(yè)生態(tài)的建設(shè)，這也是OT需要向IT學(xué)習(xí)的地方，邊緣計算的發(fā)展不可能僅僅依賴于一兩家企業(yè)的貢獻，通過產(chǎn)業(yè)生態(tài)的建設(shè)吸引更多人參與應(yīng)該是聯(lián)盟成員共同的目標(biāo)。

（本文來源于華為企業(yè)業(yè)務(wù)微信公眾號）

摘自《自動化博覽》2018年增刊《邊緣計算2018專輯》