邊緣計(jì)算在智慧制造領(lǐng)域的應(yīng)用

牛麗敏

（中銀金融科技有限公司 上海市 200000）

通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)計(jì)算資源放置在盡可能靠近終端即創(chuàng)建數(shù)據(jù)的位置，并將物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)以及此類小型設(shè)備的應(yīng)用相關(guān)聯(lián)，以此實(shí)現(xiàn)處理和服務(wù)在數(shù)據(jù)源頭一側(cè)執(zhí)行，只將有用數(shù)據(jù)上傳到云端。所以相較于云計(jì)算，邊緣計(jì)算速度快，并且可以減緩到處理中心和存儲(chǔ)中心的昂貴長(zhǎng)途連接。隨著5G 時(shí)代的到來(lái)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的設(shè)備將加入邊緣計(jì)算，邊緣計(jì)算將迎來(lái)更大更廣的發(fā)展前景。

1 邊緣計(jì)算技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 邊緣計(jì)算是一個(gè)以模型驅(qū)動(dòng)的分布式架構(gòu)與平臺(tái)

在網(wǎng)絡(luò)邊緣化的智能化分布架構(gòu)以及平臺(tái)的背景下，邊緣計(jì)算能夠借助模型驅(qū)動(dòng)智能化的能力（存儲(chǔ)、計(jì)算以及融合網(wǎng)絡(luò)等等）從而來(lái)保障自主化與協(xié)作化能力得到真正意義上的實(shí)現(xiàn)。不但如此，邊緣計(jì)算的部分網(wǎng)關(guān)也能夠通過(guò)其網(wǎng)絡(luò)連接與有關(guān)協(xié)議的互相轉(zhuǎn)換從而把網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的物理世界以及數(shù)字世界連接起來(lái)，從而為其用戶提供更加輕量化的聯(lián)結(jié)管理、數(shù)據(jù)的及時(shí)分析和實(shí)踐運(yùn)用管理功能。

（1）超低時(shí)延。大量的數(shù)據(jù)資料不用再去上傳到云端進(jìn)行細(xì)致處理，這樣在很大程度上減少了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，從而使反饋更加的快速和準(zhǔn)確，與此同時(shí)也改變了用戶的自身體驗(yàn)，從而降低網(wǎng)絡(luò)在其他部分當(dāng)中可能會(huì)發(fā)生的一些阻塞。

（2）高帶寬。因?yàn)檫吘墧?shù)據(jù)中心非常接近信息源，能夠在本地實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)便的數(shù)據(jù)資料處理，而且不用把所有的數(shù)據(jù)都上傳到云端當(dāng)中，這也就使得核心網(wǎng)運(yùn)輸壓力的下降，在一定程度上降低了網(wǎng)絡(luò)的堵塞，從而使得網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)輸效率也得到了很大的提升。

（3）高實(shí)時(shí)性的計(jì)算能力。邊緣數(shù)據(jù)中心作為數(shù)據(jù)的第一入口，能夠承擔(dān)起大量、異構(gòu)、以及多樣性的數(shù)據(jù)接入，主要負(fù)責(zé)的是簡(jiǎn)單的業(yè)務(wù)處理，一定具備對(duì)其大量接入數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)探析處理能力。

（4）高安全可靠性。邊緣數(shù)據(jù)中心在得到數(shù)據(jù)之后，就能夠?qū)ζ鋽?shù)據(jù)進(jìn)行加密之后在進(jìn)行傳輸，這樣也提高了數(shù)據(jù)的安全性能。邊緣數(shù)據(jù)中心處理與傳輸可靠性能對(duì)其實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)非常的重要，而且對(duì)其用戶的體驗(yàn)影響非常的明顯。

1.2 邊緣計(jì)算與云計(jì)算的能力協(xié)同性

支持多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口與協(xié)議、業(yè)務(wù)的實(shí)效性和確定性時(shí)延、安全隱私以及數(shù)據(jù)全面分析等特征，這些都是云計(jì)算很難滿足的要求。如果把邊緣計(jì)算的特征和云計(jì)算連接起來(lái)，就能夠真正的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、智能應(yīng)用以及業(yè)務(wù)等各個(gè)方面的協(xié)同能力。

（1）邊緣計(jì)算行業(yè)的應(yīng)用關(guān)鍵能力。假如把邊緣計(jì)算定位成為制造領(lǐng)域創(chuàng)造更大價(jià)值的產(chǎn)品，那么在智慧制造的背景下，邊緣計(jì)算除去云計(jì)算的先天化優(yōu)勢(shì)之外，也一定要具備關(guān)鍵能力與主要特征，切實(shí)保障在ICT 生態(tài)環(huán)境當(dāng)中保障具有強(qiáng)大的生命特征與競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。5G技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)寬帶與傳輸時(shí)延飛躍式的提升會(huì)變成運(yùn)營(yíng)商進(jìn)到行業(yè)市場(chǎng)當(dāng)中的敲門磚。

（3）虛擬化電信網(wǎng)絡(luò)。虛擬化技術(shù)是電信網(wǎng)絡(luò)去擁抱IT技術(shù)的一項(xiàng)關(guān)鍵性產(chǎn)物，而且也算得上是計(jì)算時(shí)代先進(jìn)生產(chǎn)力的一項(xiàng)重要代表技術(shù)，雖然說(shuō)在底層技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化和云計(jì)算相比較來(lái)說(shuō)并沒(méi)有很明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)差異，而是通過(guò)電信網(wǎng)絡(luò)能力的持久加持，虛擬化的電信網(wǎng)絡(luò)能夠給邊緣化計(jì)算業(yè)務(wù)帶來(lái)另一種別具特色的差異化競(jìng)爭(zhēng)力，也就是說(shuō)網(wǎng)絡(luò)能力逐漸朝向邊緣業(yè)務(wù)開(kāi)放。

（4）部署形式靈活快速。行業(yè)市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)碎片化嚴(yán)重，而且在每一個(gè)子行業(yè)內(nèi)部生態(tài)環(huán)境當(dāng)中都有自身的復(fù)雜歷史與競(jìng)爭(zhēng)格局，企業(yè)的規(guī)模大小各不相同,對(duì)新技術(shù)的接受能力也有差異，而電信運(yùn)營(yíng)商作雖說(shuō)身后有非常強(qiáng)大的資源與技術(shù)能力，而且有可能存在著政府政策的支撐，但初期一定是一個(gè)逐漸探索逐漸試錯(cuò)的時(shí)期。

（5）行業(yè)能力屬性。既然說(shuō)邊緣計(jì)算的基本目標(biāo)是行業(yè)市場(chǎng)，那么對(duì)其行業(yè)的理解和專業(yè)能力的融合是運(yùn)營(yíng)商能夠提供出的差異化價(jià)值基本體現(xiàn)。從這個(gè)方面來(lái)看，運(yùn)營(yíng)商能夠從自身的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過(guò)程當(dāng)中所積累起來(lái)的系統(tǒng)化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以及業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)當(dāng)中得出更加寶貴的經(jīng)驗(yàn)，并且適時(shí)的運(yùn)用到行業(yè)的創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型過(guò)程當(dāng)中，真正實(shí)現(xiàn)幫助企業(yè)在自身市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中奪得先機(jī)。所以，怎樣才能夠讓行業(yè)在最大程度上接受與采納這幾個(gè)因素所帶來(lái)的技術(shù)特性從而轉(zhuǎn)變成自身生產(chǎn)力的提升是邊緣計(jì)算在5G 當(dāng)中能否成功的關(guān)鍵所在。

2 邊緣計(jì)算智慧制造應(yīng)用的需求

2.1 運(yùn)營(yíng)方面

在運(yùn)營(yíng)方面能夠非常明確的指出目標(biāo)行業(yè)以及清晰的運(yùn)營(yíng)模式基本思路。邊緣計(jì)算這一種更接近企業(yè)環(huán)境的電信網(wǎng)絡(luò)部署類型，給企業(yè)和運(yùn)營(yíng)商以及解決方案供應(yīng)商三者之間的角色轉(zhuǎn)變帶來(lái)了許多合作類型的可能化。有許多企業(yè)由于降本增效的一定壓力使得在接受全新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的時(shí)候也必然要考慮到可接受的產(chǎn)出投入比。但是5G 與邊緣計(jì)算的采納對(duì)其很多傳統(tǒng)的企業(yè)來(lái)講沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可以進(jìn)行參考，所以運(yùn)營(yíng)商與電信產(chǎn)商更需要去主動(dòng)的扮演領(lǐng)導(dǎo)者，從而真正發(fā)揮出來(lái)先鋒帶頭的重要作用。

2.2 目標(biāo)市場(chǎng)方面

企業(yè)自身的準(zhǔn)備狀況與對(duì)其新技術(shù)的接受程度息息相關(guān)。邊緣化計(jì)算對(duì)于很多傳統(tǒng)的企業(yè)來(lái)說(shuō)都屬于技術(shù)革新，企業(yè)自身的技術(shù)準(zhǔn)備也是一項(xiàng)非常重要的條件，這主要包括了企業(yè)自身的運(yùn)行現(xiàn)狀與接受度。除此之外，較大規(guī)?；牟渴鹨材軌蛲ㄟ^(guò)這些視角去進(jìn)行探析。

（1）覆蓋行業(yè)的廣度。處于起步初始時(shí)期的邊緣化計(jì)算網(wǎng)絡(luò)部署，第一步應(yīng)該朝什么方向邁進(jìn)、邁多大的步伐、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的規(guī)模以及應(yīng)該瞄準(zhǔn)哪些行業(yè)等等問(wèn)題都是在目前運(yùn)營(yíng)商所討論的一個(gè)焦點(diǎn)所在。

（2）豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，依據(jù)全球十大行業(yè)當(dāng)中的二百多個(gè)例子的分析研究和匯總來(lái)講，單單從技術(shù)場(chǎng)景角度就可以分成9 大類的典型代表場(chǎng)景，各自都關(guān)系到很多實(shí)踐具體的行業(yè)基礎(chǔ)化領(lǐng)域，也有許多單獨(dú)的行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中都包涵了許多的技術(shù)場(chǎng)景。各類場(chǎng)景對(duì)其網(wǎng)絡(luò)連接、軟件開(kāi)放性以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等都向邊緣化的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)提出來(lái)了更為嚴(yán)苛的要求，每個(gè)具有可落地能力的商用基本方案從推向社會(huì)市場(chǎng)的時(shí)間，對(duì)其網(wǎng)絡(luò)部署的需求等都有很多需要雙方一起驗(yàn)證，并且還需要工作人員對(duì)推動(dòng)的工作去進(jìn)行完善。

2.3 技術(shù)方面

在技術(shù)方面需要去完善的邊緣化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)架與可以商用化的邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)基本平臺(tái)解決方案。

（1）在網(wǎng)絡(luò)的承載等方面來(lái)看，作為一種能夠配合邊緣化計(jì)算網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的關(guān)鍵化系統(tǒng)功能之一，本地的分流基本技術(shù)更為詳細(xì)的功能實(shí)現(xiàn)完成機(jī)制依舊處于討論和制定的過(guò)程當(dāng)中，在這些能力并沒(méi)有完全的得到規(guī)范化，并沒(méi)有得到完全的驗(yàn)證前，跨地域的邊緣化計(jì)算協(xié)同依舊需要面對(duì)很大的挑戰(zhàn)。

（2）在對(duì)其業(yè)務(wù)場(chǎng)景的支持等方面來(lái)看，所制定的邊緣化計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)需要和行業(yè)的實(shí)踐運(yùn)用典型場(chǎng)景無(wú)縫合成，這些實(shí)踐的應(yīng)用場(chǎng)景大致會(huì)分成兩類：一類是對(duì)其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較為敏感的業(yè)務(wù)，例如需要依靠5G 的高帶寬帶基本特征把業(yè)務(wù)實(shí)際數(shù)據(jù)快速上傳到邊緣云的計(jì)算環(huán)境，并且一定要能夠保障低時(shí)延的把計(jì)算結(jié)果傳送給接收方，例如智能工廠當(dāng)中的機(jī)器人云端和遠(yuǎn)程控制或者很多具有典型特征的Wi-Fi 替代方案需求等等。另一類是完全不依靠全新的無(wú)線傳輸技術(shù)，但是對(duì)其云化、集成化部署當(dāng)中的計(jì)算資源有著硬需求的場(chǎng)景，例如，希望去減少終端設(shè)備成本的時(shí)候也提高用戶的體驗(yàn)終端娛樂(lè)類業(yè)務(wù)。

（3）邊緣化計(jì)算網(wǎng)絡(luò)根據(jù)目標(biāo)市場(chǎng)所決定，注定必將以輕量化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與管理模式得到企業(yè)客戶的歡迎與接受，而邁出這一步伐也恰好是充分發(fā)揮運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)虛擬化效應(yīng)的時(shí)候，當(dāng)然，與此同時(shí)也正是對(duì)其NFV 架構(gòu)的實(shí)用性的實(shí)戰(zhàn)考核和驗(yàn)證。

（4）邊緣計(jì)算的較大規(guī)模部署離不開(kāi)全套功能具備完全的運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)以及相對(duì)應(yīng)的管理化機(jī)制。邊緣化業(yè)務(wù)的管理模式和有關(guān)的管理系統(tǒng)的規(guī)范性制定從原本的ETSI MEC 與3GPP 的競(jìng)爭(zhēng)，轉(zhuǎn)為目前基于國(guó)內(nèi)現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)情況與市場(chǎng)環(huán)境，綜合運(yùn)營(yíng)商自身的定位目標(biāo)而歸置的PaaS 建設(shè)基本思路，是否能夠從此就能夠打開(kāi)電信運(yùn)營(yíng)商計(jì)算自生態(tài)的基礎(chǔ)建設(shè)還需要我們靜候結(jié)果。

（5）除此之外，終端模組的成熟度和什么時(shí)候才能夠向社會(huì)市場(chǎng)批次供應(yīng)也是一個(gè)非常關(guān)鍵的要素。有很多和邊緣化計(jì)算有很大關(guān)聯(lián)的行業(yè)應(yīng)對(duì)其5G 終端，從而真正實(shí)現(xiàn)有關(guān)5G 功能的完整特征。

3 邊緣計(jì)算智慧制造的應(yīng)用

3.1 智慧制造關(guān)注點(diǎn)

作為新進(jìn)入者來(lái)說(shuō)，運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商一定要對(duì)自身所進(jìn)入的行業(yè)狀況有足夠的認(rèn)知，所帶來(lái)的5G技術(shù)與邊緣計(jì)算的解決方案假如能夠直接切中企業(yè)的現(xiàn)實(shí)痛點(diǎn)，那么將會(huì)加快落地的進(jìn)程，從而達(dá)到成功的進(jìn)到新市場(chǎng)的基本目的。但是每一個(gè)行業(yè)都有著參差不同的差異，一定要對(duì)其目標(biāo)市場(chǎng)有最基本的規(guī)劃設(shè)置，而且一定要針對(duì)其特定行業(yè)領(lǐng)域投入有效資源，選用深入企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行實(shí)地調(diào)查的分析方式找到最佳切入點(diǎn)。本篇文章也對(duì)其制造業(yè)的典型痛點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要淺析，其他的各個(gè)行業(yè)都有著自身的痛點(diǎn)難處，應(yīng)該作為其邊緣計(jì)算部署當(dāng)中需要著重關(guān)注的層面。換句話來(lái)講的話，假如沒(méi)有辦法提出針對(duì)其具體企業(yè)痛點(diǎn)的技術(shù)與方案，只是簡(jiǎn)單的停留在通用網(wǎng)絡(luò)連接能力提供者的基本角色，那么在5G 持續(xù)被管道化的最終結(jié)果依舊很難避免。

3.2 智慧制造部署形式

邊緣云在行業(yè)當(dāng)中的落地也存在著很多種類型的部署形式。每一個(gè)最終落地的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)都應(yīng)該和業(yè)務(wù)基本需求、運(yùn)營(yíng)模式、商業(yè)模式以及管理模式相對(duì)應(yīng)，總結(jié)歸納出來(lái)了以下三大種類型較為典型的網(wǎng)絡(luò)部署模式。

（1）企業(yè)私網(wǎng)。完整的電信網(wǎng)絡(luò)分布到企業(yè)的環(huán)境當(dāng)中提供端的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)覆蓋，這樣能夠在最大程度上保障企業(yè)數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的隔離與獨(dú)立性，但是也對(duì)企業(yè)自身的網(wǎng)絡(luò)管理能力提出了更高的要求。

（2）企業(yè)專網(wǎng)。把用戶面網(wǎng)關(guān)部署到企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)附近，而核心網(wǎng)以及其他網(wǎng)元部署到電信網(wǎng)的上層節(jié)點(diǎn)，這種模式不但能夠保持其運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一化管理，而且也因?yàn)槠溆脩裘娴南鲁烈矟M足了數(shù)據(jù)不出廠的基本安全訴求，尤其是對(duì)技術(shù)支撐能力極其有限的企業(yè)并不會(huì)有較高的維護(hù)以及管理技術(shù)要求。

（3）網(wǎng)絡(luò)切片組網(wǎng)。5G 架構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)切片組網(wǎng)模式。這種模式需要運(yùn)營(yíng)商對(duì)其目標(biāo)社會(huì)市場(chǎng)進(jìn)行判斷以及相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行部署和規(guī)劃，尤其是對(duì)其邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的分布以及規(guī)模的規(guī)劃能力提出來(lái)了更高的要求。這也算得上是目前需要設(shè)備商和運(yùn)營(yíng)商所一起努力解決的一項(xiàng)重點(diǎn)工作。

3.3 智慧制造管理模式

在目前看來(lái)，邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)管理模式的焦點(diǎn)問(wèn)題是把這個(gè)邊緣云管理納進(jìn)較為統(tǒng)一的NFV 業(yè)務(wù)編排管理范疇當(dāng)中，而且為其維持一種相對(duì)來(lái)說(shuō)較為獨(dú)立的一套管理系統(tǒng)。一定要充分的考慮到不同行業(yè)客戶的基本IT 化能力水平、基本管理模式和邊緣節(jié)點(diǎn)的建設(shè)方基本管理訴求，從而提供分層分級(jí)的運(yùn)營(yíng)管理方法。對(duì)其不一樣的工業(yè)運(yùn)用需求來(lái)講，如果先從SLA（服務(wù)等級(jí)協(xié)議）要求并不高的實(shí)踐應(yīng)用場(chǎng)景入手的話，就要等到技術(shù)與合作一起成熟了之后，然后逐漸的進(jìn)到較為關(guān)鍵化的運(yùn)用領(lǐng)域?？偠灾?，邊緣節(jié)點(diǎn)的管理模式應(yīng)該要在“不應(yīng)該帶給企業(yè)不相稱的管理難度與成本增加”的原則背景之下為運(yùn)營(yíng)商邊緣網(wǎng)絡(luò)能力提供一些科學(xué)合理的管理以及運(yùn)營(yíng)能力的基本實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著5G 時(shí)代的到來(lái)，邊緣計(jì)算也將迎來(lái)快速發(fā)展。在智慧制造領(lǐng)域，突破傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式、提高生產(chǎn)效率和應(yīng)急能力、動(dòng)態(tài)調(diào)整資源等。響應(yīng)速度快，并且可以減緩到處理中心和存儲(chǔ)中心的昂貴長(zhǎng)途連接，邊緣計(jì)算優(yōu)勢(shì)明顯。但也要綜合考慮安全性。隨著數(shù)據(jù)在邊緣收集和分析，如果被利用，可能會(huì)危及其他設(shè)備的安全；其次，還要確保邊緣設(shè)備不會(huì)成為單一故障點(diǎn)，這一點(diǎn)在制造業(yè)尤其重要。這就需要網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師需要構(gòu)建冗余并提供故障轉(zhuǎn)移應(yīng)急措施，已避免主節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)造成的嚴(yán)重停機(jī)。