边缘计算技术及其应用领域分析

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：边缘计算的基本特点包括以下几点。边缘计算实际部署天然具备分布式特征。边缘计算作为“OICT”融合与协同的关键承载，需要支持在联接、数据、管理、控制、应用、安全等方面的协同。图4-8智能运维与服务边缘计算应用框架

（1）边缘计算的概念及基本特点

边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。它可以作为联接物理和数字世界的桥梁，使能智能资产、智能网关、智能系统和智能服务。边缘计算的基本特点包括以下几点。

①联接性。

联接性是边缘计算的基础。所联接物理对象的多样性及应用场景的多样性，需要边缘计算具备丰富的联接功能，如各种网络接口、网络协议、网络拓扑、网络部署与配置、网络管理与维护。联接性需要充分借鉴吸收网络领域先进研究成果，如TSN、SDN、NFV、Network as a Service、WLAN、NB-IoT、5G等，同时还要考虑与现有各种工业总线的互联互通。

②数据第一入口。

边缘计算作为物理世界到数字世界的桥梁，是数据的第一入口，拥有大量、实时、完整的数据，可基于数据全生命周期进行管理与价值创造，将更好地支撑预测性维护、资产效率与管理等创新应用；同时，作为数据第一入口，边缘计算也面临数据实时性、确定性、多样性等挑战。

③约束性。

边缘计算产品需适配工业现场相对恶劣的工作条件与运行环境，如防电磁、防尘、防爆、抗振动、抗电流/电压波动等。在工业互联场景下，对边缘计算设备的功耗、成本、空间也有较高的要求。边缘计算产品需要考虑通过软硬件集成与优化，以适配各种条件约束，支撑行业数字化多样性场景。

④分布性。

边缘计算实际部署天然具备分布式特征。这要求边缘计算支持分布式计算与存储，实现分布式资源的动态调度与统一管理，支撑分布式智能，具备分布式安全等能力。

⑤融合性。

OT与ICT的融合是行业数字化转型的重要基础。边缘计算作为“OICT”融合与协同的关键承载，需要支持在联接、数据、管理、控制、应用、安全等方面的协同。

（2）边缘计算参考架构

参考架构基于模型驱动的工程方法（model-driven engineering，MDE）进行设计。基于模型可以将物理和数字世界的知识模型化，从而实现以下功能。

①物理世界和数字世界的协作。

对物理世界建立实时、系统的认知模型。在数字世界预测物理世界的状态、仿真物理世界的运行、简化物理世界的重构，然后驱动物理世界优化运行。能够将物理世界的全生命周期数据与商业过程数据建立协同，实现商业过程和生产过程的协作。

②跨产业的生态协作。

基于模型化的方法，ICT和各垂直行业可以建立和复用本领域的知识模型体系。ICT行业通过水平化的边缘计算领域模型和参考架构屏蔽ICT技术复杂性，各垂直行业将行业Know-How进行模型化封装，实现ICT行业与垂直行业的有效协作。

③减少系统异构性，简化跨平台移植。

系统与系统之间、子系统与子系统之间、服务与服务之间、新系统与旧系统之间等基于模型化的接口进行交互，简化集成。基于模型，可以实现软件接口与开发语言、平台、工具、协议等解耦，从而简化跨平台的移植。

④有效支撑系统的全生命周期活动。

包括应用开发服务的全生命周期、部署运营服务的全生命周期、数据处理服务的全生命周期、安全服务的全生命周期等。

ICT行业在网络、计算、存储等领域面临着架构极简、业务智能、降低CapEx和OpEx等挑战，正在通过虚拟化、SDN、模型驱动的业务编排、微服务等技术创新应对这些挑战。边缘计算作为OT和ICT融合的产业，其参考架构设计需要借鉴这些新技术和新理念。同时，边缘计算与云计算存在协同与差异，面临独特挑战，需要独特的创新技术。

基于上述理念，边缘计算机产业联盟（edge computing consortium，ECC）提出了如图4-7所示的边缘计算参考架构2.0。

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