边缘计算社区 · 2020年12月04日

边缘计算助力工业互联网创新发展

首发:边缘计算社区
作者: 全球边缘计算大会

2020 年 11 月 7 日,由边缘计算社区主办的全球边缘计算大会在北京成功召开,作为业内首个专门为边缘计算人打造的行业盛会,此次活动现场共有超过500+来自政、产、学、研、用各界的企业负责人、权威技术专家、通信科技从业者、边缘计算研究者、边缘计算投资机构等参会,共话 5G•边缘计算议题及真知见解,反响十分热烈。

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边缘计算社区很荣幸邀请到中国信息通信研究院的王哲老师出席参与大会,和大家分享边缘计算和工业互联网的实践。以下为王哲老师演讲实录,原汁原味,希望对您有帮助。
大家好,我是中国信通院的王哲,感谢主办方的邀请,让我可以有机会和大家分享下边缘计算的最新进展。
近年来边缘计算的热度达到了一个前所未有的高度,今天前面的几位来自各个领域的专家从不同角度介绍了边缘计算的发展态势,这正是边缘计算非常火的一个原因,它是跨场景、跨领域的共性技术,广义概念覆盖非常广,所以运营商、互联网厂商,不同产业阵营都在做边缘计算。而工业、交通、农业等不同行业也都在用边缘计算。可以说边缘计算受到了产、学、研、用各方的高度关注。
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Gartner、IEEE等权威机构都把边缘计算列为2020年度的重要方向,学术界对于边缘计算的论文数量也是指数型的增长趋势。运营商、互联网厂商、设备厂商都在做边缘计算相关研究,工业、交通、农业也都在用边缘计算,可以说边缘计算现在是受到了来自产学研用各方的关注。
全球范围来看,各国都将边缘计算作为产业数字化转型中的关键环节进行统筹部署,从政策环境构建、建立产业联盟到项目引导、试点应用等方法,均提出了相关举措,积极推进边缘计算发展。,美国工业互联网产业联盟,专门设立了针对边缘计算的研究工作组,日本和韩国都是在做一些边缘计算的应用试点,推动边缘计算对于不同垂直领域的应用。

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我国高度重视边缘计算技术的发展,给予了强有力的政策支持,从技术标准、应用部署、新技术融合等多个角度推动边缘计算在工业互联网、车联网等垂直领域的创新发展。
2017年,国务院出台《关于深化 “互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》,明确提出要“促进边缘计算等新兴前沿技术在工业互联网中的应用研究与探索。之后的几年间,工信部相继印发了《关于推动工业互联网加快发展的通知》、《“5G+工业互联网”512工程推进方案》,鼓励相关单位在时间敏感网络、边缘计算、工业智能等领域加快技术攻关,可以看出我国政府对于边缘计算的重视及布局决心。
随着新基建战略的提出,也为边缘计算发展带来了重要的契机,边缘计算以关键支撑技术的角色频频出现在各地新基建政策。其中边缘计算与5G、数据中心、AI、工业互联网等“新基建”紧密相关,这些场景中,边缘计算作为数据第一入口,将实现网络、计算等资源的融合与协同,使应用能够按需、实时调用不同位置的计算资源,提供一致的用户体验。其中,工业互联网是边缘计算最为典型的应用场景。

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首先,向大家解释下什么是工业互联网,目前全球正在经历第四次工业革命,最核心的特征是数字化、网络化、智能化。这三者之间密切相关,互为基础,互为条件,构成一个整体,工业互联网不是一张简单的网,而是一个全新的工业生态体系,把众多工业设备集成互联,提升资源配置和生产制造效率,从而推动新兴业态与创新应用,实现智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸的目标。
对于工业互联网来说,边缘计算是不可或缺的关键环节,工业互联网的核心是基于全面互联而形成数据驱动的智能,而边缘计算可以协同调度计算、存储、网络等资源,实现企业内各层数据的纵向集成及实时高效处理,充分释放数据价值。
此外,工业互联网连接对象种类多、数量大,存在大量异构的总线联接,场景复杂。因此,工业设备之间的连接需要边缘计算提供“现场级”的计算能力,实现各种制式的网络通信协议相互转换,能够应对异构网络协同部署与高效运维、工业智能按需配置与就近服务等挑战。边缘计算的实施架构贯穿整个工业互联网体系,从部署的角度看,在产线、车间和工厂内均能够部署边缘计算节点,逻辑节点形态可以分为边缘控制器,边缘网关和边缘云。对应的形态包括控制器、网关设备、边缘智能服务器、边缘一体机等等。企业将根据自身需求部署其中一层或者多层架构。
刚才各位专家也都提到,并不是单一存在或者独立自治的,经过了这些年的发展,边缘计算在不断的和云计算以及网络技术融合,呈现出两个大的趋势。首先,边缘计算与中心云云互连与协同,构建“边云协同”的模式,实现物理资源协同、应用协同、服务协同,提升资源利用率,拥有更加丰富的场景,进一步放大了边缘计算和云计算的产业价值。
其次,边缘计算不断和5G、TSN等各类网络技术融合部署,构建“边网融合”的新模式,实现计算、网络、存储等多维度资源的统一协同调度及全局优化,形成“计算+连接”的边缘计算能力。
我们从边缘计算的技术成熟度来看,目前整个技术成熟度也是在不断提升的,我们也对边缘计算关键技术进行了一个简单的归类,第一类是云原生技术包括刚才阿里和腾讯的几位专家说到的云原生技术,微服务和容器,不断地向边缘侧下沉,有效地提供和云上一致的用户体验。第二类是边缘原生技术,包括边缘智能、计算迁移等,充分利用边缘侧资源异构、实时响应等特点,满足各类应用场景敏捷联接、实时可靠、数据优化、应用智能等方面的关键需求。第三类是边缘计算和网络融合的技术,像算力网络、TSN与边缘计算不断融合等等,计算资源融入网络使得架构的拓扑也要发生变化。

下面我简单介绍几个关键技术的研究内容,众所周知,人工智能的模型训练和深度学习、神经网络需要大量的数据支撑,而由于万物互联时代数据爆炸式增长,数据回传对于网络的压力是非常大的。目前人工智能模型训练部署在远端的中心云,实时响应性是比较差的,模型更新的实时性也是比较差的。如果我们在边缘侧部署边缘智能的能力,一方面可以剔除一些冗余的数据,上传的效率会更高,有效地降低网络带宽的压力,另一方面我们在边缘侧部署智能推理模型可以有效地提升实时响应的能力,通过反馈训练可以提升边和云的模型迭代效率。
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另外,TSN和边缘计算的融合已经成为一个重要趋势,大家知道现在边缘计算设备在东西向联通还是使用TCP/IP等传统的“尽力而为”通讯方式,而工业现场其实是不允许有这种丢包或者可靠性差的现象出现。
目前工业公认的下一代以太网技术就是TSN网络技术,我们现在正在研究利用TSN为边缘计算的节点实现东西向实时通信。一方面可以提高目前数据传输的可靠性和有效性,另一方面我们边缘计算节点也可以为TSN的网络控制器和配置提供计算的能力,有效地提升TSN网络的效率。

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标准化工作是技术发展及应用落地的基础,中国信通院牵头研制了一系列边缘计算相关标准,实现从国际标准、国家标准、行业标准到联盟标准其实已经初步实现了全覆盖。
目前,中国通信标准化协会CCSA下设工业互联网特设组ST8已经针对边缘计算开展了体系化的标准研究工作,在研标准近20项,基本覆盖边缘计算的参考架构、核心设备、关键技术、测试规范等关键标准研制。其中,《工业互联网边缘计算总体架构与要求》标准提出了边缘云、边缘网关、边缘控制器的层级化部署架构,为企业应用边缘计算提供重要参考。
同时,边缘计算的产业链已经初步形成,包括产业上游的各类芯片模组到整机设备的制造商以及中游的运营商、云计算服务厂商、CDN厂商,再到下游的终端以及应用开发的厂商。

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刚才陈丹博士说到边缘计算的分类,运营商和互联网厂商都有自己的视角,可能从运营商的角度来说更关注边缘计算和网络的融合,互联网厂商更关注边缘计算和云的协同。目前国际国内的运营商都在针对边缘计算发展进行布局,国外的AT&T、Version等运营商都在做边缘计算的应用试点,GSMA联合全球22家运营商合作构建统一的电信边缘云平台。
刚才国内三大运营商的专家都分享了目前针对边缘计算的研究工作,提出体系化的部署计划,,搭建自研边缘计算平台,提供开放的部署环境,推动边缘计算应用生态走向繁荣。而互联网厂商正在依托既有的云计算优势,借助边云协同延伸云计算能力,保护原有领域的核心竞争优势,包括刚才百度、腾讯、阿里的专家都有提到自研的软硬件一体化的平台。
边缘计算在规模化应用部署的过程中还是存在一些问题,例如产品接口标准不完善、缺乏测试规范及测试环境、产业呈现碎片化发展等,针对上述问题和挑战,2020年,中国信通院联合产业各方发起我国第一个边缘计算产业促进项目“边缘计算标准件计划”,通过构建边缘计算产品技术要求及测试规范标准体系,探索边缘计算产品的标准符合度评测,推动供给侧与需求侧的精准对接,力争成为设备厂商产品研制及工业企业采购选型的风向标。旨在形成“技术研发、标准研制、产品检测、应用示范、规模商用”的产业闭环,推动我国边缘计算发展迈向新阶段。
目前,“边缘计算标准件计划”已经形成标准10余项,参编单位近60家,已围绕边缘计算产品能力形成15类一级评测指标及60类二级评测指标。

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2020年7月,中国信通院启动“边缘计算标准件计划”首批产品评测工作,共收到近40家企业的报名申请,经过遴选,来自华为、新华三、文思海辉、华电众信、研华科技、华夏天信、浪潮、联想等8家企业的10款产品围绕硬件基础性能、边缘控制、数据采集、边缘智能、运维管理、边缘安全、分布式协同等60余个边缘计算关键能力评测指标完成测试。首批评测结果在2020年工业互联网网络创新大会正式发布。
作为国内最具权威影响力的边缘计算产品评测活动,本次评测结果有效协助设备厂商优化迭代产品能力,推动整体技术水平的进步,并将为用户提供可靠精准的选型参考,为推动边缘计算规模化部署奠定关键基础。“边缘计算标准件计划”后续将筛选符合行业需求产品形成边缘计算标准件名录,同时组织面向垂直行业的供需对接活动,加速边缘计算相关产品的研制与推广应用。

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作为国家高端专业智库和产业创新发展平台,中国信通院未来将从标准体系完善、生态构建以及技术融合等方面推动边缘计算创新发展。首先我们会聚焦边缘计算平台技术要求等重点标准,促进各类边缘计算技术路线融合,突破关键共性技术。其次我们将面向工业互联网、车联网的各个领域征集边缘计算典型应用案例,总结具有推广示范效应的边缘计算应用模式;第三我们将进一步推动边缘计算创新实验室建设,具备前沿技术验证、产品测试、标准验证、测试床等能力。
最后我们会借助工业互联网产业联盟、边缘计算产业联盟、边缘计算社区等平台凝聚产业共识,加强边缘计算政产学研协同创新,促进技术创新成果产业化。通过“边缘计算标准件计划”,边缘计算开发者大赛等产业行动加速推动跨厂商边缘计算产品互联互通互操作。

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