邊緣計算：推動“人-機-物”跨界融合

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麼？其與物聯網和網際網路的關係如何？又面臨哪些挑戰？以下將分享一下我們對邊緣計算的理解，以及在邊緣計算方面進行的探索和合作。

成立於1958年的瀋陽自動化研究所隸屬於中國科學院，現有員工1100多人、中國工程院院士2人、在讀碩士和博士研究生500多人，主要從事機器人和智慧製造方面的研發工作。在機器人領域，自動化所主要抓住核心技術，並在機構、感知和控制方面都有所佈局，由於在基礎核心技術方面有了很好的佈局，所以在陸、海、空、天、微、醫等方面都有涉及。特別是工業機器人方面做了很多領先工作，孵化出了國內機器人產業中的龍頭企業——新鬆公司；在自動化領域，經過多年的長期努力，自動化所圍繞基礎技術，包括工業晶片、智慧裝置、控制系統和行業整體解決方案等方面都進行了佈局，並憑藉這一佈局，在石油採集、有色金屬冶煉與壓延、航空航天、電力裝備以及汽車智慧製造等方面都有涉及，其中很多都是相關行業中具有代表性的智慧製造應用工程。

邊緣計算與物聯網相互促進

瀋陽自動化研究所是面向OT（Operation Technology）領域的ICT應用技術研究所，ICT是非常必要的技術手段，對於加速傳統產業的變革發揮著重要的作用。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，應用資訊科技來維持自身在製造業的領先地位；美國的“工業網際網路”更具代表性，其原則就是充分發揮資訊科技的優勢，提升製造業競爭能力，也是奧巴馬政府關於製造業迴歸政策的重要組成部分；而我國的“中國製造2025”也是以智慧製造為主攻方向，是中國實現製造業由大變強的戰略規劃。無論如何，這3個計劃代表著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。

那麼，OT到底在製造業遇到了什麼樣的困難？而ICT又將發揮什麼樣的作用，特別是邊緣計算要研究的內容及其必要性是什麼？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、環境汙染嚴重、廢棄物排放量較大。其實，我國在工業裝置和裝備系統上與國外相比並不差，但運營效率卻偏低，與已開發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，藉助ICT創新，通過互聯來實現全流程、全域性的線上優化將是解決問題的有效途徑。

要實現這一目標，“網際網路+”可以發揮重要作用。在消費網路中，“網際網路+”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，“網際網路+”的作用就比較難以發揮，所以除了“網際網路+”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？這一點可以借鑑網際網路，在網際網路發展成熟的過程中雲端計算髮揮了重要作用，實現了網際網路的統一。實際上，用資訊科技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、共同發展的關係。

邊緣計算面臨的挑戰

無論是德國的“數字工廠”，還是美國的“工業網際網路”，其創新在哪裡、效益又取自哪裡？主要來自於線上優化。當前，我國急切需要解決的是網際網路和物聯網的融合，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後，傳統的IT終端已經無法滿足物聯網的需求，邊緣計算是否能與晶片和網路裝置進行融合，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，並提供實時反饋，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資料反饋和介入，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，這就需要廣域資訊和資訊處理融合，從設計到生產一體化，從管理到生產一體化，這需要整合。那麼IT提供了什麼樣的整合機會？首先連線是基礎的手段，比如網際網路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線問題，應用成為網際網路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。由於其本來包含的型別就比較多，隨著萬物互聯的發展又為其新增了新的內容——人也將成為系統中的一員，人與機器的關係將是未來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，關於人的意圖、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係。

此前，物聯網的傳統發展模式一直是想將其收集的資料送到雲端去處理，但未來物聯網的連線數量與現在的網際網路相比，規模將超過3個數量級以上，所以完全靠這種垂直連線實際上很難實現，必須要考慮在邊緣級進行處理。邊緣級處理就涉及到資料採集、資料儲存和資料表達等問題，特別是資料表達將成為一大挑戰；此外，物聯網的資料型別與現在各種網際網路裝置產生的資料型別完全不一樣，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，而不是邊緣網路能夠解決的問題。邊緣計算需要與網路互動發展，其最主要的原因就是因為處理的資料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於OT，面向分散式的感知、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，同時資料互動頻率遠遠高於雲端，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，利用網際網路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、資料異構問題，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，不管是邊緣端還是雲端都需要模型化，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互動，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於服務模型，在邊緣側既要提供計算、儲存和網路等基礎的服務，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，特別是關於“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，實現以網際網路快速迭代的方式來推動邊緣計算的發展。藉助於聯盟所具有的技術、標準和測試床，一方面，希望能夠讓邊緣計算技術在製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。

對於這個聯盟怎麼定位以及未來如何發展，為什麼是由現有的這6家機構和企業（華為技術有限公司、中國科學院瀋陽自動化研究所、中國資訊通訊研究院、英特爾公司、ARM和軟通動力資訊科技（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麼樣的組合業態，無外乎工業、製造、感測、控制、計算、儲存和網路的融合，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於一兩家企業的貢獻，通過產業生態的建設吸引更多人蔘與應該是聯盟成員共同的目標。

於海斌/文

中科院瀋陽自動化研究所所長