边缘计算:推动“人-机-物”跨界融合 --控制网

边缘计算:推动“人-机-物”跨界融合
企业: 日期:2017-07-25
领域: 点击数:325

当前,边缘计算正成为传统行业和ICT产业共同关注的热点话题,边缘计算要研究的内容和主要应用领域是什么?其与物联网和互联网的关系如何?又面临哪些挑战?以下将分享一下中科院沈阳自动化研究所所长于海斌对边缘计算的理解,以及在边缘计算方面进行的探索和合作。

边缘计算与物联网相互促进

目前,国际上最主要工业国家的发展动向,其共同特点是ICT技术和OT技术的结合更加明显。比如,德国的“工业4.0”,其本质更多的是发挥工业技术的优势,应用信息技术来维持自身在制造业的领先地位;美国的“工业互联网”更具代表性,其原则就是充分发挥信息技术的优势,提升制造业竞争能力,也是奥巴马政府关于制造业回归政策的重要组成部分;而我国的“中国制造2025”也是以智能制造为主攻方向,是中国实现制造业由大变强的战略规划。

那么,OT到底在制造业遇到了什么样的困难?而ICT又将发挥什么样的作用,特别是边缘计算要研究的内容及其必要性是什么?

首先以流程工业为例,应该说中国在流程工业上面临着资源、能源和环境方面的严重挑战——能耗很高、环境污染严重、废弃物排放量较大。其实,我国在工业设备和装备系统上与国外相比并不差,但运营效率却偏低,与发达国家存在着较大差距,原因何在?其中,有中国自己的特殊问题,比如在冶金工业中,我国低品位矿山比较多,矿石等原材料的成分波动非常大,造成离线优化的设定值与实际生产情况相偏离,实际上很难提高效率。在这种情况下,借助ICT创新,通过互联来实现全流程、全局的在线优化将是解决问题的有效途径。

要实现这一目标,“互联网+”可以发挥重要作用。在消费网络中,“互联网+”提升了人与人之间的关联,现有的技术手段也已能够满足应用的需求;但在物理世界中,“互联网+”的作用就比较难以发挥,所以除了“互联网+”之外,在最低端的物联网领域就需要做出根本的改变。因为现在大部分物联网技术都面临着碎片化问题,各种应用场景都不一样,如何才能统一起来?这一点可以借鉴互联网,在互联网发展成熟的过程中云计算发挥了重要作用,实现了互联网的统一。实际上,用信息技术解决的问题一定要模型化,一定要考虑计算模式的统一,所以在OT领域,不仅仅需要物联网,还迫切需要一种计算来主导的体系,这就是边缘计算,其与物联网是相互促进、共同发展的关系。

边缘计算面临的挑战

无论是德国的“数字工厂”,还是美国的“工业互联网”,其创新在哪里、效益又取自哪里?主要来自于在线优化。当前,我国急切需要解决的是互联网和物联网的融合,这个融合很困难,因为OT是一条轨道,IT又是另一条轨道,两者的模式和理念不同,技术平台也不一样。实际上未来边缘侧越来越碎片化以后,传统的IT终端已经无法满足物联网的需求,边缘计算是否能与芯片和网络设备进行融合,提供新一代的解决方案,同时探索出面向未来的新型产业模式,也将是非常重要的事情。

在传统的工业自动化领域,OT的主要作用就是对总目标进行分解,并提供实时反馈,但在指标分解的过程中,传统离线预设的方式很难应对动态变化。业界希望通过引入IT数据反馈和介入,能够通过自动化过程实现适应动态变化的目标自寻优调整,这就需要广域信息和信息处理融合,从设计到生产一体化,从管理到生产一体化,这需要整合。

那么IT提供了什么样的整合机会?首先连接是基础的手段,比如互联网现在已发展到相对成熟的阶段,很好地解决了人与计算机的连接问题,应用成为互联网下一阶段发展的主要问题。但物联网的发展现在还不太成熟,还没有一个标准的产业形态,主要呈现出碎片化的业态。由于其本来包含的类型就比较多,随着万物互联的发展又为其添加了新的内容——人也将成为系统中的一员,人与机器的关系将是未来20年必须要解决和关注的问题,不能将人排除在机器之外解决问题,所以,关于人的意图、行为和知识的表达也带来了新的挑战,而且人更多地将会与我们现在谈论的边缘计算侧发生关系。

此前,物联网的传统发展模式一直是想将其收集的数据送到云端去处理,但未来物联网的连接数量与现在的互联网相比,规模将超过3个数量级以上,所以完全靠这种垂直连接实际上很难实现,必须要考虑在边缘级进行处理。边缘级处理就涉及到数据采集、数据存储和数据表达等问题,特别是数据表达将成为一大挑战;此外,物联网的数据类型与现在各种互联网设备产生的数据类型完全不一样,呈现多维异构、时空关联等物理特性,如何分配处理任务以及如何自动调整也将是一大挑战。这些都是边缘计算需要解决的问题,而不是边缘网络能够解决的问题。边缘计算需要与网络互动发展,其最主要的原因就是因为处理的数据将是异构的且具有实时要求,特别是嵌入式计算资源严重受限,所以才会出现LiteOS的情况。

未来,边缘计算将主要服务于OT,面向分布式的感知、决策与控制,满足实时业务的需求。在边缘计算这一端,响应时间都在百毫秒以内,同时数据交互频率远远高于云端,所以其面临的挑战更大。如何应对?我们的思路是建立一个面向边缘计算端的开放平台,利用互联网的开源方式解决问题,这个平台需要解决物联网的碎片化问题、数据异构问题,还要解决互联互通也就是互操作问题,在OT领域,这实际上是很困难的事情。

推动“人-机-物”三元融合

边缘计算平台使得IT和OT两个领域的融合有了具体的落实手段,要实现这样的应用,用计算机进行处理,不管是边缘端还是云端都需要模型化,不管是数字模型还是语义模型,都需要模型化。从机器人在工业领域的应用历程可以看到,上世纪80年代开始,在很多场合机器人替代了人的工作,但此时人与机器人还不能进行协作;未来到2020年左右,人与机器人共同存在、共同作业的方式将大量出现,机器人如何更好地理解人,人与机器人如何更好地交互,这将是未来必然要解决的问题。所以,未来“人-机-物”三者必然要实现跨界融合,而融合的核心就是基于服务模型,在边缘侧既要提供计算、存储和网络等基础的服务,也要提供面向应用的技术服务。

要进行这样的工作是十分困难的,特别是关于“人-机-物”的三元融合,这也是“边缘计算产业联盟”成立的初衷,大家希望首先能建立起一个开放平台,以方便整个业界共同参与,促进ICT和OT行业的自然聚合,实现以互联网快速迭代的方式来推动边缘计算的发展。借助于联盟所具有的技术、标准和测试床,一方面,希望能够让边缘计算技术在制造业应用领域取得突破;另一方面,也希望通过边缘计算模式的突破,为广大ICT厂商创造新的业态,毕竟边缘计算也需要载体。

对于这个联盟怎么定位以及未来如何发展,为什么是由现有的这6家机构和企业(华为技术有限公司、中国科学院沈阳自动化研究所、中国信息通信研究院、英特尔公司、ARM和软通动力信息技术(集团)有限公司)来发起?我们认为,无论边缘计算技术将来形成什么样的组合业态,无外乎工业、制造、传感、控制、计算、存储和网络的融合,现有的6家发起单位在上述这些领域都具备较为完整的覆盖,而且互补性很强,完全满足边缘计算未来在技术、标准、行业解决方案等方面发展的需要。现在,整个ICT产业越来越重视产业生态的建设,这也是OT需要向IT学习的地方,边缘计算的发展不可能仅仅依赖于一两家企业的贡献,通过产业生态的建设吸引更多人参与应该是联盟成员共同的目标。

原文作者为中科院沈阳自动化研究所所长于海斌,文章来源于《ICT新视界》。


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