在理想環(huán)境中，邊緣計(jì)算指的就是在數(shù)據(jù)產(chǎn)生源附近分析、處理數(shù)據(jù)，沒有數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)，進(jìn)而減少網(wǎng)絡(luò)流量和響應(yīng)時(shí)間。邊緣結(jié)點(diǎn)指的就是在數(shù)據(jù)產(chǎn)生源頭和云中心之間任一具有計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)資源的結(jié)點(diǎn)，比如路由器、交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)以及中間的服務(wù)器，甚至是D2D網(wǎng)絡(luò)，這些都可以看作是邊緣設(shè)備，為用戶提供計(jì)算和存儲(chǔ)的能力。其中，網(wǎng)關(guān)等設(shè)備是智能工廠和云中心之間的邊緣結(jié)點(diǎn)。
　　邊緣計(jì)算可以為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來什么
　　傳統(tǒng)的基于云計(jì)算的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，邊緣接入層只做一層匯聚，以及上行接入到云端。然而，結(jié)合邊緣與云協(xié)同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)中，很重要的場(chǎng)景就是要在云平臺(tái)的基礎(chǔ)上，做一個(gè)基于邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)和應(yīng)用的處理層。這一個(gè)層級(jí)不僅僅對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)部署應(yīng)用服務(wù)，提供計(jì)算和存儲(chǔ)的能力，使得任務(wù)快速處理，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行沉淀。
　　

圖1  基于云計(jì)算的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、基于邊緣與云協(xié)同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

　　因此，基于邊緣計(jì)算的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)滿足傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的幾大需求：一是任務(wù)時(shí)延，很多工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需要快速的決策分析，例如基于機(jī)器學(xué)習(xí)的產(chǎn)品視覺檢測(cè)系統(tǒng)，通過深度學(xué)習(xí)算法，分析和檢測(cè)攝像機(jī)捕捉到的檢測(cè)工件的圖像，判斷產(chǎn)品是否存在瑕疵，需要在短時(shí)間內(nèi)得出判斷結(jié)果，若上傳云端計(jì)算，則時(shí)延過大無法滿足任務(wù)需求；二是運(yùn)營(yíng)成本，一個(gè)工廠內(nèi)可能存在成千上萬的工業(yè)節(jié)點(diǎn)，因此工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常大，如果全部上傳至云端進(jìn)行分析，則需消耗大量的帶寬資源，由此會(huì)帶來巨額費(fèi)用；三是數(shù)據(jù)安全，基于一些安全性考慮，很多企業(yè)不愿意把數(shù)據(jù)全部上傳至云端，邊緣服務(wù)器的部署可以使得企業(yè)將一些不必要上傳的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的在網(wǎng)絡(luò)邊緣處理，并把一些歷史數(shù)據(jù)上傳至云端進(jìn)行綜合分析與應(yīng)用。
　　基于邊緣和云協(xié)同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)架構(gòu)
　　目前已經(jīng)發(fā)布了基于邊緣和云協(xié)同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)架構(gòu)，主要分為邊緣層、平臺(tái)層、應(yīng)用層三層。平臺(tái)主要是基于邊緣和云的協(xié)同，我們主要關(guān)注邊緣層以及邊緣層解決數(shù)據(jù)采集集成的問題，主要功能包括設(shè)備接入、協(xié)議解析、邊緣數(shù)據(jù)的處理。

　　圖2 基于邊緣與云協(xié)同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)

　　眾所周知，工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)可以分為“三級(jí)兩層”架構(gòu)，三級(jí)包括工廠級(jí)（SCM軟件配置管理、MES制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)、ERP企業(yè)資源計(jì)劃、CRM客戶關(guān)系管理）、車間級(jí)（HMI人機(jī)界面接口、SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)（PLC可編程控制器、DCF/FCS過程控制系統(tǒng)/分散控制系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)；兩層包括IT信息技術(shù)和OT操作技術(shù)。邊緣計(jì)算可以部署在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的很多層面，通常來說部署在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)或者車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)，可以極大的提高效率，節(jié)省帶寬，減少成本。如果部署在企業(yè)層面，但是由于企業(yè)層面對(duì)時(shí)延的要求不是很高，所以通常來說不會(huì)這樣部署。
　　問題與挑戰(zhàn)
　　邊緣節(jié)點(diǎn)包括接入點(diǎn)、基站、網(wǎng)關(guān)、路由器、交換機(jī)等，這些節(jié)點(diǎn)具有異構(gòu)的計(jì)算能力，如何動(dòng)態(tài)的進(jìn)行任務(wù)編排和調(diào)度以保證負(fù)載均衡是目前面臨的挑戰(zhàn)。同時(shí)，如何在多個(gè)地理位置分區(qū)執(zhí)行任務(wù)，如何拆分執(zhí)行分布式任務(wù)也是目前面臨的挑戰(zhàn)。
　　另一個(gè)挑戰(zhàn)是需要確保邊緣節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高吞吐量，并且在承接額外計(jì)算工作量時(shí)運(yùn)行可靠。需要對(duì)邊緣節(jié)點(diǎn)的峰值時(shí)間全面了解，以便可以用靈活的方式來分割和調(diào)度任務(wù)。復(fù)雜的算法如何在云端和邊緣設(shè)備之間合理分解和整合，需要一個(gè)對(duì)云、邊緣服務(wù)器以及工廠設(shè)備三者都有控制力的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
　　工廠網(wǎng)絡(luò)安全涉及很多層級(jí)安全，其中包括節(jié)點(diǎn)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全以及應(yīng)用安全。其中節(jié)點(diǎn)安全涉及到設(shè)備、計(jì)算、緩存等等邊緣節(jié)點(diǎn)的安全性。工廠場(chǎng)景下邊緣各節(jié)點(diǎn)交互復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)的安全管控值得重視。同時(shí)，工廠的三級(jí)兩層網(wǎng)絡(luò)的安全性都需要得到關(guān)注。而數(shù)據(jù)安全方面，在邊緣服務(wù)器處理的生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全、操作數(shù)據(jù)安全也是研究的重要內(nèi)容。而應(yīng)用安全包括部署在邊緣服務(wù)器的軟件安全和平臺(tái)安全。如何防止入侵者或黑客用漏洞對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)和工控系統(tǒng)展開攻擊，科學(xué)地檢測(cè)各類服務(wù)器、終端和工控系統(tǒng)漏洞，并合理更新補(bǔ)丁也是研究的重要內(nèi)容。