作者：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所 李棟

1　物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）在2000年提出時(shí)，被認(rèn)為是21世紀(jì)的革命性技術(shù)，但發(fā)展緩慢。這其中雖有技術(shù)原因，但并非主要因素，阻礙WSN發(fā)展的深層次原因有三個(gè)方面：

其一，技術(shù)分散化。以短距離通信技術(shù)為例，就有5大類，幾十種技術(shù)之多，性能指標(biāo)各異，很難出現(xiàn)一個(gè)能滿足各種需求的統(tǒng)一化技術(shù)。

其二，產(chǎn)業(yè)碎片化。物聯(lián)網(wǎng)終端的產(chǎn)品形態(tài)各異，種類成千上萬。

其三，應(yīng)用的個(gè)性化。如智能制造對(duì)于高可靠、低延遲、實(shí)時(shí)分析與控制的需求，智慧城市對(duì)于海量接入、大跨度時(shí)空尺度數(shù)據(jù)融合分析、多用戶群體的需求，農(nóng)業(yè)對(duì)于廣覆蓋、低成本、可追溯的需求，醫(yī)療對(duì)于大數(shù)據(jù)、知識(shí)庫(kù)、實(shí)時(shí)推理分析的需求。

個(gè)性化應(yīng)用的特性顯著，帶來的問題是我們針對(duì)某個(gè)應(yīng)用需求所提供的技術(shù)和產(chǎn)品解決方案難以復(fù)制、難以應(yīng)用推廣，從而極大地阻止了產(chǎn)業(yè)推廣，導(dǎo)致目前物聯(lián)網(wǎng)在應(yīng)用中，形成了隨處可見的煙囪式格局，大量信息孤島，做每個(gè)應(yīng)用的時(shí)候都需要針對(duì)應(yīng)用的定制化開發(fā)， 導(dǎo)致綜合應(yīng)用部署、開發(fā)周期長(zhǎng)，難以復(fù)用，需求變化響應(yīng)能力差。

2　迎接邊緣計(jì)算

針對(duì)以上問題，我們認(rèn)為通過邊緣計(jì)算可以通過“兩擴(kuò)展、一集中”來擺脫物聯(lián)網(wǎng)困境。“兩擴(kuò)展”即擴(kuò)展上下游、擴(kuò)展橫向關(guān)聯(lián)；“一集中”即中間平臺(tái)化集中。包括傳感（輸入）、執(zhí)行（輸出）、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)在內(nèi)的資源池，通過邊緣計(jì)算的開放平臺(tái)實(shí)現(xiàn)跨域綜合應(yīng)用。

（1）擴(kuò)展一：資源的虛擬化

針對(duì)產(chǎn)品、技術(shù)的碎片化，將異構(gòu)的感知、傳輸、存儲(chǔ)、計(jì)算資源，進(jìn)行抽象描述，虛擬化成統(tǒng)一的資源環(huán)境，屏蔽底層細(xì)節(jié)，可以統(tǒng)一編程。

（2）擴(kuò)展二：關(guān)聯(lián)的語義化

針對(duì)個(gè)性化應(yīng)用，構(gòu)建具有統(tǒng)一語義的信息空間。語義是數(shù)據(jù)的含義及相互關(guān)系，通過語義關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的可移植、可復(fù)用。

（3）集中：管控的平臺(tái)化

以O(shè)S的模式實(shí)現(xiàn)對(duì)資源與應(yīng)用的統(tǒng)一管控，包括：感知、計(jì)算、存儲(chǔ)、通信資源管理；語義模型的管理；應(yīng)用編程環(huán)境；應(yīng)用市場(chǎng)。

從智能制造的角度來說，邊緣計(jì)算是融合網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)的各種嵌入式終端（傳感器、控制器、執(zhí)行器）的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)通信能力，構(gòu)建統(tǒng)一開放的網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算平臺(tái)，支撐泛在化感知與控制應(yīng)用。下面即以一具體的應(yīng)用案例闡釋邊緣計(jì)算的價(jià)值。

油田對(duì)維護(hù)國(guó)家石油戰(zhàn)略安全意義重大 ，我國(guó)油田開發(fā)普遍進(jìn)入中后期階段，面臨著含水率高，注采優(yōu)化周期長(zhǎng)，能效低等問題，向智慧油田轉(zhuǎn)型升級(jí)需求迫切。油田生產(chǎn)全流程覆蓋勘探、鉆井/測(cè)井/錄井、生產(chǎn)作業(yè)、開發(fā)評(píng)價(jià)以及工程等環(huán)節(jié)。當(dāng)前油田各環(huán)節(jié)分析的進(jìn)行由人來驅(qū)動(dòng)，并負(fù)責(zé)各環(huán)節(jié)信息的傳遞，基于科室的業(yè)務(wù)劃分，形成煙囪式業(yè)務(wù)分析模式 ，導(dǎo)致當(dāng)前油田優(yōu)化周期較長(zhǎng)，為半年至一年。

本案例中對(duì)油田作業(yè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采用OPC-UA進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范、靜態(tài)數(shù)據(jù)采用語義映射模塊（sM）來進(jìn)行數(shù)據(jù)語義標(biāo)注；對(duì)OPC-UA和sM信息進(jìn)行邏輯抽象，形成原子邏輯節(jié)點(diǎn)；在虛擬資源池中提供基于業(yè)務(wù)的分組模板，以提升使用效率；對(duì)外提供統(tǒng)一操作接口。構(gòu)建油田邊緣優(yōu)化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油田跨域信息的綜合分析。

通過搭建邊緣側(cè)分析平臺(tái)，縮短油水井工況調(diào)整周期為實(shí)時(shí)、基于油藏精細(xì)描述的注水優(yōu)化策略為每周（對(duì)比傳統(tǒng)每年）小規(guī)模試驗(yàn)表明，通過實(shí)時(shí)油藏管理，實(shí)現(xiàn)采油、注水、集輸?shù)膶?shí)時(shí)協(xié)同優(yōu)化，采收率提升2.3%，節(jié)能30%。

3　邊緣計(jì)算技術(shù)體系

邊緣計(jì)算的技術(shù)體系如下圖所示。

從通信接入、網(wǎng)絡(luò)傳輸、計(jì)算與管理、服務(wù)提供四個(gè)層次來看，TSN、5G/NB-IOT、無線共存、SDN、OPC-UA、虛擬化、資源語義化、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理認(rèn)知計(jì)算及基于情景的服務(wù)混搭等技術(shù)成為邊緣計(jì)算未來發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

（本文整理自李棟在“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算研討會(huì)”上的報(bào)告）

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年4月刊