Intelligent factory -- application case

風口上的邊緣計算，能推動物聯(lián)網(wǎng)應用深度變革嗎？

進入萬物智能互聯(lián)的新時代，物聯(lián)網(wǎng)迎來了發(fā)展的巨大風口，據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2018年底中國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)市場規(guī)模達到13603億元左右，同比增長14.7%，未來物聯(lián)網(wǎng)市場上漲空間可觀。

如此龐大的市場規(guī)模，帶來了海量的設備連接，數(shù)據(jù)量也因此成指數(shù)級爆炸。如果采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式，把井噴式的數(shù)據(jù)全部聚集在云端，這不僅對帶寬有著極高的要求，同時將會加大網(wǎng)絡負載，網(wǎng)路可能造成擁堵，造成數(shù)據(jù)處理延時，與物聯(lián)網(wǎng)應用要求快速的響應時間需求背道而馳。面對這一困境，邊緣計算應運而生，它消除了互聯(lián)網(wǎng)在延遲和帶寬方面的限制，從而帶來了全新的應用類別。

邊緣計算——用“腿”解決了問題

在了解什么是邊緣計算時，我們先來認識一下邊緣計算的“遠親”——章魚。作為無脊椎動物中智商最高的一種動物，章魚擁有巨量的神經(jīng)元，但其中60%分布在章魚的八條腿（腕足）上，腦部卻只有40%。也就是說章魚是用腿來思考并就地解決問題的。章魚在捕獵時非常靈活，腕足之間配合極好，從來不會纏繞打結(jié)，這主要歸功于它們類似分布式計算的“多個小腦+一個大腦”。

而邊緣計算本質(zhì)上也是一種去中心化的分布式計算模型，在靠近數(shù)據(jù)源或用戶的地方分析處理數(shù)據(jù)，進而減少網(wǎng)絡流量和響應時間。在工業(yè)現(xiàn)場的很多數(shù)據(jù)“保鮮期”很短，一旦處理延誤，就會迅速“變質(zhì)”，數(shù)據(jù)價值呈現(xiàn)斷崖式跌落，此時邊緣計算便發(fā)揮了不可替代的作用。海量的數(shù)據(jù)能夠就近處理，大量的設備也能實現(xiàn)高效協(xié)同的作用，諸多問題迎刃而解。

據(jù)調(diào)研公司MarketsandMarhets聲稱，到2022年，邊緣計算市場的價值將達到67.2億美元，比2017年的14.7億美元大幅上升，年復合增長率高達35.4%。邊緣計算已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)的一個重要發(fā)展趨勢。

邊緣計算優(yōu)勢顯著

邊緣計算的核心是在靠近數(shù)據(jù)源或者用戶的地方提供計算、存儲等基礎設施，并為邊緣應用提供云服務和IT服務。邊緣計算不僅是5G網(wǎng)絡區(qū)別于3G、4G的重要標準之一，同時也是支撐物聯(lián)技術(shù)低延時、高密度等條件的具體網(wǎng)絡技術(shù)體現(xiàn)形式，具有場景化定制強等特點。

邊緣計算的優(yōu)勢

1實時性、高快速響應性

很多工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用需要亞秒級的響應時間來進行安全關(guān)鍵和精準的操作。如自動駕駛車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應用，在復雜的運行環(huán)境，自動駕駛車輛需要對實時出現(xiàn)的安全情況進行快速的響應處理。如果此時還是將數(shù)據(jù)傳回云端處理，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)擁堵情況，那么車輛的安全將無法得到保障。而邊緣計算分布式以及天然靠近設備端的特性決定了它可以實時快速處理、高速響應的優(yōu)勢。在車聯(lián)網(wǎng)應用上，邊緣計算可以為自動駕駛業(yè)務提供毫秒級的時延保證。

2效率高

計算能力下沉到網(wǎng)絡的邏輯末端，使得邊緣計算可以直接對終端設備的數(shù)據(jù)進行過濾和分析，不用請示遠在天邊的云計算，節(jié)能省時效率還高。

3省流量、小帶寬

邊緣計算支持數(shù)據(jù)本地處理，大流量業(yè)務本地卸載可以減輕回傳壓力，有效降低成本。

4智能更節(jié)能

人工智能+邊緣計算的組合，不止于計算，智能化特點更加明顯。且云計算+邊緣計算協(xié)同高效的分工，使得綜合成本只有單獨使用云計算的39%。

5安全性更高

邊緣計算中的數(shù)據(jù)僅在源數(shù)據(jù)設備和邊緣設備之間交換，不再全部上傳至云計算平臺，降低了數(shù)據(jù)泄露的風險。 基于以上優(yōu)勢，邊緣計算將率先在工業(yè)自動化、公共事業(yè)、能源和交通運輸行業(yè)中得到廣泛應用。

邊緣計算+人工智能——組合成就“最強小腦”

如果將云計算定義為數(shù)據(jù)處理中心的大腦，那么邊緣計算則是章魚異常發(fā)達的“腿部小腦”。

人工智能（AI）芯片首先是在云端服務器市場中得到了應用，隨后向終端領(lǐng)域擴展。在5G商用的大浪潮下，越來越多的邊緣服務器被鋪設，人工智能在邊緣側(cè)的應用也逐漸展開。預計在未來一段時間內(nèi)，邊緣計算將成為AI芯片發(fā)展最為快速的領(lǐng)域。這也意味著，人工智能最終將在“云-邊-端”的全產(chǎn)業(yè)鏈條上實現(xiàn)覆蓋。

人工智能+物聯(lián)網(wǎng)+邊緣計算，打破了傳統(tǒng)IoT數(shù)據(jù)中心不在邊緣設備上的弊端，能夠讓人工智能在邊緣設備上變得更智能、更敏捷、滿足更多的場景應用的需求。而邊緣設備上的本地計算意味著大量的數(shù)據(jù)需要被有效的推理、分析和提取，對計算能力的要求非常高，同時要求低延遲低功耗，人工智能的賦能讓這一切成為可能。

甚至基于用戶的歷史軌跡數(shù)據(jù)，人工智能技術(shù)還可以高效預測用戶未來短期內(nèi)的運動軌跡，從而實現(xiàn)預測性邊緣服務遷移決策，進一步提升系統(tǒng)的服務性能。在預測性維護領(lǐng)域，人工智能+邊緣計算也是大有可為。

邊緣控制器

邊緣計算的出現(xiàn)基于云計算，可以說邊緣計算就是運營技術(shù)（OT）中的云計算，相比較于信息技術(shù)（IT）中的云計算，邊緣計算對實時性和安全性提出了更高的要求，而邊緣控制器作為數(shù)據(jù)通往云端的最后一層物理實體，是機器層OT和云端IT解決方案的接口。

基于人工智能算法，邊緣控制器有可能識別出程序檢測不到的，或者人眼無法分辨的異常狀況，從而實現(xiàn)對設備行為較為全面準確的學習理解。

研華WISE-5000邊緣控制器便是其中的杰出代表。WISE-5000邊緣計算一體化控制器是集計算機運算處理功能、網(wǎng)關(guān)通訊功能、PLC控制功能及數(shù)據(jù)上云功能于一體的解決方案。

1體積小巧，節(jié)省空間

研華邊緣控制器WISE-5000系列作為業(yè)界最小、速度最快的開放式平臺之一，它結(jié)構(gòu)緊湊，高度為10厘米，插片式I/O模塊全部安裝在標準DIN導軌上，安裝在設備控制柜中時無需額外的鉆孔或機械裝置，不僅節(jié)省了空間，而且允許工業(yè)設備跨越邊界。

2高速處理，提高機械效率

同時WISE-5000系列配備Intel第六代Skylake Core處理器�？刂破鞯膬蓚�(cè)采用標準PCI Express高速接口和EtherCAT通信協(xié)議設計，可提供高達100 Mbps的傳輸速度。它可以大大提高WISE-5000在傳輸和處理大數(shù)據(jù)時的實時性和準確性。

3高度整合信息化與自動化技術(shù)

在整合了傳統(tǒng)的PLC與PC平臺優(yōu)勢上，WISE-5000可以在一個平臺中運行自動化的高速數(shù)據(jù)采集，運動控制，機器視覺，邏輯控制；同時實現(xiàn)信息化的數(shù)據(jù)庫，云平臺交互，兼顧第三方軟件集成，使設備制造商更容易整合IT與OT的應用。

4靈活擴展，滿足多元化需求

WISE-5000采用模塊化EtherCAT I/O和PCI Express接口的設計，為用戶進行數(shù)據(jù)采集、控制、傳輸提供多樣的I/O和通信模塊。在保持可擴展性，準確匹配的同時滿足實際需求，避免額外的設備資源浪費。

結(jié)論

雖然邊緣計算優(yōu)勢顯著，也切實解決了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用中的一些關(guān)鍵問題。但推動邊緣計算的進一步發(fā)展，仍然需要深入了解客戶及業(yè)務需求，否則邊緣計算只能是空中樓閣。

邊緣控制器WISE-5000則是研華深深扎根用戶群中的匠心代表之作，其針對不同細分應用行業(yè)的需求特點，對癥下藥，讓客戶真正體會到從自動化到信息化整體工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來的優(yōu)勢及宏利。