Intelligent factory -- application case

风口上的边缘计算，能推动物联网应用深度变革吗？

进入万物智能互联的新时代，物联网迎来了发展的巨大风口，据前瞻产业研究院数据统计，2018年底中国物联网行业市场规模达到13603亿元左右，同比增长14.7%，未来物联网市场上涨空间可观。

如此庞大的市场规模，带来了海量的设备连接，数据量也因此成指数级爆炸。如果采用传统的数据处理方式，把井喷式的数据全部聚集在云端，这不仅对带宽有着极高的要求，同时将会加大网络负载，网路可能造成拥堵，造成数据处理延时，与物联网应用要求快速的响应时间需求背道而驰。面对这一困境，边缘计算应运而生，它消除了互联网在延迟和带宽方面的限制，从而带来了全新的应用类别。

边缘计算——用“腿”解决了问题

在了解什么是边缘计算时，我们先来认识一下边缘计算的“远亲”——章鱼。作为无脊椎动物中智商最高的一种动物，章鱼拥有巨量的神经元，但其中60%分布在章鱼的八条腿（腕足）上，脑部却只有40%。也就是说章鱼是用腿来思考并就地解决问题的。章鱼在捕猎时非常灵活，腕足之间配合极好，从来不会缠绕打结，这主要归功于它们类似分布式计算的“多个小脑+一个大脑”。

而边缘计算本质上也是一种去中心化的分布式计算模型，在靠近数据源或用户的地方分析处理数据，进而减少网络流量和响应时间。在工业现场的很多数据“保鲜期”很短，一旦处理延误，就会迅速“变质”，数据价值呈现断崖式跌落，此时边缘计算便发挥了不可替代的作用。海量的数据能够就近处理，大量的设备也能实现高效协同的作用，诸多问题迎刃而解。

据调研公司MarketsandMarhets声称，到2022年，边缘计算市场的价值将达到67.2亿美元，比2017年的14.7亿美元大幅上升，年复合增长率高达35.4%。边缘计算已经成为物联网的一个重要发展趋势。

边缘计算优势显著

边缘计算的核心是在靠近数据源或者用户的地方提供计算、存储等基础设施，并为边缘应用提供云服务和IT服务。边缘计算不仅是5G网络区别于3G、4G的重要标准之一，同时也是支撑物联技术低延时、高密度等条件的具体网络技术体现形式，具有场景化定制强等特点。

边缘计算的优势

1实时性、高快速响应性

很多工业物联网的应用需要亚秒级的响应时间来进行安全关键和精准的操作。如自动驾驶车联网领域的应用，在复杂的运行环境，自动驾驶车辆需要对实时出现的安全情况进行快速的响应处理。如果此时还是将数据传回云端处理，一旦发生数据拥堵情况，那么车辆的安全将无法得到保障。而边缘计算分布式以及天然靠近设备端的特性决定了它可以实时快速处理、高速响应的优势。在车联网应用上，边缘计算可以为自动驾驶业务提供毫秒级的时延保证。

2效率高

计算能力下沉到网络的逻辑末端，使得边缘计算可以直接对终端设备的数据进行过滤和分析，不用请示远在天边的云计算，节能省时效率还高。

3省流量、小带宽

边缘计算支持数据本地处理，大流量业务本地卸载可以减轻回传压力，有效降低成本。

4智能更节能

人工智能+边缘计算的组合，不止于计算，智能化特点更加明显。且云计算+边缘计算协同高效的分工，使得综合成本只有单独使用云计算的39%。

5安全性更高

边缘计算中的数据仅在源数据设备和边缘设备之间交换，不再全部上传至云计算平台，降低了数据泄露的风险。 基于以上优势，边缘计算将率先在工业自动化、公共事业、能源和交通运输行业中得到广泛应用。

边缘计算+人工智能——组合成就“最强小脑”

如果将云计算定义为数据处理中心的大脑，那么边缘计算则是章鱼异常发达的“腿部小脑”。

人工智能（AI）芯片首先是在云端服务器市场中得到了应用，随后向终端领域扩展。在5G商用的大浪潮下，越来越多的边缘服务器被铺设，人工智能在边缘侧的应用也逐渐展开。预计在未来一段时间内，边缘计算将成为AI芯片发展最为快速的领域。这也意味着，人工智能最终将在“云-边-端”的全产业链条上实现覆盖。

人工智能+物联网+边缘计算，打破了传统IoT数据中心不在边缘设备上的弊端，能够让人工智能在边缘设备上变得更智能、更敏捷、满足更多的场景应用的需求。而边缘设备上的本地计算意味着大量的数据需要被有效的推理、分析和提取，对计算能力的要求非常高，同时要求低延迟低功耗，人工智能的赋能让这一切成为可能。

甚至基于用户的历史轨迹数据，人工智能技术还可以高效预测用户未来短期内的运动轨迹，从而实现预测性边缘服务迁移决策，进一步提升系统的服务性能。在预测性维护领域，人工智能+边缘计算也是大有可为。

边缘控制器

边缘计算的出现基于云计算，可以说边缘计算就是运营技术（OT）中的云计算，相比较于信息技术（IT）中的云计算，边缘计算对实时性和安全性提出了更高的要求，而边缘控制器作为数据通往云端的最后一层物理实体，是机器层OT和云端IT解决方案的接口。

基于人工智能算法，边缘控制器有可能识别出程序检测不到的，或者人眼无法分辨的异常状况，从而实现对设备行为较为全面准确的学习理解。

研华WISE-5000边缘控制器便是其中的杰出代表。WISE-5000边缘计算一体化控制器是集计算机运算处理功能、网关通讯功能、PLC控制功能及数据上云功能于一体的解决方案。

1体积小巧，节省空间

研华边缘控制器WISE-5000系列作为业界最小、速度最快的开放式平台之一，它结构紧凑，高度为10厘米，插片式I/O模块全部安装在标准DIN导轨上，安装在设备控制柜中时无需额外的钻孔或机械装置，不仅节省了空间，而且允许工业设备跨越边界。

2高速处理，提高机械效率

同时WISE-5000系列配备Intel第六代Skylake Core处理器。控制器的两侧采用标准PCI Express高速接口和EtherCAT通信协议设计，可提供高达100 Mbps的传输速度。它可以大大提高WISE-5000在传输和处理大数据时的实时性和准确性。

3高度整合信息化与自动化技术

在整合了传统的PLC与PC平台优势上，WISE-5000可以在一个平台中运行自动化的高速数据采集，运动控制，机器视觉，逻辑控制；同时实现信息化的数据库，云平台交互，兼顾第三方软件集成，使设备制造商更容易整合IT与OT的应用。

4灵活扩展，满足多元化需求

WISE-5000采用模块化EtherCAT I/O和PCI Express接口的设计，为用户进行数据采集、控制、传输提供多样的I/O和通信模块。在保持可扩展性，准确匹配的同时满足实际需求，避免额外的设备资源浪费。

结论

虽然边缘计算优势显著，也切实解决了工业物联网应用中的一些关键问题。但推动边缘计算的进一步发展，仍然需要深入了解客户及业务需求，否则边缘计算只能是空中楼阁。

边缘控制器WISE-5000则是研华深深扎根用户群中的匠心代表之作，其针对不同细分应用行业的需求特点，对症下药，让客户真正体会到从自动化到信息化整体工业互联网带来的优势及宏利。