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边缘计算带来了哪些机遇和挑战?
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  一、边缘计算概念由来已久,内外合力带来新的机遇

  2014年,欧洲电信标准化协会成立移动边缘计算标准化工作组(MEC);2015年,思科、ARM、戴尔、英特尔、微软、普林斯顿大学等机构联合发起成立开放雾计算联盟(OpenFog Consortium,OFC);2016年华为、沈自所、中国信通院、英特尔、ARM、软通动力等机构联合发起成立边缘计算产业联盟(Edge Computing Consortium,ECC)。一时间风起云涌,从通信行业、互联网行业到工业行业,无不津津乐道于谈论边缘计算。但究竟什么是边缘计算,众说纷纭。

  实际上,边缘计算将是一种新的生态模式,通过在网络边缘侧汇聚网络、计算、存储、应用、智能等五类资源,提高网络服务性能、开放网络控制能力,从而激发类似于移动互联网的新模式新业态。边缘计算的技术理念与特定网络接入方式无关,可以适用于固定互联网、移动通信网、消费物联网、工业互联网等不同场景,形成各自的网络架构增强。这一概念最早可以追溯到2003年,AKAMAI与IBM开始合作在WebSphere服务器上提供基于边缘的服务。但实际上边缘计算引发这一轮新的浪潮是内因外力联合推动的结果。

  内因是云计算的中心化能力在网络边缘存在诸多不足。一是计算能力不足,线性增长的集中式云计算能力无法匹配爆炸式增长的海量边缘数据;二是传输能力不足,传输带宽负载急剧增加造成较长网络延迟,难以满足控制类数据、实时数据传输需求;三是安全能力不足,云计算的安全与应用软件、平台、操作系统、多段网络、权限管理等多方面因素有关,边缘数据安全隐私受到极大关注;四是能源消耗较大,边缘设备传输数据到云平台消耗较大电能,从云平台获取数据到设备现场也需要二次消耗电能。

  外因是数字经济与实体经济结合的需求进一步旺盛。一是消费物联网发展迅速,随着网络覆盖的扩大、带宽的增强、资费的下降,万物互联触发了新的数据生产模式和消费模式;二是工业互联网蓬勃兴起,实现IT技术与OT技术的深度融合迫切需要在工厂内网络边缘处加强网络、数据、安全体系建设。

  二、边缘计算产业热情高涨,三大阵营发挥各自优势

  互联网企业希望以消费物联网为主要阵地,试图将公有云服务能力扩展到边缘侧。微软公司发布“Azure IoT Edge”等边缘侧产品,并为Azure云服务增强流数据分析能力;亚马逊公司发布“AWS Greengrass”边缘侧软件,将AWS云服务无缝扩展至设备。

  工业企业希望以工业互联网为主要阵地,试图发挥自身工业网络联接和工业互联网平台服务的领域优势。国际上,德国西门子公司发布“MindConnect Nano”、“MindConnect IoT2040”等两款工业网关设备,可以支持诸如 OPC UA 或 S7 等不同工业网络通信协议;美国GE公司通过Predix平台的边缘侧设备“Predix Machine”为边缘计算提供数据总线服务,并与Predix平台协同工作。国内,航天云网推出一款连接INDICS工业互联网平台的工业物联网网关“Smart IoT”产品,提供采集、转换、处理和传输不同厂商品牌工业设备数据、工厂OT组网和通信协议转化等功能;树根互联推出“根-云盒”,包括实现设备认证鉴权和确保合法设备接入平台的物联盒、实现设备和根云M2M平台对接的物联模块、实现本地设备数据汇聚的物联网关等。

  通信企业以边缘计算为契机,希望盘活网络联接设备的剩余价值,开放接入侧网络能力,挺进消费物联网和工业互联网阵地。思科作为开放雾计算联盟(OFC)的牵头发起单位,从战略高度规划了边缘计算/雾计算的整体框架,包括发布Cisco 829工业路由器等面向智能制造或物联网场景的边缘侧专用网络硬件设备,利用软件定义等技术打造IOx应用框架重组边缘侧能力,推出“Fog director”产品系统性管理边缘计算应用服务,依托DevNet开发者社区提供API、SDK等培育产业生态。华为作为边缘计算产业联盟(ECC)的牵头发起单位,发布轻量计算系统和融合网关设备,推动面向制造业应用场景的实时以太网TSN技术,逐步形成边缘计算整体解决方案。

  三、边缘计算发展仍有挑战,两种推进方式趋向统一

  尽管业界普遍对边缘计算在消费物联网、工业互联网等领域发挥重大作用寄予了厚望,但打造边缘计算产业生态不可能一蹴而就,主要存在以下六个方面的挑战:

  体系架构亟需统一。尽管目前来看,针对固定互联网、移动通信网、消费物联网、工业互联网等不同网络接入和承载技术中,边缘计算的技术实现上存在一定差异;但整体来看,边缘计算的技术理念都是强调系统的通用性、网络的实时性、应用的智能性、服务的安全性,需要构建统一的体系架构进行顶层设计指导。

  技术理论尚未成熟。研究边缘计算技术的最新进展,关键是要回答三个问题:一是究竟边缘节点在哪里,二是究竟会出现什么新事物,三是需什么样的新技术来支撑。目前来看,能否基于软件定义、虚拟化、服务化等关键技术打造一个支撑边缘计算理念的通用型操作系统,部署在设备、网关或者边缘数据平台等不同位置,还需要加强基础研发和试验验证。

  产业推进难度很大。从实施角度看,行业设备专用化,各行业差异大,过渡方案能否平滑升级、新技术方案能否为企业接受还需考验;从产业角度看,工业互联网、物联网技术方案碎片化,跨厂商的互联互通和互操作一直是很大的挑战,边缘计算需要跨越计算、网络、存储等多方面进行长链条的技术方案整合,难度更大。

  商业模式有待研究。边缘计算平台由于在部署时将服务下移,计算、网络、存储、应用、智能在边缘侧进行本地化提供,对于现有的网络运营商服务体系,需要重新设计计费规则。同时,由于相关技术研发、标准化工作涉及到较多的利益相关方,还需要互联网企业、通信设备企业、通信运营商、工业企业等多方共同努力和积极探索。

  安全隐私存在挑战。边缘计算希望培育的边缘侧应用生态可能存在一些不受信任的终端及移动边缘应用开发者的非法接入问题。因此需要在用户、边缘节点、边缘计算服务之间建立新的访问控制机制和安全通信机制,以保证数据的机密性和完整性、用户的隐私性。

  价值创新存在风险。边缘侧实现增值服务、价值创新的关键在于数据的分析和应用、能力的开放和协同,但不同产业的知识背景差异将带来协作上的挑战,人工智能等新技术在行业应用还是早期探索阶段,有不确定风险。


  作者简介:

  刘阳:就职于中国信息通信研究院技术与标准研究所业务资源与物联网研究部。

  地址:北京花园北路52号技术与标准研究所(100191))

  联系方式: liuyang7@caict.ac.cn


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