【边缘计算】基于边缘计算的物联网、EC-IoT开放的物联网新架构
物联网还是那个物联网吗？边缘计算告诉你
互联网是什么？可以在上面卖东西，催生出全球最大规模的购物节……
人工智能是什么？是一台可以轻松赢下人类顶尖棋手的电脑……
物联网是什么？是一张目前为止全球最大的网，它包罗万象，大到电信基站，小到智能手机，都可以用于计算、存储、数据分析……
有人说，物联网正在改变每个产业的运营方式，甚至改变每个人的生活。
物联网（IoT）并不是一个新概念，早在1999-2000年，这一概念就已出现，只不过当时很多人习惯称之为传感网。随着技术和应用不断发展，特别是互联网的全面普及，物联网的内涵和外延也在不断扩展。简单一句话，物联网就是把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换，实现智能化的识别与管理。以前，人们主要关注的是人与物之间的关系、交互。在物联网时代，物与物之间也产生了“别样”的互动，各类设备、终端不再是冷冰冰的“铁盒子”，而是有了“生命”和“活力”。
物联网到底带来了怎样的改变？以前，每个月的某一天，都会有人上门来查水表、电表，而有了智能远程抄表，不用再借助人工完成这些琐碎的事，不仅水、电的使用量可以自动抄录、计算，如果进一步分析，通过这些“表面”数据还能分析出人们的居住情况、房屋空置信息等；媒体间或就会曝出因电梯故障造成人员伤亡的新闻，而有了“梯联网”，所有电梯的运行情况都可以被实时监控，提前预知电梯故障，有效避免人员伤亡事件的发生，在一些特殊场合中，比如商场里的电梯，通过后台数据分析，还能了解人们在商场的哪一层驻足时间更长，让商场及时做出调整，促进营收；深夜，当你步入漆黑一片的小区，忽然在通往你家的道路上，两旁的路灯亮起来，你疲惫而沉重的脚步是不是也会变得轻快，而且这对节能大有裨益……不用我再赘述，这样的例子你一定也经历了很多，只不过你没有留意，物联网其实就在你身边。
时至今日，物联网已经渗透进交通、公共安全、环保、电力、智能家居、医疗健康等诸多领域，它带来的产业集群效应十分显著，有可能创造一个万亿美元级的产业生态。美国《福布斯》杂志认为，物联网的规模比互联网大得多，其市场前景远超计算机、移动通信等。在云计算、大数据、人工智能、边缘计算等新技术、新应用的共同作用和推动下，物联网将呈现更多的可能性。
中国在物联网方面的探索和应用与世界同步，一方面，包括华为、百度、阿里巴巴、腾讯、三一重工、海尔等在内的越来越多的国内企业深入物联网领域，通过在物联网平台、操作系统、网关，以及智能终端等方面的创新，推动物联网产业生态的建立与发展；另一方面，物联网与工业制造、农业、交通、能源、医疗、城市管理等结合，促进了行业数字化转型。
物联网是已经到来的“风口”！
IDC的统计数据显示，到2020年，全球将有超过500亿的终端与设备联网；未来超过40%的数据需要在网络边缘侧进行分析、处理与存储。谈到物联网，绕不过去的一个概念便是“边缘计算”。
何为边缘计算？就是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。
物联网的一个特质是，数据在哪里产生，计算、存储和分析就在哪里完成，而不必要将所有数据传到数据中心或云上集中进行处理。分布式、就近处理将成为“新常态”，这也是边缘计算兴起的基础。与云计算不同，边缘计算更擅长实时、短周期数据的分析，可以更好地支撑本地业务的实时智能化处理与执行，从而使计算资源得到更加充分的利用。
物联网是边缘计算发展的重要驱动力，反过来，边缘计算又是支撑物联网落地的技术基础。如果将物联网比喻为一种应用，那么边缘计算就是其技术内核。
物联网连接的物理对象多样且应用场景丰富，连接功能、数据的实时性和多样性等对物联网的部署和实施提出了新的挑战。这也正是边缘计算要解决的关键问题。边缘计算是黏合剂，要实现云计算与边缘计算，以及ICT和OT的融合协同发展。举例来说，西门子、施耐德电气、通用电气等工业巨擘，将IT用于智能制造，建立自动化的生产线、智能工厂，大幅提升生产效率。另外一个例子，华为的EC-IoT网关，可以实现工业现场一站式接入、本地数据预分析、边缘和云协同。
有人大胆预言，云计算已死，未来将属于边缘计算。而现实情况是，边缘计算与云计算将并存、协同发展，共同使能行业数字化转型。
越来越清晰的趋势是，边缘计算更适合物联网。
随着加入网络的设备数量不断增加，网络规模不断扩大，对海量数据的实时分析要求越来越高，而边缘计算高效、及时、安全地处理分散数据的特性正好以满足这一需求。以前，无论是数据中心内部的数据，还是数据之外的数据，都要传输到数据中心进行集中处理，这增加了传输的压力、提升了存储成本。而边缘计算的好处就是在网络边缘侧对数据进行存储和处理，这将大大缩减成本，并提高处理效率。举例来说，现在逐渐兴起的In-Network Computing，为网络赋予了更强大的处理能力，数据只要经过网络设备中智能网卡，很多处理工作就地即可完成。
边缘计算将重新定义“云管端”之间的关系。以前，“云”是大脑，“管”是神经，“端”是四肢，边缘侧的终端扮演的是被动的、被支配和管理的角色。随着边缘计算的兴起，终端也具有一定的计算、存储能力，联接、数据分析等智能将分布到靠近物或数据源头的地方。
毫无疑问，边缘计算加速了物联网应用的落地，工业物联网、农业物联网、智慧城市、智能家居等需要低时延、高带宽、海量数据的分析、设备的智能，这些都将由边缘计算来承载。
一个可能不太恰当却能真实反映物联网、边缘计算发展现状的比喻——野蛮生长。各厂商都按照自己的理解，并结合自身优势，在物联网、边缘计算市场上探路、尝试，但是没有共同遵循的标准，没有形成合力，没有共同的愿景，市场虽然热闹但可持续发展的内力稍显不足。如果说一个新兴市场在刚出现时，“野蛮生长”还有它积极的一面，有利于形成“百花齐放、百家争鸣”的局面，但是当物联网、边缘计算的理念被普遍接受和投入大规模应用时，规范的标准、市场、生态是必须的。
在中国，边缘计算的发展已经有了行业风向标——边缘计算产业联盟（Edge Computing Consortium，ECC）。2016年11月30日，ECC在北京宣布成立。该联盟由华为、中国科学院沈阳自动化研究所、中国信息通信研究院、英特尔、ARM和软通动力发起成立，首批成员单位共62家，涵盖科研院校、工业制造、能源电力等不同领域。ECC的定位是，搭建边缘计算产业合作平台，推动OT和ICT产业开放协作，孵化行业应用最佳实践，促进边缘计算产业健康于可持续发展。概括成一句话，ECC的宗旨是产业协同，开放创新，示范推广，繁荣发展。
经过一年的发展，ECC取得了丰硕的成果：截止目前，成员已经增加到136家，成立了智慧路灯、智慧车载、边缘监控三个行业委员会，并与其他行业主流协会紧密合作，推动边缘计算架构与平台成为行业主流，同时拓展行业细分应用；厂商联合创新，已推出第一批11个测试床，到今年底预计将达到20个，涉及能源、交通、工业制造、智慧城市等领域；发布联盟白皮书，与其他标准化组织合作，主导或参与边缘计算的相关标准制定，促进产业共识，引导产业协作。特别值得一提的，ECC成功“西进”，于今年11月7日在德国柏林与欧洲最大的应用科学研究机构Fraunhofer FOKUS举行了欧洲第一届边缘计算峰会，在全球范围内掀起边缘计算的热潮。
EC-IoT：开放的物联网新架构
物联网体系架构的演进
1990年的Interop展会上，John Romkey和Simon Hackett将一台多士炉接入互联网，利用网络协议控制电源开关的接通时长，烤出了史上第一块“互联网面包”；第二年，他们又进行了完善，加入了一台机器人，受网络远程控制投入面包片。
这个始祖级的IoT应用定义了物联网的3层体系架构：最底层是感知层，是物联网数据的源头；中间层是连接层，提供感知层设备接入网络以及传输数据的服务；最上层是应用层，对数据进行存储、分析和展示，并提供业务支撑和运营管理。
随后的10年，物联网主要在解决“连接”问题，应用层并未发生革命性的变化。IoT行业属性的碎片化导致了解决方案和标准协议的碎片化，形成了一个个成本高昂的孤立的“烟囱状”IoT垂直解决方案。
应用层的变革始于云计算，融合了ICT新技术的云产品提供了多层次的服务，大大压缩了应用从开发到运营的支出，缩短了业务上线周期，拉低了技术门槛。IoT应用的创新变得简单且高效，产业活力一旦激发，又催生了专注于IoT的云平台服务。
IoT云平台提供了终端管理、数据存储、分析与呈现、应用开发、集成和部署等服务，实现了物联网垂直架构的第一次水平解耦，成为产业链核心控制点，用户得以聚焦于应用与终端为核心的IoT业务的创新，连接层则被管道化。这一时期，这种两头重、中间轻的“云-端”模式体系架构解决了物联网的“智能”问题。
2012年开始，美、德、中3国先后提出了“工业互联网”、“工业4.0”和“中国制造2025”3大战略计划，要将信息技术引入工业领域。3大战略计划的基础是物联网，将数百上千亿的设备和传感器接入网络，实现客户资料、生产和环境数据在机器、人、流程之间的自由流动。这宣告了物联网的发展进入了新阶段，但“云-端”模式的物联网架构面临几个难题：
实时性问题：在工业等很多领域非常强调现场环境和流程变化的响应时效，如果分析和决策功能部署在云端，就无法实现微秒至毫秒级的响应；
安全性问题：工业物联网的数据不加区别都送往云端，通过大数据分析就能获得足够多的商业秘密；生产线设备直连互联网，生产网络的安全性就成了致命问题；
可靠性问题：工业生产对生产数据的可靠性依赖很强，而过长的服务链条降低了生产数据和控制指令的可靠性；
拥塞问题：海量IoT节点随机生成的数据和操作数量巨大，在网络传输和排队处理时会产生拥塞，带来的时延、抖动和数据丢弃对工业生产影响太大；
成本问题：如果IoT数据全都在云端完成分析，那么海量数据的传输、处理和存储都必然给用户带来沉重的成本压力。
边缘计算有5个核心价值点：海量异构连接、支持高实时性业务、数据聚合、支持边缘智能分析处理，以及私有安全域的深度保护。
EC-IoT破解物联网体系架构难题
边缘计算的概念本身并不是一个新鲜事物，简单来说，边缘计算就是将对实时性、安全性和可靠性有严格要求的应用部署在靠近数据源头的网络边缘节点（如网关）上，让数据在最短的时间内得到分析和处理，将私密性数据限制在最小的网络范围内，并通过减少数据流转的次数降低数据失真的几率。数据在网络边缘进行聚合、存储和分析，自然会减少网络拥塞，也降低了成本。
边缘计算有5个核心价值点：
海量异构连接：在边缘网络实现海量传感器和终端的异构连接；
支持高实时性业务：从数据产生到控制闭环的响应时间可以达到微秒级；
数据聚合：消除数据碎片化、屏蔽无效噪声、数据按需上传；
支持边缘智能分析处理：业务边缘部署、灵活调整，网络自动运维；
私有安全域的深度保护：对设备、网络和数据提供端到端的有领域针对性的、可定制的保护。
边缘计算是对云计算的补充，根据业务场景的实际需要对应用的功能进行服务化解耦，在云端和边缘节点之间动态的分布式部署，才能达到成本和体验的最佳平衡。
华为将边缘计算概念与物联网相结合，实现了边缘计算物联网（Edge Computing IoT，简称“EC-IoT”），利用SDN和轻量级虚拟化技术来管理海量IoT网络设备，可以实现：（1）网关的计算、存储和I/O资源隔离；（2）边缘业务的动态加载；（3）设备基本能力的开放；（4）物联网终端设备的异构接入和实时交互。
华为边缘计算框架
通过以敏捷控制器和开放边缘网关为主体的EC-IoT，华为不仅让海量计算性能较弱的IoT网关分担了网络中心节点的计算、存储和通信压力，实现了网络从成本中心向商业价值中心的转移，还具有以下特点：
以应用为核心的开放系统
IoT是一个由应用牵引的产业，IoT用户的核心关注点是应用本身，无论IoT云平台还是IoT基础设施都只是为IoT应用服务的。不同行业对IoT应用有不同的需求，例如简单的表计数据采集和分析应用只需要在云平台上部署；但在工业过程控制领域，应用就需要部署在现场网络的网关设备上，这样才能对采集的数据进行实时解析和控制策略联动；而更复杂的如智能制造系统，不同的应用服务要部署在不同的现场网络网关设备、企业数据中心以及IoT云平台等多个位置上，并能够按照业务的需要协同工作。因此，应用部署在什么位置是根据业务的需要来决定的，EC-IoT支持不同形态的应用部署在云端、服务器、IoT网关和智能终端上，支持应用的全生命周期管理和运行状态监控，能够为IoT用户提供准确的全网应用运行状态、部署激活、健康比率、IoT数据采集以及收敛比等数据，对业务模型的优化和应用的升级都具有重要作用。
跨芯片平台、跨运行环境的开放平台
首先，在x86/ARM处理器和Linux操作系统之上，通过各种VM/Container构筑了一个开放的边缘应用承载平台，用户的IoT应用软件甚至自选操作系统都可以运行于其上，这样不仅提供了网络设备的开放性，而且让IoT应用的开发和发布都与网络设备的系统实现了解耦和隔离，让用户能够以最小的代价实现IoT应用的移植；其次，EC-IoT对边缘网络设备的能力进行了充分的抽象，现场网络接口、WAN网络、数据采集与存储、消息订阅与发布、本地策略引擎等功能都提供了API，支持IoT应用调用；此外，第三方中间件也可以被部署在网络设备上，并通过数据共享总线为IoT应用提供服务。这些措施打造了一个通用的边缘承载平台，为IoT应用开发人员快速完成边缘应用的开发创造了条件。
让网络成为一种服务NaaS（Network as a Service）
物联网的设备种类和数量远远超出了大家熟知的互联网，海量的传感器、终端、通信模块、SIM卡和IoT网关形成了数以百亿计的网络连接和管理节点，互联网时代所使用的网络管理和安全工具，在这数百亿连接的加持之下会变得落后不堪；同时，IoT产业的核心竞争力是业务快速创新和极致用户体验，业务提供商更愿意将人力投放在业务开发和运营上，如果用户在基础设施的管理方面投入巨大，必然会事倍功半。
EC-IoT能够完成设备、网络连接、中间件以及第三方应用的自动化管理；能够对IoT的广域连接和现场连接进行实时监控和自动维护；能够自动监控链路通信质量并实现智能路径选择；能够智能分析来自内部和外部的安全攻击并发出告警或实行主动防护……这些复杂的ICT功能被封装在EC-IoT内部完成，再以图形化界面或者标准接口的方式向用户、应用或IoT云平台提供服务。专业的人做专业的事情，IoT用户只需要采购服务即可，从而极大地降低了部署和运营成本。
EC-IoT解决了物联网的“自治”问题，敏捷控制器和边缘计算平台配合完成网络连接的自动管理和应用服务的治理，让设备、网络和应用在最小的安全域内动态协调，以最小的代价实现IoT从数据到控制的闭环。
边缘计算产业联盟的组建只有短短8个月时间，但加盟企业已超过100多家，而EC-IoT也已成功进入多个实体产业，包括电力、能源、零售、农牧业和工业等。
推动物联网生态建设走向开放
IoT的数据连接是可选择的。对具体的IoT业务来说，数据面的连接管理是全局性和架构性的，业务不同其所选择的数据连接也会不一样；即使相同的业务也会因为不同客户对数据质量属性的要求不同而选择不同的数据连接；此外，同一客户的IoT业务在规模和领域获得扩张时，也可能对所选的数据连接进行升级或重构。
IoT的云平台服务是可选择的。随着云计算技术和产业的发展，IoT云平台的能力开始快速趋于同质化，为IoT业务提供了越来越多的选择空间，而云应用迁移工具的普及也拉低了IoT用户选择云服务提供商的门槛。
IoT的网络连接管理是不变的。物联网的传感器、终端、通信模组、网关和SIM卡等设备以及承载的IoT应用是用户的重资产投资，对这些设备、计算资源、应用及其运行状态的管理是不变的。
EC-IoT构建了这样一个产业生态：其将IoT网络的连接管理与数据连接以及应用的云服务分离开来，将服务的选择权交给用户，让用户通过自己掌握IoT网络连接管理来自主决定数据连接服务和云服务的选择。EC-IoT实现了物联网垂直架构的第二次水平解耦，剥离了IoT网络设施与各种云平台的硬性绑定关系，增加了整个产业的开放性，有利于降低IoT用户的投资和运维成本。
目前，边缘计算产业联盟的组建只有短短8个月时间，但加盟企业已超过100多家，而EC-IoT也已成功进入多个实体产业——在电力能源领域支持了配/售电网络的智能化改造和长期架构演进；在零售领域为连锁商店和自动贩卖机的商业和运营模式创新提供了技术保证；在城市建设领域成为安全监控、节能减排和智能交通等产业的加速器；在农牧业领域成为生产信息化和集约化的使能器；在工业领域为设备预测性维护的商业化以及为企业ICT技术与OT技术的融合提供了催化剂；此外在仓储物流、智能家居和安全冷链等其他领域，EC-IoT也是最热门的技术投入方向和创新点，各种方案不断转化为测试床和商业项目，这个新武器正在提供强大火力将物联网推向千亿级连接。
EC-IoT在各个产业领域都是最热门的技术投入方向和创新点，各种方案不断转化为测试床和商业项目，这个新武器正在提供强大火力，将物联网推向千亿级连接。
工业互联网
产业智能官 AI-CPS
加入知识星球“产业智能研究院”：先进产业OT（工艺+自动化+机器人+新能源+精益）技术和新一代信息IT技术（云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能）深度融合，在场景中构建状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升的机器智能认知计算系统；实现产业转型升级、DT驱动业务、价值创新创造的产业互联生态链。
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