在理想環(huán)境中，邊緣計算指的就是在數(shù)據(jù)產(chǎn)生源附近分析、處理數(shù)據(jù)，沒有數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)，進(jìn)而減少網(wǎng)絡(luò)流量和響應(yīng)時間。邊緣結(jié)點指的就是在數(shù)據(jù)產(chǎn)生源頭和云中心之間任一具有計算資源和網(wǎng)絡(luò)資源的結(jié)點，比如路由器、交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)以及中間的服務(wù)器，甚至是D2D網(wǎng)絡(luò)，這些都可以看作是邊緣設(shè)備，為用戶提供計算和存儲的能力。其中，網(wǎng)關(guān)等設(shè)備是智能工廠和云中心之間的邊緣結(jié)點。
　　邊緣計算可以為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來什么
　　傳統(tǒng)的基于云計算的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，邊緣接入層只做一層匯聚，以及上行接入到云端。然而，結(jié)合邊緣與云協(xié)同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)中，很重要的場景就是要在云平臺的基礎(chǔ)上，做一個基于邊緣計算的數(shù)據(jù)和應(yīng)用的處理層。這一個層級不僅僅對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的轉(zhuǎn)發(fā)，同時部署應(yīng)用服務(wù)，提供計算和存儲的能力，使得任務(wù)快速處理，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行沉淀。
　　

圖1  基于云計算的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、基于邊緣與云協(xié)同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

　　因此，基于邊緣計算的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)滿足傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的幾大需求：一是任務(wù)時延，很多工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需要快速的決策分析，例如基于機(jī)器學(xué)習(xí)的產(chǎn)品視覺檢測系統(tǒng)，通過深度學(xué)習(xí)算法，分析和檢測攝像機(jī)捕捉到的檢測工件的圖像，判斷產(chǎn)品是否存在瑕疵，需要在短時間內(nèi)得出判斷結(jié)果，若上傳云端計算，則時延過大無法滿足任務(wù)需求；二是運營成本，一個工廠內(nèi)可能存在成千上萬的工業(yè)節(jié)點，因此工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常大，如果全部上傳至云端進(jìn)行分析，則需消耗大量的帶寬資源，由此會帶來巨額費用；三是數(shù)據(jù)安全，基于一些安全性考慮，很多企業(yè)不愿意把數(shù)據(jù)全部上傳至云端，邊緣服務(wù)器的部署可以使得企業(yè)將一些不必要上傳的數(shù)據(jù)實時的在網(wǎng)絡(luò)邊緣處理，并把一些歷史數(shù)據(jù)上傳至云端進(jìn)行綜合分析與應(yīng)用。
　　基于邊緣和云協(xié)同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺架構(gòu)
　　目前已經(jīng)發(fā)布了基于邊緣和云協(xié)同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺架構(gòu)，主要分為邊緣層、平臺層、應(yīng)用層三層。平臺主要是基于邊緣和云的協(xié)同，我們主要關(guān)注邊緣層以及邊緣層解決數(shù)據(jù)采集集成的問題，主要功能包括設(shè)備接入、協(xié)議解析、邊緣數(shù)據(jù)的處理。

　　圖2 基于邊緣與云協(xié)同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)

　　眾所周知，工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)可以分為“三級兩層”架構(gòu)，三級包括工廠級（SCM軟件配置管理、MES制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)、ERP企業(yè)資源計劃、CRM客戶關(guān)系管理）、車間級（HMI人機(jī)界面接口、SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）、現(xiàn)場級（PLC可編程控制器、DCF/FCS過程控制系統(tǒng)/分散控制系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)；兩層包括IT信息技術(shù)和OT操作技術(shù)。邊緣計算可以部署在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的很多層面，通常來說部署在現(xiàn)場級或者車間級網(wǎng)絡(luò)，可以極大的提高效率，節(jié)省帶寬，減少成本。如果部署在企業(yè)層面，但是由于企業(yè)層面對時延的要求不是很高，所以通常來說不會這樣部署。
　　問題與挑戰(zhàn)
　　邊緣節(jié)點包括接入點、基站、網(wǎng)關(guān)、路由器、交換機(jī)等，這些節(jié)點具有異構(gòu)的計算能力，如何動態(tài)的進(jìn)行任務(wù)編排和調(diào)度以保證負(fù)載均衡是目前面臨的挑戰(zhàn)。同時，如何在多個地理位置分區(qū)執(zhí)行任務(wù)，如何拆分執(zhí)行分布式任務(wù)也是目前面臨的挑戰(zhàn)。
　　另一個挑戰(zhàn)是需要確保邊緣節(jié)點實現(xiàn)高吞吐量，并且在承接額外計算工作量時運行可靠。需要對邊緣節(jié)點的峰值時間全面了解，以便可以用靈活的方式來分割和調(diào)度任務(wù)。復(fù)雜的算法如何在云端和邊緣設(shè)備之間合理分解和整合，需要一個對云、邊緣服務(wù)器以及工廠設(shè)備三者都有控制力的技術(shù)來實現(xiàn)。
　　工廠網(wǎng)絡(luò)安全涉及很多層級安全，其中包括節(jié)點安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全以及應(yīng)用安全。其中節(jié)點安全涉及到設(shè)備、計算、緩存等等邊緣節(jié)點的安全性。工廠場景下邊緣各節(jié)點交互復(fù)雜，節(jié)點的安全管控值得重視。同時，工廠的三級兩層網(wǎng)絡(luò)的安全性都需要得到關(guān)注。而數(shù)據(jù)安全方面，在邊緣服務(wù)器處理的生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全、操作數(shù)據(jù)安全也是研究的重要內(nèi)容。而應(yīng)用安全包括部署在邊緣服務(wù)器的軟件安全和平臺安全。如何防止入侵者或黑客用漏洞對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)和工控系統(tǒng)展開攻擊，科學(xué)地檢測各類服務(wù)器、終端和工控系統(tǒng)漏洞，并合理更新補(bǔ)丁也是研究的重要內(nèi)容。