边缘计算与云计算协同白皮书2018年-边缘计算产业联盟

边缘计算与云计算协同白皮书(2018年)边缘计算产业联盟(ECC)与工业互联网产业联盟(AII)联合发布2018年11月1边云协同放大边缘计算与云计算价值.....11.1边缘计算概念...............................................11.2边缘计算CROSS价值....................................21.3边云协同放大边缘计算与云计算价值...............31.4白皮书目标..................................................42边云协同总体内涵与参考框架...............62.1边云协同总体能力与内涵...............................62.2边云协同总体参考架构..................................73边云协同价值场景...............................83.1边缘计算分类...............................................83.2边云协同主要价值场景..................................94物联网边云协同主场景.......................104.1物联网联接子场景.......................................104.2物联网增值服务子场景.................................124.3物联网系统控制子场景.................................134.4关键技术....................................................154.5案例...........................................................175工业边云协同主场景..........................195.1设备优化子场景...........................................195.2工艺过程优化子场景....................................215.3工厂全价值链优化子场景..............................235.4关键技术....................................................245.5案例...........................................................256智慧家庭边云协同主场景............296.1智慧家庭网络子场景...........................296.2智慧家庭增值服务子场景.....................316.3关键技术...........................................326.4案例..................................................337广域接入网络边云协同主场景......347.1多业务接入子场景..............................347.2增值网络业务子场景...........................357.3关键技术...........................................367.4案例..................................................378边缘云的边云协同主场景............388.1边缘云联接子场景..............................388.2边缘云智能与增值子场景.....................398.3关键技术...........................................408.4案例..................................................419MEC边云协同主场景..................429.1本地分流子场景..................................429.2网络能力开放子场景...........................449.3关键技术...........................................459.4案例..................................................4610附录........................................4810.1缩略语表.........................................4810.2参考文献.........................................5101|边缘计算与云计算协同白皮书(2018年)01边云协同放大边缘计算与云计算价值1.1边缘计算概念边缘计算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。它可以作为联接物理和数字世界的桥梁，使能智能资产、智能网关、智能系统和智能服务。图1：边缘计算边缘计算是联接物理世界与数字世界的桥梁，具备下述基本特点与属性：联接性联接性是边缘计算的基础。所联接物理对象的多样性及应用场景的多样性，需要边缘计算具备丰富的联接功能，如各种网络接口、网络协议、网络拓扑、网络部署与配置、网络管理与维护。联接性需要充分借鉴吸收网络领域先进研究成果，如TSN、SDN、NFV、NetworkasaService、WLAN、NB-IoT、5G等，同时还要考虑与现有各种工业总线的互联、互通、互操作。数据第一入口边缘计算作为物理世界到数字世界的桥梁，是数据的第一入口，拥有大量、实时、完整的数据，可基于数据全生命周期进行管理与价值创造，将更好的支撑预测性维护、资产管理与效率提升等创新应用；同时，作为数据第一入口，边缘计算也面临数据实时性、确定性、完整性、准确性、多样性等挑战。约束性边缘计算产品需适配工业现场相对恶劣的工作条件与运行环境，如防电磁、防尘、防爆、抗振动、抗电流/电压波动等。在工业互联场景下，对边缘计算设备的功耗、成本、空间也有较高的要求。边缘计算产品需要考虑通过软硬件集成与优化，以适配各种条件约束，支撑行业数字化多样性场景。分布性边缘计算实际部署天然具备分布式特征。这要求边缘计算支持分布式计算与存储、实现分布式资源的动态调度与统一管理、支撑分布式智能、具备分布式安全等能力。融合性OT与ICT的融合是行业数字化转型的重要基础。边缘计算作为“OICT”融合与协同的关键承载，需要支持在联接、数据、管理、控制、应用、安全等方面的协同。物理世界边缘计算数字世界深度分析与计算行业应用商业应用人工智能数据控制数据感知，数据归一化数据感知，数据归一化数据感知，数据归一化数据控制网络计算存储应用边缘计算与云计算协同白皮书(2018年)|021.2边缘计算CROSS价值联接的海量与异构(Connection)网络是系统互联与数据采集传输的基石。伴随联接设备数量的剧增，网络灵活扩展、低成本运维和可靠性保障面临巨大挑战。同时，工业现场长期以来存在大量异构的总线联接，多种制式的工业以太网并存，如何兼容多种联接并且确保联接的实时可靠是必须要解决的现实问题。业务的实时性(Real-time)工业系统检测、控制、执行，新兴的VR/AR等应用的实时性高，部分场景实时性要求在10ms以内甚至更低，如果数据分析和处理全部在云端实现，难以满足业务的实时性要求，严重影响终端客户的业务体验。数据的优化(Optimization)当前工业现场与物联网末端存在大量的多样化异构数据，需要通过数据优化实现数据的聚合、数据的统一呈现与开放，以灵活高效地服务于边缘应用的智能。应用的智能性(Smart)业务流程优化、运维自动化与业务创新驱动应用走向智能，边缘侧智能能够带来显著的效率与成本优势。以预测性维护为代表的智能化应用场景正推动行业向新的服务模式与商业模式转型。安全与隐私保护(Security)安全跨越云计算和边缘计算之间的纵深，需要实施端到端防护。网络边缘侧由于更贴近万物互联的设备，访问控制与威胁防护的广度和难度因此大幅提升。边缘侧安全主要包含设备安全、网络安全、数据安全与应用安全。此外，关键数据的完整性、保密性，大量生产或人身隐私数据的保护也是安全领域需要重点关注的内容。03|边缘计算与云计算协同白皮书(2018年)1.3边云协同放大边缘计算与云计算价值边缘计算的CROSS价值推动计算模型从集中式的云计算走向更加分布式的边缘计算，边缘计算正在快速兴起，未来几年将迎来爆炸式增长。Gartner《Top10StrategicTechnologyTrendsfor2018:CloudtotheEdge》认为到2022年，随着数字业务的不断发展，75%的企业生成数据将会在传统的集中式数据中心或云端之外的位置创建并得到处理（图2）。GartnerIT基础架构、运营管理与数据中心大会（2017年12月）发布的调研数据显示，84%的企业将在四年内将边缘计算纳入企业规划（图3）。另一方面，边缘计算与云计算各有所长，云计算擅长全局性、非实时、长周期的大数据处理与分析，能够在长周期维护、业务决策支撑等领域发挥优势；边缘计算更适用局部性、实时、短周期数据的处理与分析，能更好地支撑本地业务的实时智能化决策与执行。因此，边缘计算与云计算之间不是替代关系，而是互补协同关系。边缘计算与云计算需要通过紧密协同才能更好的满足各种需求场景的匹配，从而放大边缘计算和云计算的应用价值。边缘计算既靠近执行单元，更是云端所需高价值数据的采集和初步处理单元，可以更好地支撑云端应用；反之，云计算通过大数据分析优化输出的业务规则或模型可以下发到边缘侧，边缘计算基于新的业务规则或模型运行。图2：企业生成数据在集中式DC或云端之外创建和处理的比例图3：边缘计算何时会成为您企业规划的一部分？2020201810%75%现在明年两年内四年内最多四年内不知道或永远不会25%24%31%6%84%16%边缘计算与云计算协同白皮书(2018年)|041.4白皮书目标当前产业界开始认识到边云协同的重要性，并开展了积极有益的探索。中国工业互联网产业联盟AII在其2017年发布的《工业互联网平台白皮书(2017)》中关于工业互联网平台功能架构图的描述中，已经初步呈现了边云协同的理念。“第一层是边缘，通过大范围、深层次的数据采集，以及异构数据的协议转换与边缘处理，构建工业互联网平台的数据基础。一是通过各类通信手段接入不同设备、系统和产品，采集海量数据；二是依托协议转换技术实现多源异构数据的归一化和边缘集成；三是利用边缘计算设备实现底层数据的汇聚处理，并实现数据向云端平台的集成。”图4：AII工业互联网平台功能架构图工业安全防护消费者供应链协作企业开发者应用层(工业SaaS)平台层(工业PaaS)IaaS层边缘层业务运行通用PaaS平台资源部署和管理应用创新云基础设施(服务器、存储、网络、虚拟化)工业数据建模和分析(机理建模、机器学习、可视化)应用开发(开发工具、微服务框架)工业微服务组件库(工业知识组件、算法组件、原理模型组件)工业大数据系统(工业数据清洗、管理、分析、可视化等)设计APP生产APP管理APP服务APP设备状态分析供应链分析能耗分析优化……设备接入设备管理资源管理运维管理故障恢