工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是新一代信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工業(yè)經(jīng)濟(jì)深度融合的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)對(duì)人、機(jī)、物的全面聯(lián)接，構(gòu)建覆蓋全生產(chǎn)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、價(jià)值鏈的制造和服務(wù)體系，現(xiàn)階段采取以云平臺(tái)為基礎(chǔ)，其上疊加制造能力開(kāi)放、知識(shí)經(jīng)驗(yàn)復(fù)用等功能的模式進(jìn)行部署。然而，網(wǎng)聯(lián)設(shè)備的急劇增加以及數(shù)據(jù)分散性、碎片化的特征導(dǎo)致以云為核心的平臺(tái)模式處理能力捉襟見(jiàn)肘，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)逐漸向云-邊-端一體化演進(jìn)。本文分析工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下先進(jìn)制造的共性特征和變革性需求，旨在探索如何構(gòu)建滿足新特征、新需求的云-邊-端一體化平臺(tái)，并圍繞該問(wèn)題總結(jié)了發(fā)展未來(lái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)面臨的五方面關(guān)鍵技術(shù)，即高效尋址與協(xié)議轉(zhuǎn)換、多維資源算力度量、網(wǎng)算控協(xié)同優(yōu)化、實(shí)時(shí)邊緣操作系統(tǒng)以及平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，搭建了基于所提出云-邊-端一體化平臺(tái)的個(gè)性化定制裝配驗(yàn)證平臺(tái)。

邊緣計(jì)算的廣泛應(yīng)用讓我們能夠采用終端節(jié)點(diǎn)感知信息、分析信息進(jìn)而反饋到物理系統(tǒng)中，邊緣計(jì)算不同于云計(jì)算，是將計(jì)算行為放置于終端設(shè)備，依據(jù)計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)做出進(jìn)一步的指令操作。本文首先闡述了邊緣計(jì)算的特性，并根據(jù)邊緣計(jì)算的邏輯架構(gòu)分析了其可能面臨的安全威脅，最后給出了安全防御的建議。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與邊緣計(jì)算的推動(dòng)下，工業(yè)正進(jìn)入變革期。要打破工業(yè)系統(tǒng)長(zhǎng)期以來(lái)形成的壁壘，OT、CT與IT深度融合是亟需解決的挑戰(zhàn)。工業(yè)邊緣計(jì)算從終端智能化、網(wǎng)絡(luò)透明化與軟件虛擬化等三方面著手，從而形成一套OICT高度整合的工業(yè)數(shù)字底座，配合工業(yè)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備賦能，完成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與邊緣計(jì)算的閉環(huán)，將在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)革命性突破，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)落地奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

就應(yīng)用的普遍而言，當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化是唯一一個(gè)仍然使用專用計(jì)算機(jī)、PLC和DCS控制系統(tǒng)，而不是在系統(tǒng)邊緣使用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行本地控制、優(yōu)化、分析和數(shù)據(jù)提煉的行業(yè)。

隨著邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)的逐步展開(kāi)，各類行業(yè)用戶對(duì)于邊緣計(jì)算性能 的需求也日益明確，特別是在多個(gè)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)可選的情況下，用戶希 望能夠根據(jù)其位置到計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)延以及用戶自身業(yè)務(wù)需求情況， 綜合選擇計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)資源，即將算力資源與網(wǎng)絡(luò)資源融合后提供給上層 業(yè)務(wù)調(diào)用，也就是算網(wǎng)融合服務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，需要解決算力度 量、算力感知、算力路由、算力交易以及算力編排等系列難題，因此算 力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文概要性地介紹了邊緣計(jì)算推動(dòng)下的算網(wǎng)融合 趨勢(shì)、面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)，以及由此而產(chǎn)生的算力網(wǎng)絡(luò)等新型技術(shù)。

隨著ICT技術(shù)的不斷發(fā)展，云計(jì)算向各行業(yè)逐漸滲透，傳統(tǒng)的工控領(lǐng)域也受互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的影響，行業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)的系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)解決方案正逐漸發(fā)生巨大的變化，但是在OT與IT的融合過(guò)程中，由于關(guān)注點(diǎn)、技術(shù)棧、應(yīng)用場(chǎng)景、行業(yè)背景等諸多因素的阻礙，愈來(lái)愈流行的云計(jì)算技術(shù)在生產(chǎn)側(cè)落地的過(guò)程中遇到了諸多的挑戰(zhàn)。本文定位于傳統(tǒng)工控行業(yè)，利用云技術(shù)為邊緣平臺(tái)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的運(yùn)行環(huán)境，該環(huán)境既能為傳統(tǒng)的工業(yè)服務(wù)（采集、實(shí)時(shí)、歷史等）提供支撐，也能融合當(dāng)今先進(jìn)的智能技術(shù)（機(jī)器視覺(jué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、協(xié)同仿真等），具有兼容性、異構(gòu)性、實(shí)時(shí)性、開(kāi)發(fā)性、擴(kuò)展性、可靠性、智能性、安全性等特點(diǎn)。

近年來(lái)，深度學(xué)習(xí)促進(jìn)了人工智能的快速發(fā)展，并逐漸滲透到各行各業(yè)。然而人工智能訓(xùn)練和推理所需的大量數(shù)據(jù)傳輸、算力資源調(diào)用會(huì)影響到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能，從而導(dǎo)致該技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中存在困難。眾所周知，實(shí)時(shí)性是工業(yè)自動(dòng)化的一項(xiàng)指標(biāo)，特別是在運(yùn)動(dòng)控制和自動(dòng)駕駛方面更為重要。如果因人工智能而使得工業(yè)系統(tǒng)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)、指令響應(yīng)緩慢，那么工廠生產(chǎn)終將難以實(shí)現(xiàn)智能化突破，阻礙了人工智能在工業(yè)自動(dòng)化中的普及。基于此，本文提出一種三實(shí)時(shí)架構(gòu)，它涉及實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)調(diào)度，希望通過(guò)提出該架構(gòu)引起業(yè)界廣泛的研究熱潮。

當(dāng)前關(guān)于如何激勵(lì)更多邊緣節(jié)點(diǎn)參與邊緣計(jì)算環(huán)境仍然缺乏研究，為此本文首先基于斯塔克爾伯格博弈理論提出了在云—邊環(huán)境中單個(gè)云服務(wù)下行任務(wù)的激勵(lì)機(jī)制設(shè)計(jì)，考慮了云節(jié)點(diǎn)和邊緣節(jié)點(diǎn)間的博弈以及邊緣節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的博弈，該激勵(lì)機(jī)制能夠適應(yīng)邊緣計(jì)算環(huán)境的動(dòng)態(tài)性。同時(shí)提出了“云-邊-端”三層 架構(gòu)環(huán)境中多個(gè)云服務(wù)下行任務(wù)的激勵(lì)機(jī)制；最后，本文提出了一種邊緣節(jié)點(diǎn)相互合作以實(shí)現(xiàn)資源分配均衡的合作激勵(lì)機(jī)制，該合作激勵(lì)機(jī)制能夠有效激勵(lì)邊緣節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)資源以及均衡任務(wù)間的資源分配。此外，本文給出了關(guān)于該問(wèn)題可進(jìn)一步開(kāi)展的重點(diǎn)研究工作。

實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)價(jià)值離不開(kāi)邊緣計(jì)算的支撐，而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備種類繁多， 領(lǐng)域特性又大相徑庭，目前工業(yè)邊緣計(jì)算應(yīng)用雖然已有一定數(shù)量，但通用性較差。工業(yè)邊緣計(jì)算是OT與IT融合的典型應(yīng)用場(chǎng)景，工業(yè)邊緣APP需要同時(shí)支撐邏輯運(yùn)動(dòng)控制、監(jiān)控人機(jī)界面等OT應(yīng)用與視覺(jué)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集分析、預(yù)測(cè)性維護(hù)、生產(chǎn)管理等IT應(yīng)用。通過(guò)IEC 61499標(biāo)準(zhǔn)與微服務(wù)、容器化技術(shù)融合，工業(yè)邊緣應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)多種編程語(yǔ)言混合設(shè)計(jì)，通過(guò)軟硬件解耦靈活部署到任意邊緣節(jié)點(diǎn)， 從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從數(shù)據(jù)到模型再到控制的完整閉環(huán)，真正為制造業(yè)賦能。

當(dāng)前全球數(shù)字化浪潮蓬勃興起，邊緣計(jì)算通過(guò)就近提供計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、智能等關(guān)鍵能力，加速賦能經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)，已逐步成為計(jì)算體系的新方向、信息領(lǐng)域的新業(yè)態(tài)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的新平臺(tái)，整體上處于高速發(fā)展階段，正從概念普及加速走向務(wù)實(shí)部署，受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。Gartner、IEEE等權(quán)威機(jī)構(gòu)將邊緣計(jì)算作為2020年十大技術(shù)方向，中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)工程院在 《2020研究前沿》、《全球工程前沿2020》中，將邊緣計(jì)算列入信息領(lǐng)域十大技術(shù)前沿。據(jù)Research and Market預(yù)測(cè)，邊緣計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模2018~2022年復(fù)合增長(zhǎng)率超30%；據(jù)CB Insights預(yù)測(cè)，2023年全球邊緣計(jì) 算市場(chǎng)有望達(dá)到340億美元[1]。本文從學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界兩個(gè)維度深入剖析邊緣計(jì)算概念內(nèi)涵、學(xué)術(shù)方向、產(chǎn)業(yè) 路徑，綜述邊緣計(jì)算在核心環(huán)節(jié)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和問(wèn)題，研判邊緣計(jì)算未來(lái)發(fā)展態(tài)勢(shì)與方向。