5G时代不行或缺的关键技术：详解边缘盘算参考架构3.0
2023-10-21
本文摘要：导读：边缘盘算工业同盟（ECC）与工业互联网工业同盟（AII）在2018年11月团结公布了边缘盘算参考架构3.0。本文将以这个参考模型为基础，来先容边缘盘算的目的架构。作者：任旭东 等泉源：华章科技该参考架构基于模型驱动的工程方法（Model-Driven Engineering，MDE）举行设计，如图3-1所示，可将物理和数字世界的知识模型化，从而实现以下目的：物理世界和数字世界的协作；跨工业的生态协作；淘汰系统异构性，简化跨平台移植流程；有效支撑系统的全生命周期运动。
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导读：边缘盘算工业同盟（ECC）与工业互联网工业同盟（AII）在2018年11月团结公布了边缘盘算参考架构3.0。本文将以这个参考模型为基础，来先容边缘盘算的目的架构。作者：任旭东 等泉源：华章科技该参考架构基于模型驱动的工程方法（Model-Driven Engineering，MDE）举行设计，如图3-1所示，可将物理和数字世界的知识模型化，从而实现以下目的：物理世界和数字世界的协作；跨工业的生态协作；淘汰系统异构性，简化跨平台移植流程；有效支撑系统的全生命周期运动。
▲图3-1 边缘盘算参考架构3.0参考架构3.0的主要内容包罗：整个系统分为云、边缘和现场三层，边缘盘算位于云和现场层之间，边缘层向下支持种种现场设备的接入，向上可以与云端对接。边缘层包罗边缘节点和边缘治理器两个主要部门。边缘节点是硬件实体，是承载边缘盘算业务的焦点。
边缘节点凭据业务偏重点和硬件特点的差别，包罗以网络协议处置惩罚和转换为重点的边缘网关、以支持实时闭环控制业务为重点的边缘控制器、以大规模数据处置惩罚为重点的边缘云、以低功耗信息收罗和处置惩罚为重点的边缘传感器等。边缘治理器的出现焦点是软件，主要功效是对边缘节点举行统一治理。边缘节点一般具有盘算、网络和存储资源，边缘盘算系统对资源的使用有两种方式：第一，直接将盘算、网络和存储资源举行封装，提供挪用接口，边缘治理器以代码下载、网络计谋设置和数据库操作等方式使用边缘节点资源；第二，进一步将边缘节点的资源按功效领域封装乐成能模块，边缘治理器通过模型驱动的业务编排的方式组合和挪用功效模块，实现边缘盘算业务的一体化开发和敏捷部署。边缘盘算须提供统一的治理服务、数据全生命周期服务和宁静服务，以处置惩罚种种异构的基础设施、设备形态等，最终到达提升治理与运维运营效率，降低运维成本的目的。
01 部署场景边缘盘算按距离由近及远可分为现场层、边缘层和云盘算层，如图3-2所示。▲图3-2 边缘盘算按距离分类1. 现场层现场层包罗传感器、执行器、设备、控制系统和资产等现场节点。
这些现场节点通过种种类型的现场网络、工业总线与边缘层中的边缘网关等设备相毗连，实现现场层和边缘层之间数据流和控制流的连通。网络可以使用差别的拓扑结构，边缘网关等设备用于将一组现场节点相互毗连以及毗连到广域网络。
它具有到集群中每个边缘实体的直接毗连，允许来自边缘节点的数据流入和到边缘节点的控制下令流出。2. 边缘层边缘层是边缘盘算三层架构的焦点，用于吸收、处置惩罚和转发来自现场层的数据流，提供智能感知、宁静隐私掩护、数据分析、智能盘算、历程优化和实时控制等时间敏感服务。边缘层包罗边缘网关、边缘控制器、边缘云、边缘传感器等盘算存储设备，以实时间敏感网络交流机、路由器等网络设备，封装了边缘侧的盘算、存储和网络资源。
边缘层还包罗边缘治理器软件，该软件主要提供业务编排或直接挪用的能力，用于操作边缘节点完成相关任务。当前边缘层的部署有云边缘（KubeEdge）、边缘云（MEC与此对应）和云化网关三类落地形态。
云边缘：云边缘形态的边缘盘算，是云服务在边缘侧的延伸，逻辑上仍是云服务，主要提供依赖于云服务或需要与云服务精密协同的服务。华为云提供的IEF解决方案、阿里云提供的Link Edge 解决方案、AWS提供的Greengrass解决方案等均属于此类。
边缘云：边缘云形态的边缘盘算，是在边缘侧构建中小规模云，边缘服务能力主要由边缘云提供；集中式DC侧的云服务主要提供边缘云的治理调理能力。MEC、CDN、华为云提供的IEC解决方案等均属于此类。云化网关：云化网关形态的边缘盘算，以云化技术与能力重构原有嵌入式网关系统，云化网关在边缘侧提供协议、接口转换、边缘盘算等能力，部署在云侧的控制器提供针对边缘节点的资源调理、应用治理、业务编排等能力。3. 云盘算层云盘算层提供决议支持系统，以及智能化生产、网络化协同、服务化延伸和个性化定制等特定领域的应用服务法式，并为最终用户提供接口。
云盘算层从边缘层吸收数据流，并向边缘层以及通过边缘层向现场层发出控制信息，从全局规模内对资源调理和现场生产历程举行优化。02 功效视图边缘盘算参考架构的功效视图如图3-3所示。
▲图3-3 功效视图1. 基础资源基础资源包罗网络、盘算和存储三个基础模块，以及虚拟化服务，其中前三个前面已有先容，故这里仅对虚拟化服务举行简朴先容。虚拟化技术降低了系统开发和部署成本，已经开始从服务器应用场景向嵌入式系统应用场景渗透。典型的虚拟化技术包罗裸机（Bare Metal，又称裸金属）架构和主机（Host）架构。
前者是虚拟化层的虚拟机治理器（Hypervisor）等功效直接运行在系统硬件平台上，然后再运行操作系统和虚拟化功效；后者是虚拟化层功效运行在主机操作系统上。前者有更好的实时性，智能资产和智能网关一般接纳该方式。2. 功效领域边缘盘算的功效模块主要用于控制、分析和优化三个领域。
1）控制功效如图3-4所示，在工业互联网边缘盘算场景中，控制仍然是一个重要的焦点功效。控制系统要求对情况可感知且执行要稳、准、快。因此，大规模庞大系统对控制器的盘算能力和实时响应要求严格，使用边缘盘算增强当地盘算能力，降低由云集中式盘算带来的响应延迟是面向大规模庞大控制系统的有效解决方案。
▲图3-4 控制功效领域控制功效主要包罗对情况的感知和执行、实时通信、实体抽象、控制系统建模、资产治理等。感知与执行：感知是指从传感器中读取情况信息。
执行是指向。
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