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編者按：自成立以來，邊緣計算產業(yè)聯(lián)盟（ECC）一直將體系架構制定與技術路線選擇作為推動邊緣計算產業(yè)發(fā)展的重要抓手，以參考架構提供跨產業(yè)的設計為參考，以客戶需求、產業(yè)最佳實踐、聯(lián)盟的商業(yè)成功為導向，拉通“政、產、學、研、用”各方面資源，促進技術架構、標準、方案及應用的開放合作與協(xié)同。

在2017邊緣計算產業(yè)峰會上，邊緣計算產業(yè)聯(lián)盟和工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟聯(lián)合發(fā)布《邊緣計算參考架構2.0》，重點闡釋了邊緣計算的概念、特點、價值，分別從概念視圖、功能視圖、部署視圖三個維度全方位展現(xiàn)ECC邊緣計算參考架構2.0，提出構建模型驅動的智能分布式開放架構，實現(xiàn)架構極簡，OICT設施自動化和可視化，以及資源服務與行業(yè)業(yè)務需求的智能協(xié)同，通過全層次開放架構推動跨產業(yè)的生態(tài)協(xié)作，產品的快速孵化，為邊緣計算技術研發(fā)、應用創(chuàng)新和產業(yè)發(fā)展提供方向指引。本刊自本期起刊發(fā)其中的核心內容以饗讀者。

1.1　模型驅動的參考架構

參考架構基于模型驅動的工程方法（Model-Driven Engineering MDE）進行設計。基于模型可以將物理和數(shù)字世界的知識模型化，從而實現(xiàn)：

物理世界和數(shù)字世界的協(xié)作

對物理世界建立實時、系統(tǒng)的認知模型。在數(shù)字世界預測物理世界的狀態(tài)、仿真物理世界的運行、簡化物理世界的重構，然后驅動物理世界優(yōu)化運行。能夠將物理世界的全生命周期數(shù)據與商業(yè)過程數(shù)據建立協(xié)同，實現(xiàn)商業(yè)過程和生產過程的協(xié)作。

跨產業(yè)的生態(tài)協(xié)作

基于模型化的方法，ICT和各垂直行業(yè)可以建立和復用本領域的知識模型體系。ICT行業(yè)通過水平化的邊緣計算領域模型和參考架構屏蔽ICT技術復雜性，各垂直行業(yè)將行業(yè)Know-how進行模型化封裝，實現(xiàn)ICT行業(yè)與垂直行業(yè)的有效協(xié)作。

減少系統(tǒng)異構性，簡化跨平臺移植

系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間、服務與服務之間、新系統(tǒng)與舊系統(tǒng)之間等基于模型化的接口進行交互，簡化集成。基于模型，可以實現(xiàn)軟件接口與開發(fā)語言、平臺、工具、協(xié)議等解耦，從而簡化跨平臺的移植。

有效支撐系統(tǒng)的全生命周期活動

包括應用開發(fā)服務的全生命周期、部署運營服務的全生命周期、數(shù)據處理服務的全生命周期、安全服務的全生命周期等。

ICT行業(yè)在網絡、計算、存儲等領域面臨著架構極簡、業(yè)務智能、降低CapEx和OpEx等挑戰(zhàn)，正在通過虛擬化、SDN、模型驅動的業(yè)務編排、微服務等技術創(chuàng)新應對這些挑戰(zhàn)。邊緣計算作為OT和ICT融合的產業(yè)，其參考架構設計需要借鑒這些新技術和新理念。同時，邊緣計算與云計算存在協(xié)同與差異，面臨獨特挑戰(zhàn)，需要獨特的創(chuàng)新技術。

基于上述理念，ECC提出了如下的邊緣計算參考架構2.0：

從架構的橫向層次來看，具有如下特點：

圖1 邊緣計算參考架構2.0

智能服務基于模型驅動的統(tǒng)一服務框架，通過開發(fā)服務框架和部署運營服務框架實現(xiàn)開發(fā)與部署智能協(xié)同，能夠實現(xiàn)軟件開發(fā)接口一致和部署運營自動化；

智能業(yè)務編排通過業(yè)務Fabric定義端到端業(yè)務流，實現(xiàn)業(yè)務敏捷；

聯(lián)接計算CCF（Connectivityand Computing Fabric）實現(xiàn)架構極簡，對業(yè)務屏蔽邊緣智能分布式架構的復雜性；實現(xiàn)OICT基礎設施部署運營自動化和可視化，支撐邊緣計算資源服務與行業(yè)業(yè)務需求的智能協(xié)同；

智能ECN（Edge Computing Node）兼容多種異構聯(lián)接、支持實時處理與響應、提供軟硬一體化安全等；

邊緣計算參考架構在每層提供了模型化的開放接口，實現(xiàn)了架構的全層次開放；邊緣計算參考架構通過縱向管理服務、數(shù)據全生命周期服務、安全服務，實現(xiàn)業(yè)務的全流程、全生命周期的智能服務。

1.2　多視圖呈現(xiàn)

以ISO/IEC/IEEE 42010:2011架構定義國際標準為指導，將產業(yè)對邊緣計算的關注點進行系統(tǒng)性的分析，并提出了解決措施和框架，通過如下三類視圖來展示邊緣計算參考架構：

概念視圖

闡述邊緣計算的領域模型和關鍵概念。

功能設計視圖

闡述橫向的開發(fā)服務框架、部署運營框架業(yè)務Fabric、聯(lián)接計算Fabric和ECN、縱向的跨層次開放服務、管理服務、數(shù)據全生命周期服務、安全服務的功能與設計思路。

部署視圖

闡述系統(tǒng)的部署過程和典型的部署場景。

同時，架構需要滿足跨行業(yè)的典型非功能性需求，包括實時性、確定性、可靠性等。為此，在功能視圖、部署視圖給出了相關技術方案推薦。

1.3　概念視圖

1.3.1　邊緣計算節(jié)點、開發(fā)框架與產品實現(xiàn)

智能資產、智能系統(tǒng)、智能網關具有數(shù)字化、網絡化、智能化的共性特點，都提供網絡、計算、存儲等ICT資源，可以在邏輯上統(tǒng)一抽象為邊緣計算節(jié)點（Edge Computing Node ECN）。

根據ECN節(jié)點的典型應用場景，系統(tǒng)定義了四類ECN開發(fā)框架。每類開發(fā)框架提供了匹配場景的操作系統(tǒng)、功能模塊、集成開發(fā)環(huán)境等。

基于四類ECN開發(fā)框架，結合ECN節(jié)點所需要的特定硬件平臺，可以構建六類產品實現(xiàn)。

下圖對上述過程做了概括總結。

ECN節(jié)點典型功能包括：

總線協(xié)議適配；

實時聯(lián)接；

實時流式數(shù)據分析；

時序數(shù)據存取；

策略執(zhí)行；

設備即插即用；

資源管理。

ECN四類開發(fā)框架包括：

圖2 概念視圖：ECN、開發(fā)框架和產品

實現(xiàn)實時計算系統(tǒng)框架

面向數(shù)字化的物理資產，滿足應用實時性等需求；

輕量計算系統(tǒng)框架

面向資源受限的感知終端，滿足低功耗等需求；

智能網關系統(tǒng)框架

支持多種網絡接口、總線協(xié)議與網絡拓撲，實現(xiàn)邊緣本地系統(tǒng)互聯(lián)并提供本地計算和存儲能力，能夠和云端系統(tǒng)協(xié)同；

智能分布式系統(tǒng)框架

基于分布式架構，能夠在邊緣側彈性擴展網絡、計算和存儲等能力，支持資源面向業(yè)務的動態(tài)管理和調度，能夠和云端系統(tǒng)協(xié)同。

ECN六類產品實現(xiàn)包括：

1.3.2　邊緣計算領域模型

邊緣計算領域模型是從邊緣計算的ICT視角進行模型定義，包括：

圖3 概念視圖：面向全生命周期的模型服務

設計階段模型

定義ECN節(jié)點的標識、屬性、功能、性能、派生繼承關系等，為部署與運行階段提供價值信息。

部署階段模型

主要包括業(yè)務策略、物理拓撲等模型。其中，業(yè)務策略模型是用業(yè)務語言，而不是機器語言來描述業(yè)務規(guī)則與約束，實現(xiàn)業(yè)務驅動邊緣計算基礎設施。業(yè)務策略模型可描述，可靈活復用和變更，使能業(yè)務敏捷。

運行階段模型

主要包括聯(lián)接計算Fabric模型、運行負載模型等。基于這些模型可以監(jiān)視和優(yōu)化系統(tǒng)運行狀態(tài)，實現(xiàn)負載在邊緣分布式架構上的部署優(yōu)化等。

通過模型驅動的統(tǒng)一服務框架能夠實現(xiàn)邊緣計算領域模型和垂直行業(yè)領域模型的相互映射和統(tǒng)一管理，從而復用垂直行業(yè)的領域模型（如OPC UA及其生態(tài)），實現(xiàn)邊緣計算參考架構和行業(yè)平臺、行業(yè)應用的易集成。

摘自《自動化博覽》2018年1月刊