邊緣計算作為云計算技術的演進和發(fā)展，自身具備靠近應用、智能靈活、分布高效的特點。因此，云計算/邊緣計算技術在物聯網、工業(yè)制造、交通運輸等領域有廣泛的應用前景。結合邊緣計算的特性和制造業(yè)的特點，重點闡述了邊緣計算在智慧制造領域的應用。首先，分析提出邊緣計算應用于行業(yè)的四大關鍵因素和能力，包括5G技術、虛擬化、靈活部署和行業(yè)屬性等。接著，從運營、市場和技術3個層面，具體剖析了智慧制造領域的需求、挑戰(zhàn)和應用機會。最后，給出了邊緣計算在智慧制造領域應用的模式，包括管理模式、商業(yè)模式和部署模式，初步研究闡述了邊緣計算在智慧制造領域的應用方向。
01前言
邊緣計算（edge computing，EC）指的是部署在網絡邊緣的具有最先進的電信網絡屬性的計算環(huán)境（即邊緣計算網絡或邊緣云），不同于將計算下沉到設備端的嵌入式邊緣計算能力，邊緣計算是一個“硬件+軟件+服務”的系統(tǒng)，通過在網絡邊緣提供IT服務環(huán)境和云計算能力，減少網絡操作和服務交付的時延。其技術特征主要包括鄰近性、低時延、高寬帶和位置認知等，未來有廣闊的應用前景，如智慧制造（工業(yè)4.0）、車聯網（無人駕駛）、AR、視頻優(yōu)化加速、監(jiān)控視頻分析等。
雖然網絡虛擬化并不是邊緣計算和網絡切片的“始作俑者”，但隨著ICT（information and communications technology，信息通信技術）融合技術和生態(tài)逐漸成熟，虛擬化架構向商用部署逐步成為現實，其所承載的全虛擬化的、完整的電信網元功能以及與生俱來的靈活的分布式部署模式正式觸發(fā)了邊緣計算和網絡切片相互助力、相互補充，二者相結合，為電信網絡在5G的行業(yè)生態(tài)建設中提供核心能力。
邊緣計算的目標市場已經從傳統(tǒng)的2C轉變到以2B為主體的新藍海，這個新市場同樣也是原有的公有云/云計算平臺一直未成功進入的領域，這與公有云本身的技術策略定位有關，同時也是由于缺少靠近企業(yè)邊緣的覆蓋這樣的硬傷而不能切中行業(yè)市場的典型痛點。
邊緣計算與網絡切片相輔相成的關系如圖1所示，邊緣計算通過網絡切片為行業(yè)專網的跨地域覆蓋和多樣化網絡的資源和性能提供了保證，而網絡切片正是有了邊緣部署計算環(huán)境的支撐，才使得網絡能力在行業(yè)的價值化落地成為可能。
02、邊緣計算行業(yè)關鍵能力
如果把邊緣計算定位于為制造領域創(chuàng)造有價值的產品，并實現智慧制造和工業(yè)4.0的轉型，那么在智慧制造場景下，邊緣計算除了云計算的先天優(yōu)勢以外，還必須具備一些關鍵能力和特性，在ICT生態(tài)環(huán)境里保持強大的競爭力和生命力。
（1）5G無線網絡
作為運營商的核心業(yè)務，同時也是自身的核心競爭力，基于授權頻段的蜂窩無線網絡技術是邊緣計算應該利用的最基本也是最強大的能力，特別是5G技術在網絡帶寬和傳輸時延飛躍式的提高會成為運營商進入行業(yè)市場的重要敲門磚。
（2）虛擬化電信網絡
虛擬化技術是電信網絡擁抱IT技術的關鍵性產物，也是云計算時代先進生產力的代表技術，雖然在底層技術實現方面，NFV（network function virtualization，網絡功能虛擬化）與云計算相比不會有明顯的技術優(yōu)勢，但是通過電信網絡能力的加持，虛擬化的電信網絡可以為邊緣計算業(yè)務帶來另一類獨有的差異化競爭力，即網絡能力向邊緣業(yè)務的開放。
（3）部署形式靈活快速
行業(yè)市場碎片化嚴重，且各個子行業(yè)內部的生態(tài)環(huán)境有各自的復雜歷史和競爭格局，企業(yè)規(guī)模大小不一，對新技術的接受能力也存在差異，電信運營商作為進入這個領域的新來者，雖然背靠強大的資源和技術，甚至包括政策的支撐，但初期一定是一個逐步摸索頻繁試錯的階段?；谶@樣的認識，邊緣計算網絡的部署能力必須具備這5個特性。
•網絡輕量，避免照搬厚重復雜的既有電信網絡架構。
•組網靈活，按需組網，不強求運營商與企業(yè)對網絡環(huán)境和資產的唯一分界模式。
•架構開放，追求通用IT化平臺和IT化集成接口，確保對原有行業(yè)技術環(huán)境的最大兼容。
•部署快速，對行業(yè)生產環(huán)境的影響程度一定是行業(yè)是否接納邊緣計算的重要衡量指標之一。
•管理簡便，邊緣云的引入不應帶給企業(yè)不相稱的管理難度和成本增加。
（4）行業(yè)能力屬性
既然邊緣計算的目標是行業(yè)市場，那么對行業(yè)的理解與專業(yè)能力的融合是運營商可提供的差異化價值的體現。在這個方面，運營商可以從自身的網絡建設、網絡演進過程所積累的系統(tǒng)化網絡建設和業(yè)務開發(fā)經驗中提取出寶貴經驗，并應用在行業(yè)的創(chuàng)新與轉型中，幫助企業(yè)在各自的市場競爭中占得先機。
簡言之，邊緣計算網絡的目標市場一定是不同于現在的以公有云為主體業(yè)務形式、以2C為主要應用場景的成熟市場，而應該是一個面向縱向行業(yè)的2B的嶄新的藍海市場。這個領域在2G/3G/4G電信網絡時代和云計算時代，由于數據安全、業(yè)務掌控、網絡性能等多方面的條件限制，而沒有得到充分開發(fā)，這也與上面所提到的4個要素緊密相關，因此如何讓行業(yè)最大程度接受和采納這幾個要素帶來的技術特性進而轉化為自身生產力的提高是邊緣計算在5G可否成功的關鍵。
邊緣計算依托最先進的5G蜂窩無線傳輸技術，在虛擬化電信網絡架構的支撐下，面向社會和行業(yè)提供最大靈活性的網絡覆蓋，同時通過數據分流為骨干網卸載流量壓力而有效節(jié)省后期總體網絡投資；在此基礎上通過開放和提供具備行業(yè)屬性的計算資源和業(yè)務能力追求網絡價值的最大化，為行業(yè)和運營商自身創(chuàng)造新的商業(yè)價值和市場機遇。所以4個要素相互助力、互相補充，形成合力，在5G的邊緣計算為垂直行業(yè)帶來了又一次飛躍發(fā)展的大好機會。
03、邊緣計算智慧制造應用需求分析
邊緣計算網絡大規(guī)模部署的條件會涉及技術、市場和運營等多個方面，其行業(yè)應用的效果直接取決于相關方面的成熟度。根據以上行業(yè)應用分析，邊緣計算在智慧制造領域的應用研究，必須要先理清該行業(yè)發(fā)展的問題、挑戰(zhàn)和機遇。
3.1運營層面：明確的目標行業(yè)和清晰的運營模式思路
邊緣計算這種最靠近企業(yè)環(huán)境的電信網絡部署形式為企業(yè)與運營商以及解決方案供應商三者之間的角色關系帶來了多種合作模式的可能性。絕大多數企業(yè)因為降本增效的壓力使得在接受最新的網絡技術的同時也必須考慮可接受的投入產出比，而5G和邊緣計算的采納對于大多數傳統(tǒng)企業(yè)來說尚無經驗可循，因此運營商和電信廠商需要更主動地扮演布道師，發(fā)揮先鋒帶頭的作用。
3.2目標市場層面：企業(yè)自身的準備情況和對新技術的接受程度
邊緣計算對于大多數傳統(tǒng)企業(yè)屬于技術革新，企業(yè)的技術準備也是一項重要的條件，這包括企業(yè)自身的現狀和接受度。此外，大規(guī)模的部署也可以從這些視角去分析。
（1）覆蓋行業(yè)的廣度
起步階段的邊緣計算網絡的部署，第一步向什么方向邁、邁多大的步子、瞄準哪些行業(yè)、網絡建設的規(guī)模和覆蓋如何規(guī)劃等這些問題正是目前運營商與核心廠商討論的焦點。
（2）應用場景類型的豐富程度
邊緣計算可覆蓋的應用場景非常豐富，根據全球十大行業(yè)200多個用例的分析匯總，單從技術場景角度可分為以下9大類典型場景（如圖2所示），各自關聯到多個具體的行業(yè)領域，也有單獨行業(yè)領域就包含了多個技術場景。
各個場景對網絡連接、網絡架構以及軟件開放性等都向邊緣計算網絡提出了苛刻的要求，每一個具備可落地能力的商用方案從推向市場時間、對網絡部署的要求等都有許多有待各方共同驗證和推動的工作需要完成。
3.3技術層面：需要完善的邊緣網絡技術框架和可商用化的邊緣計算業(yè)務平臺解決方案
（1）在網絡承載方面，作為配合邊緣計算網絡組網的關鍵功能之一，本地分流技術詳細功能的實現機制仍然處于討論與制定過程中，在這些能力還沒有完全規(guī)范化并得到充分驗證之前，跨地域的邊緣計算協同仍然面臨挑戰(zhàn)。
（2）在對業(yè)務場景的支持方面，所規(guī)劃的邊緣計算網絡技術架構需要能夠與行業(yè)應用的典型場景無縫集成，這些應用場景可能會分為兩大類：一類是對無線網絡環(huán)境敏感的業(yè)務，如需要依賴5G的高帶寬特性將業(yè)務數據上傳至邊緣云的計算環(huán)境并需要確保低時延地將計算結果發(fā)送到接收方，如智能工廠中的機器人云端或遠程控制以及許多典型的Wi-Fi替代方案的需求，遠程手術、V2X和汽車自動駕駛應用中的平行駕駛等；另一類是不必依賴最新的無線傳輸技術，但對云化、集中化部署計算資源有硬需求的場景，如希望降低終端設備成本（或不提高成本）的同時提升用戶體驗的終端娛樂類業(yè)務（網絡游戲/AR/VR）。
（3）邊緣計算網絡由目標市場所定，注定必須以輕量化的網絡架構和管理模式贏得企業(yè)客戶的接受和歡迎，而邁向這一步正是充分發(fā)揮運營商網絡虛擬化成果的時候，當然同時也是對NFV架構的實用性的實戰(zhàn)考核與驗證。
（4）邊緣計算的大規(guī)模部署離不開一整套基本功能齊全的運營管理平臺和相應的管理機制。邊緣業(yè)務的管理模式以及相關管理系統(tǒng)的規(guī)范制定從最初ETSI MEC與3GPP的激烈競爭，到今天的基于國內實際網絡狀況和市場環(huán)境、結合運營商自身定位目標而規(guī)劃的PaaS建設思路，是否可以就此打開電信運營商邊緣計算自生態(tài)的建設還需拭目以待。
（5）此外，終端模組的成熟度以及何時開始向市場批量供應也是關鍵因素。許多與邊緣計算強相關的行業(yè)應用對5G終端/模組實現相關5G功能的完整性也有著很強的依賴性。
04、邊緣計算智慧制造應用研究
4.1智慧制造關注點分析
作為新進入者，運營商與設備商必須對所進入的行業(yè)現狀有充分的認識，所帶來的5G技術和邊緣計算的解決方案如果能夠切中企業(yè)的實際痛點，則將大大加快落地的進度，進而達到成功進入新市場的目的。但各個行業(yè)具有差異性，必須對目標市場有基本的規(guī)劃，并有針對的對特定行業(yè)領域投入資源，采用深入企業(yè)內部實地調查分析的手段挖掘最佳切入點。
本文對制造業(yè)的典型痛點做了匯總，如圖3所示。其他行業(yè)都有各自的痛點，應該作為邊緣計算部署需要特別關注的方面。
換言之，如果無法提出針對具體企業(yè)痛點的技術和方案，而僅停留在基本通用網絡連接能力提供者的角色，那么在5G繼續(xù)被管道化的結果仍然難以避免。
4.2智慧制造部署形式研究
如本文第2節(jié)提出的“部署形式靈活快速”所述，為了適應不同行業(yè)對邊緣計算和5G能力的差異化訴求，邊緣云在行業(yè)中的落地會存在多種部署形式，每一個最終落地的網絡組網架構設計應該與業(yè)務需求、管理模式、運營模式以及商業(yè)模式相對應。歸納出了下面三大類典型的網絡部署模式，具體如圖4所示。
（1）企業(yè)私網
完整的電信網絡部署在企業(yè)環(huán)境中提供端到端的網絡覆蓋。這樣最大限度地保證了企業(yè)數據和網絡環(huán)境的隔離和獨立性，但也同時對企業(yè)自身的網絡管理能力提出了較高的要求。
（2）企業(yè)專網
將用戶面網關部署在靠近企業(yè)現場，而核心網其他網元部署在電信網的上層節(jié)點。此模式既可以保持運營商對網絡的統(tǒng)一管理，也由于用戶面的下沉而滿足了數據不出廠的安全訴求，特別是對技術支撐能力有限的企業(yè)不會有過高的維護和管理技術的要求。
（3）網絡切片組網
5G架構下的網絡切片組網模式。當然這種模式需要運營商對目標市場的判斷和相應網絡資源的部署規(guī)劃，特別是對邊緣計算節(jié)點的分布和規(guī)模的規(guī)劃能力提出了極高的要求，這也是當前需要設備商與運營商共同努力解決的重點工作。
4.3智慧制造管理模式研究
目前邊緣計算節(jié)點管理模式的焦點問題是將這個邊緣云的管理納入統(tǒng)一的NFV的業(yè)務編排管理范疇之內，還是為其保持相對獨立的一套管理體系。從上文描述的邊緣云可能存在的幾種部署形式看，如果是業(yè)務域與網絡域分離的模式，更傾向于為邊緣云建立獨立的業(yè)務域管理系統(tǒng)，而網絡域則取決于3種典型的網絡部署模式而分別考慮并入統(tǒng)一管理域或者單獨本地部署。
•充分考慮不同行業(yè)客戶的IT化水平、管理模式以及邊緣節(jié)點的建設方的管理訴求，提供分級分層的運營管理方式。
•針對不同的工業(yè)應用需求，先從對SLA（service-level agreement，服務等級協議）要求不太高的應用場景著手，待技術和合作成熟后，再逐步進入關鍵應用領域。
總之邊緣節(jié)點的管理模式應該在“不應帶給企業(yè)不相稱的管理難度和成本增加”的大原則下為運營商邊緣網絡的能力變現提供必要合理的管理和運營能力的實現。
4.4智慧制造商業(yè)模式研究
目前在網絡建設的初期階段，確實不宜過早確定商業(yè)模式，將來也不會僅存在唯一模式，建議在初期保持開放心態(tài)多模式并行摸索?；谏衔奶岢龅娜箢惤M網模式對可能的商業(yè)模式做了簡單分析，見表1。
以上提出的商業(yè)模式可以作為邊緣計算部署初期的探索模式，但隨著對行業(yè)市場理解的逐步深入、企業(yè)對邊緣計算和5G技術理解逐漸加深，一定會摸索出更多更合理的商業(yè)模式。
05、結束語
5G技術和邊緣計算網絡為電信業(yè)務在廣闊紛繁的行業(yè)市場開拓出了一片嶄新藍海，作為新進入者需卸下包袱輕裝上陣，不必拘泥于傳統(tǒng)電信業(yè)務的建設思路，調整姿態(tài)向2B縱深滲透，在此過程中必須認清行業(yè)痛點，整合自身技術和資源優(yōu)勢，保持開放心態(tài)積極尋求合作共贏，努力尋找借助數字化轉型踴躍擁抱最先進網絡技術的先鋒企業(yè)和行業(yè)合作伙伴，只有這樣才能最終避免管道化，將5G技術和邊緣計算發(fā)揮出最大價值，在新生態(tài)建設中向價值鏈的頂端不斷靠近。
