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边缘计算参考架构2.0 总结

核心内容概述

边缘计算参考架构2.0是边缘计算产业联盟（ECC）与工业互联网产业联盟（All）联合发布的，旨在为行业智能2.0提供技术支撑与架构指导。该架构强调模型驱动、分布式计算、开放平台和与云计算的协同，以应对行业数字化转型过程中面临的数据、计算、网络和安全等挑战。

主要观点

1. 行业智能时代已来临

   • 行业智能分为1.0和2.0两个阶段。1.0关注商业流程的数字化，2.0聚焦生产过程的智能化。
   • 行业智能2.0要求实现物理世界与数字世界的融合，提升敏捷性、协作性、资源共享和降低不确定性。

2. 边缘计算的关键能力

   • 建立物理世界与数字世界的联接与互动，通过数字孪生实现对物理资产的实时映射。
   • 提供模型驱动的智能分布式架构与平台，实现物自主化和物协作。
   • 提供开发与部署运营的服务框架，支持快速开发、自动部署和集中运营。
   • 实现边缘计算与云计算的协同，满足实时业务、本地决策和安全隐私保护等需求。

3. 边缘计算的产业化进展

   • 2015年进入Gartner技术成熟曲线，2016年成立ECC，2017年推动多个标准与产业合作。
   • 在工业、制造、交通、医疗、农业等领域已有多个商业实践案例，如梯联网、智慧水务、智能楼宇、智慧照明、智能制造系统等。

4. 边缘计算参考架构设计

   • 基于模型驱动工程（MDE）进行架构设计，支持多视图呈现，包括概念视图、功能设计视图和部署视图。
   • 架构包括ECN（边缘计算节点）、业务Fabric、联接计算Fabric、开发服务框架、部署运营服务框架、管理服务和数据全生命周期服务。

关键信息

边缘计算基本特点与属性

边缘计算CROSS价值

边缘计算与云计算协同

功能设计视图

ECN（边缘计算节点）

• 基础资源层：包括网络、计算和存储。

  • 网络：采用SDN和TSN技术，支持确定性时延和高可靠性。
  • 计算：支持异构计算（HC），优化任务调度和资源利用。
  • 存储：支持时序数据库（TSDB），实现高效写入、查询和存储管理。

• 虚拟化层：采用EVF（边缘虚拟化功能），支持多业务隔离和灵活扩展。

• 服务功能：

  • 分布式联接计算Fabric服务
  • OPC UA服务
  • 实时流式数据分析服务
  • 时序数据库服务
  • 策略执行服务
  • 安全服务

业务Fabric

• 业务流程的模型化表示，支持业务策略的定义、执行与管理。
• 提供灵活的业务编排与策略管理，实现业务敏捷与快速部署。

联接计算Fabric

• 屏蔽ECN节点异构性，实现资源动态调度与管理。
• 支持数据与知识模型的共享，提升系统协同效率。

开发服务框架

• 提供模型化开发服务、仿真服务、集成发布服务，支持多语言开发和快速验证。

部署运营服务框架

• 包括业务编排、应用部署和应用市场服务。
• 支持多层级安全机制，如容器安全、数据传输安全、平台授权等。

数据全生命周期服务

• 数据特点：高通量、实时性、多样性、关联性强。
• 服务内容：
  • 数据预处理（过滤、清洗、聚合、质量优化）
  • 数据分析（流式处理、模型集成、策略响应）
  • 数据分发与策略执行
  • 数据可视化与存储（支持时序数据库与GIS）

安全服务

• 安全设计：覆盖所有层级，包括设备、网络、数据和应用。
• 关键功能：
  • 策略控制器与执行器
  • 轻量级可信计算
  • 端到端防护（如IPSec、TLS、SDN控制）
  • 基于白名单的安全模型
  • 多级安全机制（如容器安全、数据防泄漏、访问控制）

部署视图

• 三层模型：适用于业务流量较小的场景，如智慧路灯、智能电梯。
• 四层模型：适用于业务流量大的场景，如智能制造、智能视频分析。

ECC产业发展与商业实践

• 产业组织合作：ECC与多个产业联盟（如IIC、CAA、Avnu Alliance等）建立合作，推动标准制定与技术验证。
• 标准组织合作：推动IEEE、IEC、ISO等标准制定，如TSN、OPC UA、时序数据库等。
• 商业实践：
  • 梯联网：通过边缘计算实现电梯的实时监控与预测性维护。
  • 智慧水务：实现城市供水系统的全面感知与智能控制。
  • 智能楼宇：支持多系统协同，实现自动化控制和可视化运营。
  • 智慧照明：通过边缘计算实现路灯的自适应控制与管理。
  • 智能制造：实现生产资源的虚拟化与业务编排，提升制造效率与灵活性。

附录

术语表

缩略语表

参考文献

1. Margaret Chiosi, AT&T, Don Clarke, Peter Willis, Andy Reid, BT, Dr. Chunfeng Cui, Dr. Hui Deng, China Mobile, ect. “Network Functions Virtualization – Introductory White Paper”
2. Weisong Shi, Fellow, IEEE, Jie Cao, Student Member, IEEE, Quan Zhang, Student Member, IEEE, Youhuizi Li, and Lanyu Xu, "Edge Computing: Vision and Challenges"
3. IEC Vertical Edge Intelligence Whitepaper, http://www.iec.ch/whitepaper/edgeintelligence
4. 时序数据库系列文章，http://www.infoq.com/cn/articles/hierarchical-storage-of-sequential-databases
5. IEC 62443-3-3:2013, 工业通信网络与系统安全
6. OPC统一架构规范，OPC Foundation
7. IEEE实时网络任务组，http://www.ieee802.org/1/pages/tsn.html
8. 软件定义网络定义，https://www.opennetworking.org/sdn-definition/
9. Open Container Initiative，https://www.opencontainers.org/about.html
10. 垂直边缘智能白皮书，http://www.iec.ch/whitepaper/pdf/IEC_WP_Edge_Intelligence.pdf
11. 模型驱动工程，https://en.wikipedia.org/wiki/Model-drivenengineering
12. 面向服务架构参考模型1.0，http://docs.oasis-open.org/soa-rm/v1.0/soa-rm.pdf

版权与商标声明

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