1.3 智能邊緣計(jì)算典型應(yīng)用

邊緣計(jì)算與人工智能、5G等技術(shù)的高度融合，促進(jìn)了各行業(yè)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，并加快各行業(yè)的數(shù)字化與業(yè)務(wù)多樣化。邊緣計(jì)算憑借極高的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）與極低的延遲不僅滲透到現(xiàn)有行業(yè)，更是催生了新的商業(yè)模式，不斷創(chuàng)造著新的價(jià)值。智能邊緣計(jì)算的典型應(yīng)用場(chǎng)景有智慧城市、新型娛樂(lè)、智能制造等。

1.3.1 智慧城市

過(guò)去，城市僅僅是大型的人類聚居地，也是人類生活和社會(huì)發(fā)展的載體。在信息時(shí)代，隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，人們的生活方式也在隨著時(shí)代不斷改變，有了更豐富的生活和更多元的需求。在MEC、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、IoT、數(shù)字孿生等新興技術(shù)的加持下，城市被賦予了前所未有的內(nèi)涵。智慧城市成為政府、社會(huì)和人民對(duì)于城市形態(tài)的新期盼和未來(lái)城市的必然發(fā)展方向。在智慧城市的大場(chǎng)景下，城市逐漸成為一個(gè)物理和數(shù)字融合的有機(jī)體，政府管理、公共安全、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、住房交通、社會(huì)民生等城市活動(dòng)被重新塑造，構(gòu)建了全新的城市規(guī)劃、建設(shè)、治理和發(fā)展模式。

智慧城市就像一個(gè)大的有機(jī)生命體，基礎(chǔ)設(shè)施是城市的機(jī)體，生活在城市中的人是城市的血液，各類傳感器是城市的感官，云中心是城市的大腦，網(wǎng)絡(luò)（5G、光纖等）是城市的神經(jīng)系統(tǒng)。舉例來(lái)說(shuō)，從成都天府新區(qū)中央商務(wù)公園的宣傳展示中，可以窺見(jiàn)智慧城市的冰山一角。宣傳片充分體現(xiàn)了智慧城市最大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)—它可以“主動(dòng)”而非僅僅“被動(dòng)”地應(yīng)對(duì)城市的需求，比如實(shí)時(shí)監(jiān)控、城市規(guī)劃、智慧安防、智聯(lián)交通及災(zāi)害防治等。在邊緣計(jì)算等技術(shù)加持下的智慧城市將沖破人們對(duì)于城市發(fā)展的想象界限。

1.3.2 新型娛樂(lè)

隨著技術(shù)的發(fā)展與人們對(duì)于更佳視聽(tīng)體驗(yàn)的期許，傳統(tǒng)的1080P正在逐漸成為歷史，4K、UHD、8K、Dolby Audio等音視頻格式逐漸走向市場(chǎng)并占據(jù)越來(lái)越多的市場(chǎng)份額。這些格式對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了更高的要求，如8K視頻需要不低于100Mbit/s的帶寬，才能保證視頻傳輸?shù)牧鲿场?/p>

此外，作為新型娛樂(lè)中的重要一環(huán)，云游戲?qū)⒃拘枰诮K端設(shè)備上進(jìn)行的大量計(jì)算轉(zhuǎn)移到邊緣以及云端，這使得對(duì)于終端設(shè)備的計(jì)算能力變得幾乎沒(méi)有要求。目前，Steam、騰訊、網(wǎng)易、阿里等游戲相關(guān)廠商和云服務(wù)廠商的云游戲業(yè)務(wù)也已開(kāi)始開(kāi)辟市場(chǎng)。得益于5G的高帶寬和低延遲以及邊緣計(jì)算的加持，云游戲已經(jīng)從初期的僅提供720P/20fps服務(wù)到現(xiàn)在的1080P/60fps乃至更高。特別地，在實(shí)時(shí)游戲中，幾毫秒延遲就能決定勝負(fù)，邊緣計(jì)算恰好可以滿足該類游戲用戶對(duì)高速低延遲連接的需求，改善用戶的游戲體驗(yàn)。可以預(yù)見(jiàn)的是，隨著5G的發(fā)展，用戶僅通過(guò)顯示器和鼠標(biāo)鍵盤(pán)，就可以體驗(yàn)到4K/90+fps畫(huà)質(zhì)和低于10ms延遲的沉浸式游戲體驗(yàn)。

圖1-5所示云游戲的工作流為：用戶輸入可以被實(shí)時(shí)傳送到邊緣和云端的服務(wù)器中，在服務(wù)器中處理用戶輸入、更新游戲狀態(tài)、渲染畫(huà)面等計(jì)算任務(wù)后將畫(huà)面返回。在整個(gè)工作流中，高帶寬和低延遲的網(wǎng)絡(luò)傳輸是確保高品質(zhì)游戲體驗(yàn)的核心。

1.3.3 智能制造

作為“工業(yè)4.0”的主導(dǎo)和革命性生產(chǎn)方法，智能制造正在世界范圍內(nèi)興起，這對(duì)于工業(yè)化和信息化的同步發(fā)展和融合滲透而言具有重大意義。對(duì)國(guó)家而言，智能制造可以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展。對(duì)企業(yè)而言，智能制造可以持續(xù)改進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)流程、促進(jìn)精益生產(chǎn)和柔性化生產(chǎn)、及時(shí)預(yù)防生產(chǎn)安全問(wèn)題、優(yōu)化企業(yè)運(yùn)營(yíng)，進(jìn)而創(chuàng)造企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，重塑企業(yè)價(jià)值鏈。

在智能制造中，數(shù)據(jù)將接替原有生產(chǎn)資料，成為制造的智能“引擎”。然而，由于一些因素的掣肘，現(xiàn)階段信息技術(shù)（Information Technology，IT）、運(yùn)營(yíng)技術(shù)（Operational Technology，OT）和通信技術(shù)（Communication Technology，CT）難以深度融合，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法得到充分應(yīng)用。這些因素包含以下兩點(diǎn)：

1）傳統(tǒng)的OT架構(gòu)往往和硬件高度耦合且整體性極強(qiáng)，難以和IT系統(tǒng)進(jìn)行集成。

2）在過(guò)去的工業(yè)生產(chǎn)中，由于技術(shù)的限制和可靠性的要求，有線技術(shù)被廣泛采用。

除了IT、OT和CT融合的困難之外，智能制造還面臨另一個(gè)重要的問(wèn)題—在哪里處理數(shù)據(jù)。過(guò)去，企業(yè)通常將數(shù)據(jù)放在云端處理。然而，智能制造場(chǎng)景中的數(shù)據(jù)量非常龐大，將海量的數(shù)據(jù)發(fā)送到集中式的云端服務(wù)器，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重消耗帶寬資源、高傳輸能耗、高延遲等新問(wèn)題。同時(shí)，集中處理會(huì)明顯帶來(lái)更大的延遲，這會(huì)導(dǎo)致當(dāng)OT數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的延遲送到云端進(jìn)行分析后，可能返回已經(jīng)過(guò)期、不具有可用性的結(jié)果，這將導(dǎo)致難以及時(shí)、深入地了解企業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)。

在邊緣計(jì)算的加持下，企業(yè)可以收集和分析來(lái)自產(chǎn)品、工廠、系統(tǒng)和機(jī)器的實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)，并在整個(gè)價(jià)值鏈中優(yōu)化產(chǎn)品、生產(chǎn)資料和制造流程。邊緣計(jì)算的特性使得企業(yè)以較低的成本獲得極大的價(jià)值，同時(shí)，IBM相關(guān)報(bào)告顯示，邊緣計(jì)算的投資有著極短的投資回報(bào)周期和極高的回報(bào)率。原因在于邊緣計(jì)算的模型可以在對(duì)原有OT系統(tǒng)不進(jìn)行過(guò)多改動(dòng)的情況下，與系統(tǒng)更好地集成。邊緣計(jì)算通過(guò)在更接近操作點(diǎn)或數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置進(jìn)行計(jì)算、處理，極大地縮短響應(yīng)時(shí)間、節(jié)省能耗和帶寬開(kāi)銷。此外，通過(guò)將邊緣計(jì)算和人工智能相結(jié)合，可以直接在數(shù)據(jù)產(chǎn)生的位置實(shí)時(shí)解讀數(shù)據(jù)并執(zhí)行決策。

從某種意義上來(lái)說(shuō)，邊緣計(jì)算是智能制造中必不可少的一環(huán)，其具有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，而且也初步展現(xiàn)了其改變流程乃至整個(gè)行業(yè)的潛力，以下是一些應(yīng)用場(chǎng)景的舉例：

1）通過(guò)基于狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)的性能變化，從而優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃并自動(dòng)訂購(gòu)零件，減少停機(jī)時(shí)間和維護(hù)成本。

2）通過(guò)邊緣實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備，優(yōu)化供應(yīng)商內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)的可訪問(wèn)性和透明度，降低物流和庫(kù)存成本。

3）可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)企業(yè)為植物配備基于物聯(lián)網(wǎng)的傳感器，使用邊緣計(jì)算監(jiān)測(cè)每種作物的生長(zhǎng)需求和理想收割時(shí)間。

波士頓動(dòng)力公司和IBM的合作項(xiàng)目就是一個(gè)具體的例子，來(lái)自波士頓動(dòng)力公司的四足機(jī)器人Spot通過(guò)車載相機(jī)和傳感器對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行感知，而IBM充分利用了Spot隨身攜帶的有效載荷，通過(guò)其人工智能和Maximo解決方案賦予了Spot邊緣分析的能力，使得Spot可以理解和解釋其“看到”的東西。

在智能制造中，在越靠近數(shù)據(jù)源的位置處理數(shù)據(jù)，所獲得的價(jià)值會(huì)越大。IBM商業(yè)價(jià)值研究院的有關(guān)調(diào)研顯示，邊緣計(jì)算與產(chǎn)業(yè)深度融合，可以帶來(lái)巨大的業(yè)務(wù)收益，包括明顯降低運(yùn)營(yíng)成本、實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程自動(dòng)化、提高生產(chǎn)力、提高可視性和透明度以及提高可靠性等。可以預(yù)見(jiàn)的是，在“工業(yè)4.0”時(shí)代，MEC幾乎可以無(wú)縫地融入所有行業(yè)。