數字轉型的主要目標之一是將人類和“智能”應用到管理、優化和控制接觸物理世界的系統。這種智能既來自于人類的知識和經驗，也來自于物理模型（如數字孿生）或人工智能模型（如神經網絡）。這種智能可以托管在所謂的“網絡空間”資源中，可以通過物理系統感知不斷豐富，并通過某種形式的驅動應用于控制這些物理系統。網絡空間是由巨大的計算、網絡、存儲和數據組織和管理資源支持的，這些資源通過企業和互聯網的發展逐步部署，云和邊緣通信，以及所有部署的運營資源。
邊緣的意義
在網絡空間和物理世界之間有一個關鍵的邊界，這被稱為網絡-物理邊界或操作邊緣。這是信息技術和運營技術最有意義的融合所在。部署在這個邊緣上的基礎設施和應用程序需要滿足關鍵需求，數字控制系統與目標系統交互的時間比較敏感，在故障或不可預測的情況下，具有巨大的物理和財務風險。
操作邊緣的計算、網絡和存儲需要滿足IT世界中不典型的需求，如時間敏感性和功能安全，以避免故障、不可預測的響應、錯誤報警和生產過程的安全漏洞，這些可能會造成昂貴成本，甚至危及生命的安全。
面向邊緣的技術可能會帶來以下的收益：
實現更復雜更智能的行為預測并控制的物理系統。
更靈活且更精確地提供這類系統。
與維護和質量控制相關的傳感器對物理過程的信息解釋。
通過對操作流程的實時建模，提高了整體流程效率。
實時合成數據，可能補充人工智能應用目的的物理數據。
面向邊緣的基礎設施
面向邊緣的基礎設施是在高層次上支持分布式網絡智能和物理系統之間復雜交互的端到端基礎設施。這種基礎設施將利用云中可用的計算、存儲和網絡資源池、服務提供商的邊緣、數據中心和邊緣、公共和專用網絡、有線和無線，一直到嵌入式設備的端點。
這就需要提供一個非同構的、分布式的、協調的網絡計算和存儲結構，托管軟件應用，以一致的方式部署在這個結構的任何地方。這將支持在云中進行應用程序和模型的開發，以及跨基礎設施部署這些應用程序和模型。隨著對物理邊界的接近，更嚴格的時間和安全要求，使資源變得更稀缺，通常更分散，能源和位置更敏感，更暴露于物理和網絡安全的威脅之下。實時決策自然會更接近受控的端點，而較慢的優化和學習自然會發生在這個基礎設施的更高層級上。
在嵌入式端點、邊緣和云中的智能需要創建一個層次結構，具有不同時間尺度特征的信息分布和過程循環，并與物理系統交互。同樣，學習和訓練發生在基礎設施的更深處，而用于快速決策的推理模型在端點附近。這種架構創造了一個強大的、適應性的和協作性的網絡空間。這種良性循環的數據收集、分析和反饋可以發生在物理系統的嵌入式計算或者它可以利用計算能力分布在發展中“連續”涉及稱為霧或邊緣計算資源，所有計算資源是可用的。
尤其在工業領域，正在經歷一個向新電子架構的過渡，繼承了在云計算、軟件定義網絡、云存儲和對象數據庫、大數據、軟件部署和編排以及安全等方面所經歷的一些技術進展。新的基礎設施需要在虛擬化、通信和網絡、存儲安全和管理方面的其他創新，以專門解決獨特的邊緣操作需求。
邊緣體系結構一組分布式的、相互連接的非同構虛擬化計算和存儲節點，一個“系統的系統”，一個分布式計算結構，在它上面部署、交互和協調軟件應用程序。這些節點具有關鍵屬性（即時間敏感、可預測、可靠、安全等），接近具有物理端點的接口進程。應用程序滿足不那么關鍵的需求，操作位置更遠離該接口。數據被分布、處理和存儲在這個結構的不同位置。
軟件定義的邊緣
對于軟件定義的分布式邊緣，其基礎組成部分如下：a.計算：任務關鍵型計算在邊緣，支持混合臨界性應用程序，具有很強的安全性。b.數據網絡：時間敏感，可靠的網絡技術，如TSN等。c.數據分發：對時間敏感、可靠的數據分發中間件，包括TSN上的OPCUA和TSN上的DDS。d.數據管理和存儲：數據是關鍵動機和驅動因素，它需要分布式管理、分布式結構化并存儲在文件系統、對象和關系數據庫以及流媒體數據庫中。e.端到端管理和編排：一種通用的軟件部署模型，從云到端點，實現了一個現代的CI/CD軟件生命周期管理。
一旦部署了這種創新的基礎設施，重點應該轉向應用層，特別是建模描述技術，這些技術可能使不斷擴展的社區以更敏捷和更低的成本在操作域中開發、驗證和部署分布式應用程序。
邊緣計算和任務關鍵性邊緣
邊緣計算的關鍵承諾之一是提供新應用程序的托管，如人工智能和數字孿生，靠近物理系統，與運行當今操作的類型監控、控制和監控應用程序緊密集成和增強。
“任務關鍵性”特性必須滿足服務質量（QoS）、可用性、確定性、安全性以及功能安全的要求，以避免生產過程中故障、不可預測的響應、遺漏報警和安全漏洞造成的昂貴代價。虛擬化和管理是軟件定義的邊緣基礎設施推動者，這些技術提供了對多核計算節點上的所有系統資源的分區和監控，并可選地將所有系統資源分配給更關鍵的對象。它們提供了高效和可控的分區間通信，具有實時支持和強大的安全分離，還可以支持安全關鍵應用程序，同時提供動態分配非關鍵資源的選項。最合適的架構是基于分離內核的概念。
數據通信
邊緣網絡的發展中至關重要是數據分發技術。數字孿生和其他形式的模型部署需要從端點到承載模型層次中不同層次的靈活數據分布。時間要求現在可能需要適用于靠近端點的現場總線區域，機器控制領域（工業自動化金字塔中的1級），并擴展到更高的級別，如2級（主管監控和控制），甚至3級。
數據分發旨在從應用程序設計者那里抽象出分發數據的任務，確保數據以及時和可靠的方式接收，并確保接收到的數據可以通過互操作應用程序被理解（語義互操作性）。當前的數據分布標準（OPCUA和DDS），沒有辦法共享一個數據對象的“所有權”跨多個應用程序，需要進一步修改共享數據的協作和分布式模式，同時執行一個公平的排序政策的更新，將保持一致性。
邊緣數據管理和存儲
邊緣計算的關鍵驅動因素之一是需要存儲在邊緣，不斷增長的端點流量和響應優勢來自于存儲數據，處理它并獲得洞見和行動跡象接近數據的來源。流媒體分析、人工智能和邊緣的數字孿生對內存帶寬、延遲和可靠性的要求在存儲技術方面產生了創新。存儲將與HCI一起部署在本地數據中心，或者甚至更接近端點，具有任務關鍵特征的存儲將與操作邊緣、低級控制器上的傳感器、執行器中的網絡以及計算資源相關聯。一般地，SSD適合運行邊緣的環境要求，基于大型DRAM的設計將導致進一步提高邊緣應用程序的性能，并幫助支持更具確定性的工作負載。
邊緣管理和編排
軟件定義的基礎設施，特別是在邊緣，它的可管理性基于了IT中部署的管理功能。基礎設施中各個點的管理和編排功能以及接口提供了硬件設備級別的網絡和存儲配置、虛擬機、容器級別的虛擬化、性能、安全配置和監控級別。可以跨端到端基礎架構部署、監控、更新、內部連接和協調，支持跨整個分布式基礎架構的CI/CD模型。這些強大的功能將降低運營成本，提高效率、性能和安全性，從而實現產品按產品定制或子系統重新利用的動態升級。
一句話小結
應用程序與邊緣基礎設施的托管、互連、執行、存儲和管理，這種解耦與功能強大的軟件定義范式相一致，在需求和功能上緊密交織。這些邊緣是基礎設施的組成部分，它將使更豐富的智能能夠影響物理系統，并有助于它們的有效控制。
