面向工业互联网云网边端协同技术研究.pdfVIP

摘要：

挖掘了工业互联网云网边端协同的价值场景及其整体技术视图，分析了云边协同、

边边协同、边端协同、云网协同等4类主流关键技术，旨在挖掘相关技术趋势及难点，

为运营商赋能工业互联网场景，在计算和网络资源方面提供定制化、差异化的服务保障

建议。

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工业互联网云网边端协同价值场景

工业互联网作为国家制造业转型升级的重要顶层设计之一，推动了传统产业升级优

化；随着工业进程的持续推进，生产过程复杂、业务和设备种类繁多、网络复杂度高等

问题逐渐浮出水面，成为制约产业生态发展的瓶颈。

当前有过半工业企业部署了工业云，旨在实现统一调控、数据监控及设备管理，但

随着工业控制器、工业网关等越来越多的设备接入云端，传统以云为中心的模式不足以

满足对海量设备数据进行实时处理的需求，需要将部分算力在边缘就近处理；其次，在

工业企业长期数字化建设过程中，上下游企业间，存在多种独立的系统，普遍存在跨地

域的情况，此时存在大量异构数据和网络集成的需求；再者，现场设备数据私密安全性

要求极高，常要求数据不能出工业园区，一旦泄密损失不可估量，需要在工业现场处理，

保障本地数据不出场；并且，业界常用的海量数据处理，依赖终端的本地化处理，但这

常受限于终端本身的计算能力、样本空间大小、能耗等因素。

因此，工业企业亟需灵活扁平的新型基础设施架构，将工业系统内外的生产要素连

接起来，让数据流通，并通过数据分析、建模进行各个层面的优化，打通工业现场内外

部自下而上的数据流和自上而下的决策流，形成工业数字化优化闭环，构建多方位数据

协同体系、跨地域计算共享，提供多接入、广覆盖、高性能以及丰富的网络控制环境，

打造满足计算、网络、存储要求的云、网、边、端协同的基础设施底座，是解决当前产

业生态发展瓶颈问题的重要方式之一。

02

工业互联网云网边端整体视图

一般来说“云、网、边、端”的协同架构是以云为中心，网为载体，向边缘节点、现

场设备终端逐层分散延伸；整个架构体系中，自南向北，计算和处理能力逐渐增强，部

署趋于集中化，覆盖范围更广。自北向南，计算能力逐渐降低，部分节点可能只具备信

息收集转发能力而不具备处理能力，部署位置更为灵活和分散，覆盖范围更小，网络时

延要求更低，业务特性更加显著，专一性更强。云、网、边、端协同整体示意图如图1

所示。

图1云、网、边、端协同整体示意图

a)云侧。即中心云，工业互联网云平台，可提供边缘节点管理以及为边缘应用提

供核心业务逻辑处理相关服务，例如AI模型训练、园区设备集中管理等。

b)网侧。支持多种接入方式，例如工业PON以太网、Wi-fi、2G/3G/4G/5G、NBI

OT等。主要存在两大网络连接场景，一是工业互联网企业内网连接，此处按照功能划

分，一般分为园区办公网和生产网络；二是工业互联网企业外网络连接，例如厂区多址

情况下，总部园区与分园区之间跨地域通过广域网连接。

c)边侧。从形态上描述，一般包括边缘云、边缘网关、边缘控制器。

（a）边缘网关。在工业互联网中通过网络连接、协议转换等功能连接物理和数字

世界，提供轻量化的连接管理、实时数据分析及应用管理等边缘计算功能。

（b）边缘控制器。存在于工业制造现场，其在完成工作站或生产线的控制功能基

础上，可基于工业互联网边缘计算技术提升工业设备智能性、适用性、开放性的控制单

元。

（c）边缘云。作为整体架构中核心一环，位于网络边缘侧（即工业生产现场、工

业设备接入点或工业园区内部），向下连接多个边缘网关或边缘控制器等，向上支持与

云平台协作，面向工业场景应用提供基本能力和工业能力的低延时、轻量化的服务器、

云平台或数据中心具备联接性、实时数据采集处理、分布式、安全隐私保护、OT与ICT

的融合性等特点。

d)端侧。包括各种工业现场设备，例如机床、产线、传感器、机器人等，一般可

基于MQTT、Modbus、OPC-UA等协议接入边缘计算节点。

云作为大脑，负责集中计算与全局数据处理；网的架构正朝着服务化和云化方向演

进，容纳更广泛的接入场景，此外作为互联互通手段，连接公有云、私有云和混合云；

边作为中心云的触点延伸，灵活解决近实时业务需求；端侧智能感知，数据采集，是工

业互联网的基础。因此，为实现云、网、边、端协同，围绕边缘侧展开，至少涉及到云

边协同、边边协同、边端协同和云网协同等4种关键技术。

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