SDX是Software Defined X 的縮寫，即軟件定義范式，強(qiáng)調(diào)的是軟件的意義及系統(tǒng)的融合。我們可能需要特別關(guān)注物理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)空間之間的關(guān)鍵邊界、運(yùn)營技術(shù)（OT）和信息技術(shù)（IT）之間的關(guān)鍵邊界技術(shù)，在這些邊界上，需要充分展開具有挑戰(zhàn)性的文化和技術(shù)融合。數(shù)字轉(zhuǎn)型的成功在很大程度上取決于這個(gè)復(fù)雜的融合過程。

數(shù)字轉(zhuǎn)型的主要目標(biāo)之一是將人類和“智能”應(yīng)用到管理、優(yōu)化和控制接觸物理世界的系統(tǒng)。這種智能既來自于人類的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，也來自于物理模型（如數(shù)字孿生）或人工智能模型（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）。這種智能可以托管在所謂的“網(wǎng)絡(luò)空間”資源中，可以通過物理系統(tǒng)感知不斷豐富，并通過某種形式的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用于控制這些物理系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)空間是由巨大的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)組織和管理資源支持的，這些資源通過企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展逐步部署，云和邊緣通信，以及所有部署的運(yùn)營資源。

邊緣的意義

在網(wǎng)絡(luò)空間和物理世界之間有一個(gè)關(guān)鍵的邊界，這被稱為網(wǎng)絡(luò)-物理邊界或操作邊緣。這是信息技術(shù)和運(yùn)營技術(shù)最有意義的融合所在。部署在這個(gè)邊緣上的基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用程序需要滿足關(guān)鍵需求，數(shù)字控制系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)交互的時(shí)間比較敏感，在故障或不可預(yù)測(cè)的情況下，具有巨大的物理和財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。

操作邊緣的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)需要滿足IT世界中不典型的需求，如時(shí)間敏感性和功能安全，以避免故障、不可預(yù)測(cè)的響應(yīng)、錯(cuò)誤報(bào)警和生產(chǎn)過程的安全漏洞，這些可能會(huì)造成昂貴成本，甚至危及生命的安全。

面向邊緣的技術(shù)可能會(huì)帶來以下的收益：

• 實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜更智能的行為預(yù)測(cè)并控制的物理系統(tǒng)。
• 更靈活且更精確地提供這類系統(tǒng)。
• 與維護(hù)和質(zhì)量控制相關(guān)的傳感器對(duì)物理過程的信息解釋。
• 通過對(duì)操作流程的實(shí)時(shí)建模，提高了整體流程效率。
• 實(shí)時(shí)合成數(shù)據(jù)，可能補(bǔ)充人工智能應(yīng)用目的的物理數(shù)據(jù)。

面向邊緣的基礎(chǔ)設(shè)施

面向邊緣的基礎(chǔ)設(shè)施是在高層次上支持分布式網(wǎng)絡(luò)智能和物理系統(tǒng)之間復(fù)雜交互的端到端基礎(chǔ)設(shè)施。這種基礎(chǔ)設(shè)施將利用云中可用的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源池、服務(wù)提供商的邊緣、數(shù)據(jù)中心和邊緣、公共和專用網(wǎng)絡(luò)、有線和無線，一直到嵌入式設(shè)備的端點(diǎn)。

這就需要提供一個(gè)非同構(gòu)的、分布式的、協(xié)調(diào)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，托管軟件應(yīng)用，以一致的方式部署在這個(gè)結(jié)構(gòu)的任何地方。這將支持在云中進(jìn)行應(yīng)用程序和模型的開發(fā)，以及跨基礎(chǔ)設(shè)施部署這些應(yīng)用程序和模型。隨著對(duì)物理邊界的接近，更嚴(yán)格的時(shí)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(wǎng)絡(luò)安全的威脅之下。實(shí)時(shí)決策自然會(huì)更接近受控的端點(diǎn)，而較慢的優(yōu)化和學(xué)習(xí)自然會(huì)發(fā)生在這個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施的更高層級(jí)上。

在嵌入式端點(diǎn)、邊緣和云中的智能需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)層次結(jié)構(gòu)，具有不同時(shí)間尺度特征的信息分布和過程循環(huán)，并與物理系統(tǒng)交互。同樣，學(xué)習(xí)和訓(xùn)練發(fā)生在基礎(chǔ)設(shè)施的更深處，而用于快速?zèng)Q策的推理模型在端點(diǎn)附近。這種架構(gòu)創(chuàng)造了一個(gè)強(qiáng)大的、適應(yīng)性的和協(xié)作性的網(wǎng)絡(luò)空間。這種良性循環(huán)的數(shù)據(jù)收集、分析和反饋可以發(fā)生在物理系統(tǒng)的嵌入式計(jì)算或者它可以利用計(jì)算能力分布在發(fā)展中“連續(xù)”涉及稱為霧或邊緣計(jì)算資源，所有計(jì)算資源是可用的。

尤其在工業(yè)領(lǐng)域，正在經(jīng)歷一個(gè)向新電子架構(gòu)的過渡，繼承了在云計(jì)算、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、云存儲(chǔ)和對(duì)象數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)、軟件部署和編排以及安全等方面所經(jīng)歷的一些技術(shù)進(jìn)展。新的基礎(chǔ)設(shè)施需要在虛擬化、通信和網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)安全和管理方面的其他創(chuàng)新，以專門解決獨(dú)特的邊緣操作需求。

邊緣體系結(jié)構(gòu)一組分布式的、相互連接的非同構(gòu)虛擬化計(jì)算和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)“系統(tǒng)的系統(tǒng)”，一個(gè)分布式計(jì)算結(jié)構(gòu)，在它上面部署、交互和協(xié)調(diào)軟件應(yīng)用程序。這些節(jié)點(diǎn)具有關(guān)鍵屬性（即時(shí)間敏感、可預(yù)測(cè)、可靠、安全等），接近具有物理端點(diǎn)的接口進(jìn)程。應(yīng)用程序滿足不那么關(guān)鍵的需求，操作位置更遠(yuǎn)離該接口。數(shù)據(jù)被分布、處理和存儲(chǔ)在這個(gè)結(jié)構(gòu)的不同位置。

軟件定義的邊緣

對(duì)于軟件定義的分布式邊緣，其基礎(chǔ)組成部分如下：a.計(jì)算：任務(wù)關(guān)鍵型計(jì)算在邊緣，支持混合臨界性應(yīng)用程序，具有很強(qiáng)的安全性。b.數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)：時(shí)間敏感，可靠的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如TSN等。c.數(shù)據(jù)分發(fā)：對(duì)時(shí)間敏感、可靠的數(shù)據(jù)分發(fā)中間件，包括TSN上的OPC UA和TSN上的DDS。d.數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)：數(shù)據(jù)是關(guān)鍵動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)因素，它需要分布式管理、分布式結(jié)構(gòu)化并存儲(chǔ)在文件系統(tǒng)、對(duì)象和關(guān)系數(shù)據(jù)庫以及流媒體數(shù)據(jù)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)代的CI/CD軟件生命周期管理。

一旦部署了這種創(chuàng)新的基礎(chǔ)設(shè)施，重點(diǎn)應(yīng)該轉(zhuǎn)向應(yīng)用層，特別是建模描述技術(shù)，這些技術(shù)可能使不斷擴(kuò)展的社區(qū)以更敏捷和更低的成本在操作域中開發(fā)、驗(yàn)證和部署分布式應(yīng)用程序。

邊緣計(jì)算和任務(wù)關(guān)鍵性邊緣

邊緣計(jì)算的關(guān)鍵承諾之一是提供新應(yīng)用程序的托管，如人工智能和數(shù)字孿生，靠近物理系統(tǒng)，與運(yùn)行當(dāng)今操作的類型監(jiān)控、控制和監(jiān)控應(yīng)用程序緊密集成和增強(qiáng)。

“任務(wù)關(guān)鍵性”特性必須滿足服務(wù)質(zhì)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(chǎn)過程中故障、不可預(yù)測(cè)的響應(yīng)、遺漏報(bào)警和安全漏洞造成的昂貴代價(jià)。虛擬化和管理是軟件定義的邊緣基礎(chǔ)設(shè)施推動(dòng)者，這些技術(shù)提供了對(duì)多核計(jì)算節(jié)點(diǎn)上的所有系統(tǒng)資源的分區(qū)和監(jiān)控，并可選地將所有系統(tǒng)資源分配給更關(guān)鍵的對(duì)象。它們提供了高效和可控的分區(qū)間通信，具有實(shí)時(shí)支持和強(qiáng)大的安全分離，還可以支持安全關(guān)鍵應(yīng)用程序，同時(shí)提供動(dòng)態(tài)分配非關(guān)鍵資源的選項(xiàng)。最合適的架構(gòu)是基于分離內(nèi)核的概念。

數(shù)據(jù)通信

邊緣網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中至關(guān)重要是數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)。數(shù)字孿生和其他形式的模型部署需要從端點(diǎn)到承載模型層次中不同層次的靈活數(shù)據(jù)分布。時(shí)間要求現(xiàn)在可能需要適用于靠近端點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線區(qū)域，機(jī)器控制領(lǐng)域（工業(yè)自動(dòng)化金字塔中的1級(jí)），并擴(kuò)展到更高的級(jí)別，如2級(jí)（主管監(jiān)控和控制），甚至3級(jí)。

數(shù)據(jù)分發(fā)旨在從應(yīng)用程序設(shè)計(jì)者那里抽象出分發(fā)數(shù)據(jù)的任務(wù)，確保數(shù)據(jù)以及時(shí)和可靠的方式接收，并確保接收到的數(shù)據(jù)可以通過互操作應(yīng)用程序被理解（語義互操作性）。當(dāng)前的數(shù)據(jù)分布標(biāo)準(zhǔn)（OPC UA和DDS），沒有辦法共享一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象的“所有權(quán)”跨多個(gè)應(yīng)用程序，需要進(jìn)一步修改共享數(shù)據(jù)的協(xié)作和分布式模式，同時(shí)執(zhí)行一個(gè)公平的排序政策的更新，將保持一致性。

邊緣數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)

邊緣計(jì)算的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素之一是需要存儲(chǔ)在邊緣，不斷增長的端點(diǎn)流量和響應(yīng)優(yōu)勢(shì)來自于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，處理它并獲得洞見和行動(dòng)跡象接近數(shù)據(jù)的來源。流媒體分析、人工智能和邊緣的數(shù)字孿生對(duì)內(nèi)存帶寬、延遲和可靠性的要求在存儲(chǔ)技術(shù)方面產(chǎn)生了創(chuàng)新。存儲(chǔ)將與HCI一起部署在本地?cái)?shù)據(jù)中心，或者甚至更接近端點(diǎn)，具有任務(wù)關(guān)鍵特征的存儲(chǔ)將與操作邊緣、低級(jí)控制器上的傳感器、執(zhí)行器中的網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算資源相關(guān)聯(lián)。一般地，SSD適合運(yùn)行邊緣的環(huán)境要求，基于大型DRAM的設(shè)計(jì)將導(dǎo)致進(jìn)一步提高邊緣應(yīng)用程序的性能，并幫助支持更具確定性的工作負(fù)載。

邊緣管理和編排

軟件定義的基礎(chǔ)設(shè)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(chǔ)設(shè)施中各個(gè)點(diǎn)的管理和編排功能以及接口提供了硬件設(shè)備級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)配置、虛擬機(jī)、容器級(jí)別的虛擬化、性能、安全配置和監(jiān)控級(jí)別?？梢钥缍说蕉嘶A(chǔ)架構(gòu)部署、監(jiān)控、更新、內(nèi)部連接和協(xié)調(diào)，支持跨整個(gè)分布式基礎(chǔ)架構(gòu)的CI/CD模型。這些強(qiáng)大的功能將降低運(yùn)營成本，提高效率、性能和安全性，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品按產(chǎn)品定制或子系統(tǒng)重新利用的動(dòng)態(tài)升級(jí)。

一句話小結(jié)

應(yīng)用程序與邊緣基礎(chǔ)設(shè)施的托管、互連、執(zhí)行、存儲(chǔ)和管理，這種解耦與功能強(qiáng)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(chǔ)設(shè)施的組成部分，它將使更豐富的智能能夠影響物理系統(tǒng)，并有助于它們的有效控制。