“邊緣計算+”賦能數字鄉村建設的現狀、場景與趨勢研究*

薛心怡 ，周 杰

（1.貴州大學馬克思主義學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學圖書館，貴州 貴陽 550025）

數字鄉村建設是鄉村振興的戰略方向，也是推進數字中國建設的重要內容。如何發揮信息化的驅動作用，利用數字技術實現鄉村數字化建設邁出新步伐是重要的議題。《“十四五”國家信息化規劃》指出，到2025 年，數字中國建設取得決定性進展，信息化發展水平大幅躍升，數字技術創新體系基本形成[1]。同時，隨著新型基礎設施建設的持續推進，以數字技術的創新應用為開端，實現鄉村生產數字化、文化數字化、治理數字化、生態數字化，實現農民生活數字化、數字素養與技能提升，為數字鄉村建設與發展提供了基礎保障，起到了推動作用。但在新型基礎設施推動鄉村數字化建設過程中，因數字技術的單一性造成新型基礎設施實際應用還面臨諸多問題。為有效發揮新一代技術在鄉村數字化建設中的優勢，應利用邊緣計算技術基礎賦能平臺的角色，實現“邊緣計算+”的“數據+算法+算力”融合[2]，實現數字鄉村網絡化、系統化、平臺化建設。

1 數字鄉村建設新技術應用現狀

《“十四五”信息通信行業發展規劃》指出，要建設新型數字基礎設施，構建以技術創新為驅動、以新一代通信網絡為基礎、以數據和算力設施為核心、以融合基礎設施為突破的新型數字基礎設施體系。尤其是5G、物聯網等新一代技術在經濟發展中的比重。鄉村數字化建設離不開技術支撐，更要依賴于技術的創新應用。通過對相關文獻資源的梳理，發現新技術在數字鄉村中的應用主要在農業物聯網平臺、智慧農業物聯網現代物流園等方面，具體如表1 所示。

表1 數字鄉村中新技術的主要應用

以“5G+數字鄉村”為例：1）鄉村治理方面，姜英結合5G數字技術優勢，從智慧治理網格化、普惠治理均等化、人才培養素養化等方面探討鄉村治理的可能性[3]，在一定程度上給予鄉村治理新的路徑。昌雋如提出利用5G構建虛擬農業服務平臺[4]，借助虛擬技術實現對農業數字化改造。2）文化方面，唐琳以5G 為技術支撐，提出用5G 實現對非遺文化的數字化革新，實現非遺“重生”，并以5G 為平臺，構建數字化文化產業鏈[5]，以鏈為基，以鏈為新，實現對特色文化資源的保護、傳承與共享。3）系統構建方面，朱宏等借助“5G+云原生”技術，從基礎感知層、中間層、應用層、展現層四個方面[6]，規劃符合數字鄉村發展的全生命周期應用服務系統，滿足了數字鄉村建設需求。

以“物聯網+數字鄉村”為例：未來農業農村物聯網建設將加速推進形成全面感知、泛在連接、安全可信的鄉村物聯網感知體系，實現數字鄉村自動化連接、智能化流通、平臺化共享，暢通移動互聯下的鄉村公共文化服務供給渠道[7]，為實現鄉村數字孿生奠定基礎。

以“區塊鏈+數字鄉村”為例：能夠實現對農業眾籌，開拓新零售模式，收獲新的數字經濟形式，構建農業聯盟鏈（供應鏈、合作鏈、產業鏈），將有效助力精準脫貧[8]。

以“邊緣計算+數字鄉村”為例：1）發揮其靠近端側的技術優勢，為各類新技術提供端側存儲與計算能力；2）通過將各類技術“邊緣平臺化”，實現各類邊緣服務能力升級，由此發揮“邊緣計算+”的技術融合優勢，解決因差異化引起的計算與服務需求，實現與數字鄉村互相融合協同創新。

2 “邊緣計算+”在數字鄉村建設中應用的可行性

2.1 優化信息基礎設施建設

在鄉村信息基礎設施建設中，需要發揮新技術優勢并融合各類新技術優勢，從網絡、算力、平臺方面提升鄉村基礎設施內容厚度。邊緣計算為新一代ICT技術的實際應用提供了必要的“云、邊、端”一體多樣的算力能力，邊緣計算基于自身的低時延、大帶寬優勢滿足邊緣所需處理需求，并具備云端總調度、端側協同處理能力。新技術在邊緣計算的基礎支撐下、實現與邊緣計算的融合創新，將發揮“邊緣計算+”在鄉村數字化建設中的最大優勢，全面拓展農業農村各領域各模塊借助“邊緣計算+”迎合平臺創新、產業創新、治理創新。

2.2 滿足差異化需求

利用“邊緣計算+”技術融合創新平臺，融合創新模式。在“邊緣計算+5G+云計算”方面，邊緣計算充分結合5G 三大技術優勢，在高通量的環境下云端處理能力下沉至邊緣端，有效滿足邊緣端實時性處理需求，如農業示范共享平臺。在“邊緣計算+AI+物聯網”方面，通過人工智能技術與邊緣計算的融合，使AI 算法嵌入到邊緣計算設備上，有效緩解與云端互通損失的網絡帶寬，從而保證數據處理的實時性、本地性，如農場遠程監控。在“邊緣計算+5G+區塊鏈”方面，以5G 大連接為前提，區塊鏈服務可以利用邊緣計算的端側能力獲取資源與計算能力，而邊緣側可借助區塊鏈保障可信的數據信息。

2.3 增設數據保護壁壘

以“邊緣計算+”方式架設數據防護層，以用戶為主體，建立防護金字塔，上層為云端，儲存大容量，處理結構復雜性數據；中層為邊緣端，儲存計算資源，處理內容復雜性數據，邊緣端算力中心起到上聯下達的作用；下層為用戶端或移動端，儲存用戶即時數據，處理隱私數據。利用5G 高速率，加之邊緣計算低延遲技術特點，實現用戶端數據脫敏處理，并配以數字鄉村平臺全網絡流量可視化監測系統，可防止因遭受DDOS 攻擊（分布式拒絕服務攻擊）導致數據流動過程中被竊取的風險，同時從用戶端改變數據上傳后遭遇泄露的心理抵抗，達到最底層數據防護的作用，以此緩解5G 網絡應用后帶給農業農村數字化建設的安全風險。

3 “邊緣計算+”助力數字鄉村發展

依據邊緣計算產業聯盟（ECC）對于邊緣計算的產業分析發現，邊緣計算在具備實時性、分布性、外延性等技術優勢外[9]，單一技術應用尚存不足，若能融合各類技術，發揮各自技術優勢，應用于數字鄉村中，將能夠發揮“邊緣計算+”融合創新平臺最大優勢。

3.1 “邊緣計算+5G+云計算”

邊緣計算與5G 的融合能夠發揮彼此最大的互補優勢，依托5G 的高帶寬、低時延、大連接，計算下沉于邊緣端的更多應用場景將被解鎖。在數字鄉村建設中，借助邊緣計算、5G 與云計算能夠滿足監測、展示、測試等場景需求。在農業農村數字化實施中，可借助邊緣計算、5G 與云計算構建農業示范共享平臺，將更多優質的、成熟的農業農村應用成果共享借鑒，發揮點到面的全面聯動。如在安裝于各處的傳感器及視頻獲取點的基礎上，通過邊緣中臺接入各模塊源數據，上傳至集控中心，對內做數據存儲及分析對比、對外解析異構問題并協同共享示范點優質資源，真實展示農業管理過程中的各類信息；借助云計算龐大的計算存儲優勢，提供全套的模型測試方案，為決策中心輸送更加智能化的設備管理方案、更精準化的農業信息分析方案、更及時性的預警管理方案。

3.2 “邊緣計算+AI+物聯網”

物聯網基礎設施大規模完善階段，智能終端設備急速增長，本地計算能力需求日益旺盛，通過融入邊緣計算可以有效提升端側場景能力，并借助AI 增強算法能力，應對更加多元的數據形態。基于此，利用邊緣AI 與物聯感知能力，可實現對農場遠程監控。1）可視化管理。針對位置偏遠影響因素，農場實時監測、實時數據展示是管理的核心，通過邊緣設備對數據的收集，經由邊緣AI 做算法分析、模型測算、上報決策中心，制定不同場景下的可視化呈現。2）物聯感知。智能設備的增加需要異構性到集群性再到聯動性的改變，異構設備的有效串接轉化為聯動管理是物聯感知的最終目標，是由點到面的覆蓋，能夠滿足農場不同場景下的設備聯動、數據流通、要素共享。

3.3 “邊緣計算+5G+區塊鏈”

目前，區塊鏈技術在農業農村領域的應用場景主要以溯源、增信、存證為主[10]，受應用場景單一、使用成本較高等因素限制，該技術在農業農村領域的融合應用整體較少。但邊緣計算的融入為區塊鏈技術賦予了新的應用可能性。一是區塊鏈服務下的場景節點能夠基于邊緣計算獲得端側的算力資源與低時延能力，二是運行在邊緣上的端側設備能夠利用區塊鏈的智能合約能力實現可信數據安全存儲與可信數據共享。基于兩種技術天然的融合性，在5G大連接的支持下，以邊緣計算與區塊鏈技術為支撐，實現對鄉村旅游的智慧巡檢，為設備日常巡檢及后期巡檢數據提供更加穩定的全過程追溯，確保巡檢數據的真實性和可靠性。基于可信巡檢數據的分析和處理，能夠支持鄉村旅游在數據上的可信流通，解決旅游業務真實數據中的偽數據，保障鄉村旅游在日常的人流控制、偏好決策、統計分析、興趣點改造等方面的創新優化。

4 “邊緣計算+”賦能數字鄉村智慧化

4.1 “一體化”智慧鄉村綜合管理平臺

“邊緣計算+”作為技術融合的能力底座，將為數字鄉村諸多應用提供一體化的資源保障方案，為最終受益者提供一體化的服務體驗，為鄉村治理提供一體化的決策支持，為數字鄉村的智慧化延伸添磚加瓦，是構建一體化智慧鄉村綜合管理平臺的核心。“邊緣計算+”融合基礎設施共建共享，將縮小運營成本，是滿足國家總體發展戰略的需要，是實現可持續綠色發展的關鍵部署。“邊緣計算+”的技術融合架構，將為解決異構性問題帶來的困擾提供服務能力。在實現智慧鄉村一體化綜合管理基礎上，“邊緣計算+”將在融合數據、算力、算法的基礎上，提供個性化的數據感知、場景感知、流通感知、智能感知、安全感知能力。

4.2 “云邊端”智慧鄉村數據要素協同發展

《中國數據要素市場發展報告（2021—2022）》中指出，數據要素對2021 年GDP 增長的貢獻率和貢獻度分別為14.7%和0.83%，足以說明數據要素的有效流通在經濟發展中的作用與地位。數據要素應在解放和發展數字化生產力上，以數據要素價值流通為本，以信息化工具、智能化設備、智慧化手段引領驅動農業農村現代化建設，統籌推進數字鄉村向智慧鄉村的轉型發展，助力鄉村振興。發揮“邊緣計算+”的優勢，主要表現在，端側分布式采集源數據，并按照規則與數據模型分析處理后上傳至邊緣數據中心，經由中心整理上傳至云端，云端提供數據海量存儲與關聯分析，“云邊端”的數據協同，將有效支持數據的可控有序流通，一定程度上解決了底層基礎架構的差異性和復雜性，壯大了數據要素的流轉路徑，提供了最佳運行效率的數據要素協同發展環境。

4.3 “智慧化”傳承鄉村優秀文化

鄉村文化設施和內容數字化改造工程是國家推進鄉村文化數字化戰略的重要內容。如何利用數字化手段保存鄉村優秀傳統文化、利用智慧化模式傳播鄉村優秀傳統文化，是鄉村文化振興的首要前提。“邊緣計算+”融合創新平臺能夠為“云上民族村寨工程”的實施增加優質力量。“邊緣計算+”通過依托各類技術，能夠在近底層、近端側發揮實時高可靠、高帶寬、大連接優勢，為“云上民族村寨工程”的數據平臺建設與信息管理系統的建立提供底層支撐，保障平臺有效運行，為智慧化傳承鄉村優秀文化提供全場景、全方位、全流程的增值服務。