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你真的了解边缘计算吗?——掌握边缘计算必需具备的4项技能

来源:控制工程网2020.10.09阅读 2996

  信息技术(IT)和运营技术(OT)领域正在不断碰撞和融合。工业领域正在加大对大型和小型运营设备和资产的投入,以使数据更加丰富,并将其用于加速运营和解决复杂的现场问题。这种转变背后的一个关键趋势,是面向边缘的、而不是集中式或分层模型的自动化系统设计,这通常被称为边缘计算
  你真的了解边缘设备吗?
  首先要了解的是,边缘计算并不是凭空发展的,实际上,它并不是指单一技术。边缘计算与更广的架构概念——分布式计算相关www.cechina.cn,它的计算资源分布在整个系统中,而不是集中在主控制器或应用程序中。分布式控制系统(DCS)工程师在实际工作中已经应用到这种概念。
  然而,边缘计算并不是DCS系统的演变,而是追溯到2000年代初构成互联网的全球分布式网络。大型集中式网络面临着带宽受限和延迟的固有问题。为了提高响应能力,需要将资源转移到在地理位置上更靠近需要它们的区域,这看起来更有意义。
  同时,智能设备的激增以及物联网(IoT)的发展,有更多的本地计算资源和服务可资利用。随着网络融合的发展和工业物联网(IIoT)的出现www.cechina.cn,在工业领域出现了同样的趋势。与DCS系统相比,面向边缘的系统更加分散,可用于数据处理、存储和连接。这些功能正被推向更接近自动化网络最低层的位置——实际传感和控制发生的地方。这就是边缘计算中所谓的“边缘”。根据讨论的范围,网络边缘可以被视为连接网络“最后一公里”中的任何元素,并且最好被认为是有别于位于网络核心或云中的资源。

Opto22的groovEPIC是传统工业控制器向边缘控制器的发展。图片来源:Opto22

  “边缘设备”可以指智能现场设备,例如变送器、可编程逻辑控制器(PLC)和可编程自动化控制器(PAC),也可以指连接各种网络部件或桥接不同网络的边缘网关,例如协议转换器、路由器和工业PC。类似的边缘设备,正越来越多地参与到过程数据的汇总和规范化中。
  数据规范化是指重新格式化数据、添加元数据,消除异常值和填补空白的过程,以便核心系统和数据库可以使用统一的数据格式。随着更多的、可能是异构的设备和协议(例如传统的现场总线与OPC数据www.cechina.cn,来自云的JSON和新的智能无线格式数据混合在一起等),大规模地产生和传输数据,这一点变得非常重要。边缘设备通过在现场对数据进行预处理,消除无关数据,减少对网络带宽和核心处理能力的需求来提供帮助。
  工业边缘计算已经超越了提高资源利用率的范畴。借助功能更强大的工业边缘设备,我们可以为过程带来新的价值提升www.cechina.cn,例如为本地过程托管可视化、数据库、通信或应用服务器的功能,从而减少了对高维护PC的依赖并加强了IT集成。

Node-RED是一种流行的物联网连接工具,可轻松在边缘共享数据。

  学习边缘计算技能
  通过设计,边缘计算体系结构融合了以前相互隔离的功能和技术。对于OT专家而言,利用这一转变可能需要发展新的技能。边缘计算的高级技能,包括系统设计、网络连接、数据库专业知识和安全性。下面列出一些发展这些技能的需求。
  1.系统设计。设计面向边缘的系统,需要有人了解所有设备是如何融合在一起的。边缘设备、计算机网络和软件系统,均具有特定的资源限制,并且其交互的质量将提高或降低总体系统的有效性。当数据跨域传输时,互操作性成为一个更大的问题。了解常见的数据交换格式(例如JSON),以及如何在多设备之间协作来高效地处理和组织数据是很有帮助的。这些因素决定了系统的属性,例如可扩展性。在未来10年内,随着向IIoT集成的迈进,这些属性将变得越来越重要。
  2.网络连接。通过更有效地利用网络资源,边缘计算提高了IT/OT系统的性能。因此,在使用边缘计算系统时,如果工程师能够了解如何衡量和管理计算机网络的性能,将大有裨益。添加多个边缘设备,会产生大量数据,可能会使通讯变缓而导致网络阻塞。如果设计得当,它可以提高现场响应速度,同时减少核心资源的使用量。采用高效的通信协议,例如消息队列遥测传输(MQTT),可以进一步减少对带宽的需求。其它因素诸如可扩展性和容错性,在网络设计或设备和通信协议的选择中也起到一定的作用。
  3.数据库专业知识。在IT和OT系统中,数据库对于数据存储、分发和分析非常重要。边缘计算使它们之间的联系更多、更紧密,这就需要OT专家了解有关数据库的设计方式以及与之交互的方式。数据库的安全性和效率,可能会受到传入数据的质量,以及处理频率和类型的负面影响。专用软件包括一个开源物联网连接工具,有助于边缘设备、数据库和云服务之间的数据共享,以及能够简化工业应用数据库连接的其他软件工具。
  4.安全性。在控制网络中,如果能够多点存储、访问和管理数据,那么就不能想当然的认为:从物理和网络的角度看,控制系统都是安全的。使用这类网络的工程师,必须熟悉潜在的风险以及缓解这些风险的工具。工程师需要了解防火墙等网络安全设备的功能和实现,以及身份验证、加密和认证等数据保护功能。他们还应能够在将新设备和应用引入到网络之前,对其进行安全评估。
  不要忽视边缘计算的必然性,或任何有助于IT/OT集成以及向IIoT过渡的技术。由于日常设备的功能变得越来越强大,这就要求工程师用其做更多的事情。这是工程师面对的发展趋势,他们会发现更多利用所学知识为内部和外部客户创造价值的机会。未来几年内,在发展新知识、技能和连接方面投资的工程师控制工程网版权所有,将会发现机遇的大门向他们敞开。 (作者:Josh Eastburn) 

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