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你真的了解邊緣設備嗎?學習邊緣計算技能需求

454398 ? 來源:控制工程網 ? 作者:Josh Eastburn ? 2020-10-24 11:37 ? 次閱讀

信息技術(IT)和運營技術(OT)領域正在不斷碰撞和融合。工業領域正在加大對大型和小型運營設備和資產的投入,以使數據更加豐富,并將其用于加速運營和解決復雜的現場問題。這種轉變背后的一個關鍵趨勢,是面向邊緣的、而不是集中式或分層模型的自動化系統設計,這通常被稱為邊緣計算。

你真的了解邊緣設備嗎?

首先要了解的是,邊緣計算并不是憑空發展的,實際上,它并不是指單一技術。邊緣計算與更廣的架構概念——分布式計算相關,它的計算資源分布在整個系統中,而不是集中在主控制器或應用程序中。分布式控制系統DCS)工程師在實際工作中已經應用到這種概念。

然而,邊緣計算并不是DCS系統的演變,而是追溯到2000年代初構成互聯網的全球分布式網絡。大型集中式網絡面臨著帶寬受限和延遲的固有問題。為了提高響應能力,需要將資源轉移到在地理位置上更靠近需要它們的區域,這看起來更有意義。

同時,智能設備的激增以及物聯網IoT)的發展,有更多的本地計算資源和服務可資利用。隨著網絡融合的發展和工業物聯網(IIoT)的出現,在工業領域出現了同樣的趨勢。與DCS系統相比,面向邊緣的系統更加分散,可用于數據處理、存儲和連接。這些功能正被推向更接近自動化網絡最低層的位置——實際傳感和控制發生的地方。這就是邊緣計算中所謂的“邊緣”。根據討論的范圍,網絡邊緣可以被視為連接網絡“最后一公里”中的任何元素,并且最好被認為是有別于位于網絡核心或云中的資源。

Opto22的groovEPIC是傳統工業控制器向邊緣控制器的發展。圖片來源:Opto22

“邊緣設備”可以指智能現場設備,例如變送器、可編程邏輯控制器(PLC)和可編程自動化控制器(PAC),也可以指連接各種網絡部件或橋接不同網絡的邊緣網關,例如協議轉換器、路由器和工業PC。類似的邊緣設備,正越來越多地參與到過程數據的匯總和規范化中。

數據規范化是指重新格式化數據、添加元數據,消除異常值和填補空白的過程,以便核心系統和數據庫可以使用統一的數據格式。隨著更多的、可能是異構的設備和協議(例如傳統的現場總線與OPC數據,來自云的JSON和新的智能無線格式數據混合在一起等),大規模地產生和傳輸數據,這一點變得非常重要。邊緣設備通過在現場對數據進行預處理,消除無關數據,減少對網絡帶寬和核心處理能力的需求來提供幫助。

工業邊緣計算已經超越了提高資源利用率的范疇。借助功能更強大的工業邊緣設備,我們可以為過程帶來新的價值提升,例如為本地過程托管可視化、數據庫、通信或應用服務器的功能,從而減少了對高維護PC的依賴并加強了IT集成。

Node-RED是一種流行的物聯網連接工具,可輕松在邊緣共享數據。

學習邊緣計算技能

通過設計,邊緣計算體系結構融合了以前相互隔離的功能和技術。對于OT專家而言,利用這一轉變可能需要發展新的技能。邊緣計算的高級技能,包括系統設計、網絡連接、數據庫專業知識和安全性。下面列出一些發展這些技能的需求。

1.系統設計。設計面向邊緣的系統,需要有人了解所有設備是如何融合在一起的。邊緣設備、計算機網絡和軟件系統,均具有特定的資源限制,并且其交互的質量將提高或降低總體系統的有效性。當數據跨域傳輸時,互操作性成為一個更大的問題。了解常見的數據交換格式(例如JSON),以及如何在多設備之間協作來高效地處理和組織數據是很有幫助的。這些因素決定了系統的屬性,例如可擴展性。在未來10年內,隨著向IIoT集成的邁進,這些屬性將變得越來越重要。

2.網絡連接。通過更有效地利用網絡資源,邊緣計算提高了IT/OT系統的性能。因此,在使用邊緣計算系統時,如果工程師能夠了解如何衡量和管理計算機網絡的性能,將大有裨益。添加多個邊緣設備,會產生大量數據,可能會使通訊變緩而導致網絡阻塞。如果設計得當,它可以提高現場響應速度,同時減少核心資源的使用量。采用高效的通信協議,例如消息隊列遙測傳輸(MQTT),可以進一步減少對帶寬的需求。其它因素諸如可擴展性和容錯性,在網絡設計或設備和通信協議的選擇中也起到一定的作用。

3.數據庫專業知識。在IT和OT系統中,數據庫對于數據存儲、分發和分析非常重要。邊緣計算使它們之間的聯系更多、更緊密,這就需要OT專家了解有關數據庫的設計方式以及與之交互的方式。數據庫的安全性和效率,可能會受到傳入數據的質量,以及處理頻率和類型的負面影響。專用軟件包括一個開源物聯網連接工具,有助于邊緣設備、數據庫和云服務之間的數據共享,以及能夠簡化工業應用數據庫連接的其他軟件工具。

4.安全性。在控制網絡中,如果能夠多點存儲、訪問和管理數據,那么就不能想當然的認為:從物理和網絡的角度看,控制系統都是安全的。使用這類網絡的工程師,必須熟悉潛在的風險以及緩解這些風險的工具。工程師需要了解防火墻等網絡安全設備的功能和實現,以及身份驗證、加密和認證等數據保護功能。他們還應能夠在將新設備和應用引入到網絡之前,對其進行安全評估。

不要忽視邊緣計算的必然性,或任何有助于IT/OT集成以及向IIoT過渡的技術。由于日常設備的功能變得越來越強大,這就要求工程師用其做更多的事情。這是工程師面對的發展趨勢,他們會發現更多利用所學知識為內部和外部客戶創造價值的機會。未來幾年內,在發展新知識、技能和連接方面投資的工程師,將會發現機遇的大門向他們敞開。 (作者:Josh Eastburn)
編輯:hfy

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