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  • 如何为应用选择最佳的边缘设备?
  • 发布时间:2020-11-10 来源:控制工程网
  •   无论我们是否意识到,大多数人每天都在使用边缘计算。一个典型的例子是使用手机的语音识别功能询问Siri或Cortana。由于语言处理需要大量的计算能力,因此手机首先会进行一些初始处理,减少流向服务器的数据,进而减轻服务器的负担。如果所有处理都在手机上执行,则会耗费手机的资源。
      在云端处理数据,可以腾出用户的手机来执行其它任务,并允许谷歌和苹果这样的公司更新和改进该软件。如果手机在将数据发送到云端之前,没有进行任何预处理,则可能会导致网络和服务器瘫痪。类似模型在工业应用中也适用。
      边缘设备在局域网的边缘端运行,并提供工厂车间控制系统与外部网络之间的接口。它们充当控制系统与云服务器或远程计算机之间的桥梁,处理控制系统与服务器之间的数据。在边缘设备上执行数据计算,可减少控制系统和远程服务器所需的流量和处理能力。

    边缘设备在局域网的边缘运行,并桥接控制系统和云服务器或远程计算机,在控制系统和服务器之间处理数据。图片来源:Martin CSI

      用户可以在不中断控制系统的情况下更新边缘设备上的功能。边缘设备还可以提供“防火墙”或“气隙”,将控制设备与公共网络隔离开来,以提高安全性。如果存在网络延迟甚至网络中断,边缘设备还可以缓冲数据。如果发生这种情况,边缘设备可以存储数据,直到恢复网络连接为止。
      要问的6个边缘计算问题
      思考以下6个问题,以确定边缘设备是否适合某个应用:
      1.是否需要从控制系统收集历史数据?
      2.如果需要收集数据,将数据存储在中央位置是否有好处?是否可以将这些数据用于报告、停机时间分析、预测性维护或库存跟踪?
      3.控制系统是否需要与外部网络,例如工厂网络、业务系统或因特网接口?
      4.控制系统是否从外部网络接收信息,例如库存、配方和批处理系统?
      5.添加移动设备或诸如报警通知的功能有好处吗?
      6.是否可以从执行“关键任务”的控制系统中卸载不必要的功能?例如,图像处理和配方管理等功能可以移至非生产型计算机吗?
      如果对多个问题的回答为“是”,则边缘设备可能非常适合该应用。
      使用边缘设备的好处
      通常来说,使用边缘设备可以为企业带来如下几个方面的的好处。
      共享数据:边缘设备接口允许控制系统与外部系统共享数据。边缘设备可以充当网桥或协议转换器,使旧设备可与其它设备和网络接口。以太网IP设备可以与外部网络连接,而无需修改现有网络或更改IP地址。
      改善安全性:边缘设备在控制系统和外部网络之间提供了安全层。边缘设备可提供“防火墙”以帮助保护控制系统。同时,还可以提供安全监控和访问控制。
      提升处理和网络性能:将非关键功能移至边缘设备,可使控制系统“专注”于最重要的任务。边缘设备为关键任务功能释放了更多的内存和处理能力。可以更新和修改在边缘设备上运行的非关键功能,而不会中断生产。
      此外,边缘设备会减轻网络拥堵的情况以及网络中断的影响。边缘设备上的基本数据处理可以帮助减少网络流量。在边缘设备上缓冲数据可以减少网络问题的影响。边缘设备还可以将数据转换为“轻量级”消息传递协议,例如MQTT,从而减少带宽并提高效率。

    用户与Siri或Cortana之类的AI对话,实际上就是参与了边缘计算,只是他们没有意识到这一点而已。

      评估后的步骤
      评估之后,用户需要询问如何为应用选择最佳的边缘设备。需要哪些功能?应将边缘设备的这3个核心考量因素放在首位。
      ●功能:控制系统应在有或没有边缘设备的情况下正常运行。在查看需要配置在边缘设备中的功能时,需要明确一个问题:“如果边缘设备已关闭,该过程是否仍可靠地运行?”答案应该是肯定的。
      ●安全性:边缘设备应限制从外部网络直接访问控制系统。边缘设备可以提供一种隔离控制系统的方法,同时仍然允许数据在两个方向上流动。
      ●性能:对于性能,用户需要思考以下问题:控制系统正在处理大量传入或传出数据吗?如果是这样,请考虑让边缘设备处理此数据。云或远程服务器中正在执行哪些数据处理?如果移动到边缘设备,则通过网络发送的数据量将减少。
      边缘设备可以是任何设备,从相对简单、低成本的设备到工业PC。影响边缘设备的因素,更多的可能是来自位置和使用方式,而不是实际的硬件。边缘设备可以做的不仅仅是这些核心功能,它们可以帮助基本应用成为面向未来的应用。增强的功能包括:
      ●执行逻辑和数学计算。
      ●充当HMI和主机屏幕。
      ●充当以太网交换机,并托管交换机和路由器中的功能。网络地址转换(NAT)。
      ●边缘设备可促进工业物联网(IIoT)/工业4.0功能,并允许用户执行这些功能。包括:协议转换。例如,网络流量从Modbus TCP/IP、CIP和Profinet协议转换为MQTT;运行与远程服务器或云端运行软件直接接口的应用程序和API;运行诸如Linux或微软Windows之类的操作系统,允许用户安装商用软件;提供附加的防火墙和网络安全以及诊断功能;运行结构化查询语言(SQL)数据库。
      虽然核心功能可以在大多数边缘设备中找到,但增强的功能将为应用的未来发展提供空间。
      选择边缘设备并确定其使用方式取决于具体应用和客户需求。当一个边缘设备被正确地选择和配置时,其结果将是一个具有改进性能、更高安全性和更高可维护性的控制系统。最重要的是,它为那些从中受益最多的人提供了有意义的信息。(作者:Nate Kay)

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