你真的了解邊緣設(shè)備嗎？學習邊緣計算技能需求

信息技術(shù)（IT）和運營技術(shù)（OT）領(lǐng)域正在不斷碰撞和融合。工業(yè)領(lǐng)域正在加大對大型和小型運營設(shè)備和資產(chǎn)的投入，以使數(shù)據(jù)更加豐富，并將其用于加速運營和解決復雜的現(xiàn)場問題。這種轉(zhuǎn)變背后的一個關(guān)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(tǒng)設(shè)計，這通常被稱為邊緣計算。

你真的了解邊緣設(shè)備嗎？

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

然而，邊緣計算并不是DCS系統(tǒng)的演變，而是追溯到2000年代初構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)的全球分布式網(wǎng)絡(luò)。大型集中式網(wǎng)絡(luò)面臨著帶寬受限和延遲的固有問題。為了提高響應(yīng)能力，需要將資源轉(zhuǎn)移到在地理位置上更靠近需要它們的區(qū)域，這看起來更有意義。

同時，智能設(shè)備的激增以及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展，有更多的本地計算資源和服務(wù)可資利用。隨著網(wǎng)絡(luò)融合的發(fā)展和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的出現(xiàn)，在工業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了同樣的趨勢。與DCS系統(tǒng)相比，面向邊緣的系統(tǒng)更加分散，可用于數(shù)據(jù)處理、存儲和連接。這些功能正被推向更接近自動化網(wǎng)絡(luò)最低層的位置——實際傳感和控制發(fā)生的地方。這就是邊緣計算中所謂的“邊緣”。根據(jù)討論的范圍，網(wǎng)絡(luò)邊緣可以被視為連接網(wǎng)絡(luò)“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(wǎng)絡(luò)核心或云中的資源。

Opto22的groovEPIC是傳統(tǒng)工業(yè)控制器向邊緣控制器的發(fā)展。圖片來源：Opto22

“邊緣設(shè)備”可以指智能現(xiàn)場設(shè)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(wǎng)絡(luò)部件或橋接不同網(wǎng)絡(luò)的邊緣網(wǎng)關(guān)，例如協(xié)議轉(zhuǎn)換器、路由器和工業(yè)PC。類似的邊緣設(shè)備，正越來越多地參與到過程數(shù)據(jù)的匯總和規(guī)范化中。

數(shù)據(jù)規(guī)范化是指重新格式化數(shù)據(jù)、添加元數(shù)據(jù)，消除異常值和填補空白的過程，以便核心系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫可以使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式。隨著更多的、可能是異構(gòu)的設(shè)備和協(xié)議（例如傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線與OPC數(shù)據(jù)，來自云的JSON和新的智能無線格式數(shù)據(jù)混合在一起等），大規(guī)模地產(chǎn)生和傳輸數(shù)據(jù)，這一點變得非常重要。邊緣設(shè)備通過在現(xiàn)場對數(shù)據(jù)進行預處理，消除無關(guān)數(shù)據(jù)，減少對網(wǎng)絡(luò)帶寬和核心處理能力的需求來提供幫助。

工業(yè)邊緣計算已經(jīng)超越了提高資源利用率的范疇。借助功能更強大的工業(yè)邊緣設(shè)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(shù)據(jù)庫、通信或應(yīng)用服務(wù)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(lián)網(wǎng)連接工具，可輕松在邊緣共享數(shù)據(jù)。

學習邊緣計算技能

通過設(shè)計，邊緣計算體系結(jié)構(gòu)融合了以前相互隔離的功能和技術(shù)。對于OT專家而言，利用這一轉(zhuǎn)變可能需要發(fā)展新的技能。邊緣計算的高級技能，包括系統(tǒng)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)庫專業(yè)知識和安全性。下面列出一些發(fā)展這些技能的需求。

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

2.網(wǎng)絡(luò)連接。通過更有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源，邊緣計算提高了IT/OT系統(tǒng)的性能。因此，在使用邊緣計算系統(tǒng)時，如果工程師能夠了解如何衡量和管理計算機網(wǎng)絡(luò)的性能，將大有裨益。添加多個邊緣設(shè)備，會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，可能會使通訊變緩而導致網(wǎng)絡(luò)阻塞。如果設(shè)計得當，它可以提高現(xiàn)場響應(yīng)速度，同時減少核心資源的使用量。采用高效的通信協(xié)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(wǎng)絡(luò)設(shè)計或設(shè)備和通信協(xié)議的選擇中也起到一定的作用。

3.數(shù)據(jù)庫專業(yè)知識。在IT和OT系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫對于數(shù)據(jù)存儲、分發(fā)和分析非常重要。邊緣計算使它們之間的聯(lián)系更多、更緊密，這就需要OT專家了解有關(guān)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計方式以及與之交互的方式。數(shù)據(jù)庫的安全性和效率，可能會受到傳入數(shù)據(jù)的質(zhì)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(lián)網(wǎng)連接工具，有助于邊緣設(shè)備、數(shù)據(jù)庫和云服務(wù)之間的數(shù)據(jù)共享，以及能夠簡化工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫連接的其他軟件工具。

4.安全性。在控制網(wǎng)絡(luò)中，如果能夠多點存儲、訪問和管理數(shù)據(jù)，那么就不能想當然的認為：從物理和網(wǎng)絡(luò)的角度看，控制系統(tǒng)都是安全的。使用這類網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備的功能和實現(xiàn)，以及身份驗證、加密和認證等數(shù)據(jù)保護功能。他們還應(yīng)能夠在將新設(shè)備和應(yīng)用引入到網(wǎng)絡(luò)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(shù)。由于日常設(shè)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(fā)展趨勢，他們會發(fā)現(xiàn)更多利用所學知識為內(nèi)部和外部客戶創(chuàng)造價值的機會。未來幾年內(nèi)，在發(fā)展新知識、技能和連接方面投資的工程師，將會發(fā)現(xiàn)機遇的大門向他們敞開。 （作者：Josh Eastburn）
編輯：hfy