物聯(lián)網(wǎng)和時間關(guān)鍵型邊緣

物聯(lián)網(wǎng)部署所面臨的挑戰(zhàn)與延遲、網(wǎng)絡(luò)帶寬、可靠性和安全性相關(guān)的挑戰(zhàn)無法通過僅云模型來解決，因此物聯(lián)網(wǎng)的重點正在向邊緣發(fā)展。

預(yù)測是，在短短兩年內(nèi)，工業(yè)設(shè)備創(chuàng)建的所有數(shù)據(jù)中有45%將被存儲，處理，分析和操作在網(wǎng)絡(luò)附近或邊緣。

高性能、安全、開放和可互操作的邊緣軟件平臺對于支持這種新的計算模式至關(guān)重要。當(dāng)前一代邊緣物聯(lián)網(wǎng)平臺被設(shè)計為在通用硬件上運行，例如物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和本地服務(wù)器。這些環(huán)境支持以數(shù)百毫秒到秒為單位的數(shù)據(jù)處理速率，并且通常具有至少 1GB 的可用內(nèi)存。對于許多用例，從樓宇管理到設(shè)備監(jiān)控和預(yù)測性維護(hù)，超過100ms的響應(yīng)時間通常是可以接受的。

然而，有大量重要的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)用例，例如閉環(huán)過程控制，實時信號處理或高頻分析，例如，周期時間以微秒為單位測量，并且需要可預(yù)測的實時執(zhí)行。IoT 邊緣計算的這一專用子集稱為時間關(guān)鍵型邊緣。

物聯(lián)網(wǎng)勢頭正在推動變革

時間關(guān)鍵型邊緣并不新鮮，但與其他形式的邊緣計算一樣，隨著物聯(lián)網(wǎng)采用的勢頭增強(qiáng)，它肯定會不斷發(fā)展。

使用專用PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)已經(jīng)存在了幾十年。PLC和PAC提供有限的軟件可編程性和可配置性，因此也使用了其他定制或定制的面向軟件的解決方案。

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，這些傳統(tǒng)方法無法充分支持操作技術(shù)（OT）和信息技術(shù)（IT）世界之間的融合。這限制了利用人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）最新進(jìn)展的能力。

特別是過程自動化領(lǐng)域已經(jīng)認(rèn)識到他們的邊緣系統(tǒng)需要更加軟件友好，因此，創(chuàng)建并越來越多地采用IEC6113等標(biāo)準(zhǔn)，以及最近用于開發(fā)下一代分布式控制系統(tǒng)（DCS）的IEC 61499。反過來，這使得供應(yīng)商和用戶都可以利用COTS硬件托管專用的實時操作系統(tǒng)（RTOS）或具有實時內(nèi)核擴(kuò)展的Linux。

從支持時間關(guān)鍵型邊緣用例的專用單點解決方案轉(zhuǎn)向軟件定義的多模式、可配置的基于 IPC 的解決方案的趨勢肯定會加速。其他已經(jīng)在更通用的物聯(lián)網(wǎng)邊緣系統(tǒng)中變得普遍的技術(shù)，如容器化和虛擬化，也將更廣泛地用于時間關(guān)鍵型系統(tǒng)。它們提供的功能可以幫助解決應(yīng)用程序部署和編排問題，隨著系統(tǒng)的擴(kuò)展和發(fā)展，這些問題變得非常重要。

開放邊緣軟件平臺

新一代開放軟件平臺開始出現(xiàn)，并將在實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)邊緣系統(tǒng)方面發(fā)揮越來越重要的作用，包括那些具有時間關(guān)鍵要求的系統(tǒng)。

它們提供了OT和IT環(huán)境之間的中央集成點，實現(xiàn)了OT連接并處理來自許多不同南向協(xié)議的數(shù)據(jù)采集。它們還可以從底層硬件和操作系統(tǒng)細(xì)節(jié)中抽象出應(yīng)用程序，從而實現(xiàn)可移植性和軟件重用。重要的是，它們支持與更高級別的系統(tǒng)和IT端點集成，從而允許在向北發(fā)送數(shù)據(jù)之前對其進(jìn)行過濾和轉(zhuǎn)換。從根本上說，邊緣軟件平臺支持低延遲的本地決策和分析，而與云連接是否可用無關(guān)。

為了支持時間關(guān)鍵型用例，這些邊緣軟件平臺提供了一組核心功能，例如：

? 來自南向OT設(shè)備的數(shù)據(jù)聚合

? 支持邊緣分析/規(guī)則/AI

? 能夠向連接的設(shè)備發(fā)出命令/致動請求

? 過濾和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的能力

? 導(dǎo)出到北向 IT 端點

? 在北向連接間歇性的情況下存儲和轉(zhuǎn)發(fā)

? 日志記錄和警報以實現(xiàn)可管理性

? 安全的數(shù)據(jù)通信和對平臺資源的訪問

? 支持現(xiàn)代軟件部署方法，如容器化和虛擬化

這些表示構(gòu)建邊緣系統(tǒng)所基于的基本功能。但是，時間關(guān)鍵型邊緣平臺必須提供其他功能，以實現(xiàn)：

? 高頻數(shù)據(jù)采集和超低延遲響應(yīng)時間（《50ms到微秒）

? 實時確定性數(shù)據(jù)處理

? 能夠部署在 CPU 功率和內(nèi)存有限的環(huán)境中或傳統(tǒng)環(huán)境中

? 兼容IEC6113和61499等新興行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

擁抱開放性的邊緣平臺技術(shù)是解決工業(yè)邊緣系統(tǒng)固有的異構(gòu)性的關(guān)鍵。至關(guān)重要的是，邊緣平臺解決方案的選擇為用戶提供了多個級別的選擇和靈活性，而不受芯片、硬件、操作系統(tǒng)OT技術(shù)和云連接的影響。定義良好的 API 可實現(xiàn)互操作性和應(yīng)用程序“即插即用”。

業(yè)界已經(jīng)認(rèn)識到了這一需求。開源邊緣計算計劃，如Linux基金會的EdgeX Foundry?項目，在工業(yè)部門不斷增長的公司生態(tài)系統(tǒng)的支持下，開始獲得巨大的動力。總的來說，該項目的成員組織專注于為低延遲工業(yè)邊緣系統(tǒng)創(chuàng)建通用軟件基礎(chǔ)。通過社區(qū)擴(kuò)展，例如IOTech的Edge XRT，具有最苛刻的時間關(guān)鍵要求的系統(tǒng)現(xiàn)在可以從通用的開放框架中受益，該框架可以支持廣泛的工業(yè)用例。這包括支持低延遲的“硬”實時處理要求，并部署在專用（例如，運行實時擴(kuò)展的RTOS或Linux內(nèi)核的IPC）或資源密集型邊緣環(huán)境（如微控制器）上。

總之，新一代開放邊緣軟件平臺有望對高性能邊緣系統(tǒng)的部署產(chǎn)生重大影響。它們將使解決方案比以前更具軟件定義性、多模式性、可進(jìn)化性和靈活性。系統(tǒng)開發(fā)人員將免受許多底層數(shù)據(jù)連接、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用程序集成和硬件問題的困擾。這可以簡化開發(fā)、降低集成成本并縮短新邊緣解決方案的上市時間，即使是那些具有最苛刻的時間關(guān)鍵型要求的解決方案。

審核編輯：郭婷