確定邊緣設(shè)備是否適用的6個(gè)邊緣計(jì)算問題

無(wú)論我們是否意識(shí)到，大多數(shù)人每天都在使用邊緣計(jì)算。一個(gè)典型的例子是使用手機(jī)的語(yǔ)音識(shí)別功能詢問Siri或Cortana。由于語(yǔ)言處理需要大量的計(jì)算能力，因此手機(jī)首先會(huì)進(jìn)行一些初始處理，減少流向服務(wù)器的數(shù)據(jù)，進(jìn)而減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。如果所有處理都在手機(jī)上執(zhí)行，則會(huì)耗費(fèi)手機(jī)的資源。

在云端處理數(shù)據(jù)，可以騰出用戶的手機(jī)來(lái)執(zhí)行其它任務(wù)，并允許谷歌和蘋果這樣的公司更新和改進(jìn)該軟件。如果手機(jī)在將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端之前，沒有進(jìn)行任何預(yù)處理，則可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器癱瘓。類似模型在工業(yè)應(yīng)用中也適用。

邊緣設(shè)備在局域網(wǎng)的邊緣端運(yùn)行，并提供工廠車間控制系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)之間的接口。它們充當(dāng)控制系統(tǒng)與云服務(wù)器或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)之間的橋梁，處理控制系統(tǒng)與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)。在邊緣設(shè)備上執(zhí)行數(shù)據(jù)計(jì)算，可減少控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程服務(wù)器所需的流量和處理能力。

邊緣設(shè)備在局域網(wǎng)的邊緣運(yùn)行，并橋接控制系統(tǒng)和云服務(wù)器或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，在控制系統(tǒng)和服務(wù)器之間處理數(shù)據(jù)。圖片來(lái)源：Martin CSI

用戶可以在不中斷控制系統(tǒng)的情況下更新邊緣設(shè)備上的功能。邊緣設(shè)備還可以提供“防火墻”或“氣隙”，將控制設(shè)備與公共網(wǎng)絡(luò)隔離開來(lái)，以提高安全性。如果存在網(wǎng)絡(luò)延遲甚至網(wǎng)絡(luò)中斷，邊緣設(shè)備還可以緩沖數(shù)據(jù)。如果發(fā)生這種情況，邊緣設(shè)備可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，直到恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連接為止。

要問的6個(gè)邊緣計(jì)算問題

思考以下6個(gè)問題，以確定邊緣設(shè)備是否適合某個(gè)應(yīng)用：

1.是否需要從控制系統(tǒng)收集歷史數(shù)據(jù)？

2.如果需要收集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在中央位置是否有好處？是否可以將這些數(shù)據(jù)用于報(bào)告、停機(jī)時(shí)間分析、預(yù)測(cè)性維護(hù)或庫(kù)存跟蹤？

3.控制系統(tǒng)是否需要與外部網(wǎng)絡(luò)，例如工廠網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)或因特網(wǎng)接口？

4.控制系統(tǒng)是否從外部網(wǎng)絡(luò)接收信息，例如庫(kù)存、配方和批處理系統(tǒng)？

5.添加移動(dòng)設(shè)備或諸如報(bào)警通知的功能有好處嗎？

6.是否可以從執(zhí)行“關(guān)鍵任務(wù)”的控制系統(tǒng)中卸載不必要的功能？例如，圖像處理和配方管理等功能可以移至非生產(chǎn)型計(jì)算機(jī)嗎？

如果對(duì)多個(gè)問題的回答為“是”，則邊緣設(shè)備可能非常適合該應(yīng)用。

使用邊緣設(shè)備的好處

通常來(lái)說(shuō)，使用邊緣設(shè)備可以為企業(yè)帶來(lái)如下幾個(gè)方面的的好處。

共享數(shù)據(jù)：邊緣設(shè)備接口允許控制系統(tǒng)與外部系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)。邊緣設(shè)備可以充當(dāng)網(wǎng)橋或協(xié)議轉(zhuǎn)換器，使舊設(shè)備可與其它設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口。以太網(wǎng)IP設(shè)備可以與外部網(wǎng)絡(luò)連接，而無(wú)需修改現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)或更改IP地址。

改善安全性：邊緣設(shè)備在控制系統(tǒng)和外部網(wǎng)絡(luò)之間提供了安全層。邊緣設(shè)備可提供“防火墻”以幫助保護(hù)控制系統(tǒng)。同時(shí)，還可以提供安全監(jiān)控和訪問控制。

提升處理和網(wǎng)絡(luò)性能：將非關(guān)鍵功能移至邊緣設(shè)備，可使控制系統(tǒng)“專注”于最重要的任務(wù)。邊緣設(shè)備為關(guān)鍵任務(wù)功能釋放了更多的內(nèi)存和處理能力?？梢愿潞托薷脑谶吘壴O(shè)備上運(yùn)行的非關(guān)鍵功能，而不會(huì)中斷生產(chǎn)。

此外，邊緣設(shè)備會(huì)減輕網(wǎng)絡(luò)擁堵的情況以及網(wǎng)絡(luò)中斷的影響。邊緣設(shè)備上的基本數(shù)據(jù)處理可以幫助減少網(wǎng)絡(luò)流量。在邊緣設(shè)備上緩沖數(shù)據(jù)可以減少網(wǎng)絡(luò)問題的影響。邊緣設(shè)備還可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為“輕量級(jí)”消息傳遞協(xié)議，例如MQTT，從而減少帶寬并提高效率。

用戶與Siri或Cortana之類的AI對(duì)話，實(shí)際上就是參與了邊緣計(jì)算，只是他們沒有意識(shí)到這一點(diǎn)而已。

評(píng)估后的步驟

評(píng)估之后，用戶需要詢問如何為應(yīng)用選擇最佳的邊緣設(shè)備。需要哪些功能？應(yīng)將邊緣設(shè)備的這3個(gè)核心考量因素放在首位。

●功能：控制系統(tǒng)應(yīng)在有或沒有邊緣設(shè)備的情況下正常運(yùn)行。在查看需要配置在邊緣設(shè)備中的功能時(shí)，需要明確一個(gè)問題：“如果邊緣設(shè)備已關(guān)閉，該過(guò)程是否仍可靠地運(yùn)行？”答案應(yīng)該是肯定的。

●安全性：邊緣設(shè)備應(yīng)限制從外部網(wǎng)絡(luò)直接訪問控制系統(tǒng)。邊緣設(shè)備可以提供一種隔離控制系統(tǒng)的方法，同時(shí)仍然允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上流動(dòng)。

●性能：對(duì)于性能，用戶需要思考以下問題：控制系統(tǒng)正在處理大量傳入或傳出數(shù)據(jù)嗎？如果是這樣，請(qǐng)考慮讓邊緣設(shè)備處理此數(shù)據(jù)。云或遠(yuǎn)程服務(wù)器中正在執(zhí)行哪些數(shù)據(jù)處理？如果移動(dòng)到邊緣設(shè)備，則通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)量將減少。

邊緣設(shè)備可以是任何設(shè)備，從相對(duì)簡(jiǎn)單、低成本的設(shè)備到工業(yè)PC。影響邊緣設(shè)備的因素，更多的可能是來(lái)自位置和使用方式，而不是實(shí)際的硬件。邊緣設(shè)備可以做的不僅僅是這些核心功能，它們可以幫助基本應(yīng)用成為面向未來(lái)的應(yīng)用。增強(qiáng)的功能包括：

●執(zhí)行邏輯和數(shù)學(xué)計(jì)算。

●充當(dāng)HMI和主機(jī)屏幕。

●充當(dāng)以太網(wǎng)交換機(jī)，并托管交換機(jī)和路由器中的功能。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）。

●邊緣設(shè)備可促進(jìn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）/工業(yè)4.0功能，并允許用戶執(zhí)行這些功能。包括：協(xié)議轉(zhuǎn)換。例如，網(wǎng)絡(luò)流量從Modbus TCP/IP、CIP和Profinet協(xié)議轉(zhuǎn)換為MQTT；運(yùn)行與遠(yuǎn)程服務(wù)器或云端運(yùn)行軟件直接接口的應(yīng)用程序和API；運(yùn)行諸如Linux或微軟Windows之類的操作系統(tǒng)，允許用戶安裝商用軟件；提供附加的防火墻和網(wǎng)絡(luò)安全以及診斷功能；運(yùn)行結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（SQL）數(shù)據(jù)庫(kù)。

雖然核心功能可以在大多數(shù)邊緣設(shè)備中找到，但增強(qiáng)的功能將為應(yīng)用的未來(lái)發(fā)展提供空間。

選擇邊緣設(shè)備并確定其使用方式取決于具體應(yīng)用和客戶需求。當(dāng)一個(gè)邊緣設(shè)備被正確地選擇和配置時(shí)，其結(jié)果將是一個(gè)具有改進(jìn)性能、更高安全性和更高可維護(hù)性的控制系統(tǒng)。最重要的是，它為那些從中受益最多的人提供了有意義的信息。（作者：Nate Kay）

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