物聯(lián)網(wǎng)部署面臨的與延遲、網(wǎng)絡(luò)帶寬、可靠性和安全性相關(guān)的挑戰(zhàn)無法通過純?cè)颇Ｐ蛠斫鉀Q，因此物聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)正在向邊緣轉(zhuǎn)移。

預(yù)測(cè)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(chǔ)，處理，分析和處理，并在網(wǎng)絡(luò)邊緣附近或邊緣采取行動(dòng)。

高性能、安全、開放和可互操作的邊緣軟件平臺(tái)對(duì)于支持這種新的計(jì)算模式至關(guān)重要。當(dāng)前一代邊緣物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)旨在在通用硬件上運(yùn)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，并且通常至少有 1GB 的可用內(nèi)存。對(duì)于從樓宇管理到設(shè)備監(jiān)控和預(yù)測(cè)性維護(hù)的許多用例，響應(yīng)時(shí)間超過 100 毫秒通常是完全可以接受的。

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(shí)時(shí)信號(hào)處理或高頻分析，其中周期時(shí)間以微秒為單位，并且需要可預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)執(zhí)行。IoT 邊緣計(jì)算的這一專用子集稱為時(shí)間關(guān)鍵型邊緣。

物聯(lián)網(wǎng)勢(shì)頭正在推動(dòng)變革

時(shí)間關(guān)鍵型邊緣并不新鮮，但與其他形式的邊緣計(jì)算一樣，隨著物聯(lián)網(wǎng)采用的勢(shì)頭增強(qiáng)，它肯定會(huì)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)方法無法充分支持運(yùn)營(yíng)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(dòng)化領(lǐng)域已經(jīng)認(rèn)識(shí)到他們的邊緣系統(tǒng)需要對(duì)軟件更加友好，因此，創(chuàng)建和越來越多地采用IEC6113等標(biāo)準(zhǔn)，以及最近的IEC 61499，以開發(fā)下一代分布式控制系統(tǒng)（DCS）。反過來，這使供應(yīng)商和用戶能夠利用托管專用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) （RTOS） 或具有實(shí)時(shí)內(nèi)核擴(kuò)展的 Linux 的 COTS 硬件。

從支持時(shí)間關(guān)鍵型邊緣用例的專用單點(diǎn)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(shì)肯定會(huì)加速。在更通用的物聯(lián)網(wǎng)邊緣系統(tǒng)中已經(jīng)變得普遍的其他技術(shù)，如容器化和虛擬化，也將更廣泛地用于時(shí)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(tái)

新一代開放軟件平臺(tái)開始出現(xiàn)，并將在支持物聯(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(shí)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(diǎn)，實(shí)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)詳細(xì)信息中抽象應(yīng)用程序，從而實(shí)現(xiàn)可移植性和軟件重用。重要的是，它們支持與更高級(jí)別的系統(tǒng)和 IT 端點(diǎn)集成，允許在向北發(fā)送數(shù)據(jù)之前對(duì)其進(jìn)行過濾和轉(zhuǎn)換。從根本上說，邊緣軟件平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)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(shí)間關(guān)鍵型用例，這些邊緣軟件平臺(tái)必須提供一組核心功能，例如：

? 南向OT設(shè)備數(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/驅(qū)動(dòng)請(qǐng)求

? 過濾和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的能力

? 導(dǎo)出到北向 IT 端點(diǎn)

? 存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)北向連接間歇性的情況

? 用于可管理性的日志記錄和警報(bào)

? 安全的數(shù)據(jù)通信和對(duì)平臺(tái)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)的基本功能。但是，時(shí)間關(guān)鍵型邊緣平臺(tái)必須提供其他功能，以實(shí)現(xiàn)：

? 高頻數(shù)據(jù)采集和超低延遲響應(yīng)時(shí)間（《50ms至微秒）

? 實(shí)時(shí)確定性數(shù)據(jù)處理

? 能夠部署在 CPU 能力和內(nèi)存有限的環(huán)境或傳統(tǒng)環(huán)境中

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

擁抱開放的邊緣平臺(tái)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(tái)解決方案的選擇為用戶提供了多個(gè)級(jí)別的選擇和靈活性，獨(dú)立于芯片、硬件、操作系統(tǒng) OT 技術(shù)和云連接。定義明確的 API 可實(shí)現(xiàn)互操作性和應(yīng)用程序“即插即用”。

工業(yè)界已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這一需要。開源邊緣計(jì)算計(jì)劃，如Linux基金會(huì)的EdgeX Foundry?項(xiàng)目，在工業(yè)部門不斷增長(zhǎng)的公司生態(tài)系統(tǒng)的支持下，開始獲得巨大的動(dòng)力?？偟膩碚f，該項(xiàng)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，具有最苛刻時(shí)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，以支持廣泛的工業(yè)用例。這包括支持低延遲的“硬”實(shí)時(shí)處理要求，以及在專用（例如，運(yùn)行RTOS或具有實(shí)時(shí)擴(kuò)展的Linux內(nèi)核的IPC）或資源挑戰(zhàn)的邊緣環(huán)境（如微控制器）上的部署。

總之，新一代開放邊緣軟件平臺(tái)有望對(duì)高性能邊緣系統(tǒng)的部署產(chǎn)生重大影響。它們將使解決方案具有比以前更多的軟件定義、多模式、可發(fā)展和靈活性。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影響。這具有簡(jiǎn)化開發(fā)、降低集成成本和縮短新邊緣解決方案上市時(shí)間的效果，即使是那些具有最苛刻時(shí)間關(guān)鍵要求的解決方案。

審核編輯：郭婷