要问的6个边缘计算问题——如何为工业应用选择最佳的边缘设备？

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。

作者 | Nate Kay

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边缘设备有助于用户提升网络性能和处理能力，提高安全性，并实现不同系统之间的数据共享。在选择边缘设备时，应该注意哪些因素才能让用户获得最大收益？

”

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。

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。

▎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

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。

1

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。

2

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。

3

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。

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。

1

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。

2

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。

3

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。

关键概念： 

■ 边缘设备充当控制系统和云服务器之间的桥梁。

■ 对于需要收集和评估来自外部网络的数据的应用而言，边缘设备很有用。

■ 影响边缘设备的因素，更多的是位置和使用方式，而不是实际的硬件。

思考一下： 

您认为哪些应用将从边缘计算中受益最多？为什么？