边缘计算带来的新挑战

边缘计算带来的新挑战

  Eclipse基金会公布其通过开源软件管理和操作边缘计算环境新愿景的白皮书,内容针对“边缘计算带来的新挑战”提出边缘计算挑战与传统运算环境中的挑战不同,因为边缘计算的挑战混合运营技术(OT)、信息技术(IT)和云端运算环境的挑战。OT是指组织用于控制和自动化设备、流程和事件的硬件和软件,包括结果数据数据的管理,IT是指组织赖以支持其使命的商业系统、工作流、流程和数据数据。边缘计算带来的挑战如下:

  不同产业OT部署差异极大

  在制造厂区部署保护和管理固定式工业自动化设备,在能源和公用事业等产业中部署远程资产,而在运输、铁路、采矿和农业产业则是移动应用程序。每个产业都有各自的标准和认证,用以确保维护和应用领域知识、最佳实务(best practice)和安全性,这些不同的要求使得具有广泛标准化边缘计算的硬设备变得更具有挑战性。

  硬件设计须在价格、性能、环境、整体功能间进行取舍

  对于要求最多的边缘应用程序,通常需要在价格、性能和由环境和操作要求驱动的整体功能之间进行取舍(trade-offs)。工作温度、冲击和振动、污染物预防、安全性以及尺寸、重量和功率(Size, Weight, and Power,SWaP)等因素都会对硬件设计产生影响。其他边缘应用程序可能受价格、性能或特定功能要求的驱动,大多数情况下,会产生应用程序或用于特定案例的硬件。

  工业物联网之通讯协议极为多元

  对于连接远程系统和设备,有广泛的工业场域通讯技术(communication technology)和协议(protocol),例如 Modbus、控制器局域网络(Controller Area Network,CAN或称CAN bus)、BACnet(智能建筑与控制系统的通讯协议)、LoRaWAN (因应低功耗网络需求的通讯协议和系统架构)和OPC统一架构(OPC UA,因应工业控制需求的协议),以及许多其他专有的、传统和新兴选项。根据应用的不同,NB-IOT、ZigBee 和 Z-Wave 等低功耗(low power)协议也可能是均衡的部分选项。

  工业物联网的边缘设备需克服不可靠的电源环境

  对于边缘设备,功耗始终是一个问题,设备内置的功能越多,所需的功率就越大。在考虑电力需求时,应注意工业物联网环境充满不可靠和不良的电源(dirty power sources),且某些边缘设备并非常态开启状态,考虑这一点,一些应用程序需要依赖低电量和替代电源,例如电池、太阳能电池板和能源采集(energy-harvesting),从系统环境中捕获能量。

  边缘计算安全合规要求日益升高

  正常运行时间(uptime)的要求,以及防范安全威胁和数据遗失(data loss)的需求正影响着边缘计算。安全性和可靠性的考虑需要根据特定「安全完整性等级」(Safety Integrity Levels,SIL)设计的软件架构和解决方案,或者符合以作业技术(Operation Technology, OT) 为中心或是特定产业应用之特定标准,例如,EN 61508、ISO 13849或 IEC 62443。在边缘,数据中心不存在实体安全漏洞,在场域,实体硬件的保护往往很困难,篡改检测和防篡改(anti-tampering)措施,更高的合规性(compliance)要求,以及对数据完整性(integrity)和主权(sovereignty)的担忧,日益成为边缘OT基础设施软件的一个重要方面。

  须考虑部署的计算解决方案的多样性

  远程设备的高效和安全现场服务需要软件支持的适当基础架构、策略和流程,这包括完整的生命周期管理、反转(rollbacks,使数据库状态恢复到之前某个时刻)、更新和配置。对于边缘计算,必须考虑部署的计算解决方案的多样性。远程设备通常经过应用优化,可有效地与其他设备和资产互动。

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