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邊緣運算帶來的新挑戰

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科技產業資訊室 (iKnow) - Savant 發表於 2022年6月13日
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圖、邊緣運算帶來的新挑戰

Eclipse基金會公佈其通過開源軟體管理和操作邊緣計算環境新願景的白皮書,內容針對「邊緣運算帶來的新挑戰」提出邊緣運算挑戰與傳統運算環境中的挑戰不同,因為邊緣運算的挑戰混合營運技術(OT)、資訊技術(IT)和雲端運算環境的挑戰。OT是指組織用於控制和自動化設備、流程和事件的硬體和軟體,包括結果資料數據的管理,IT是指組織賴以支持其使命的商業系統、工作流、流程和資料數據。邊緣運算帶來的挑戰如下:
                          
不同產業OT部署差異極大
在製造廠區部署保護和管理固定式工業自動化設備,在能源和公用事業等產業中部署遠端資產,而在運輸、鐵路、採礦和農業產業則是移動應用程序。每個產業都有各自的標準和認證,用以確保維護和應用領域知識、最佳實務(best practice)和安全性,這些不同的要求使得具有廣泛標準化邊緣運算的硬體設備變得更具有挑戰性。
 
硬體設計須在價格、性能、環境、整體功能間進行取捨
對於要求最多的邊緣應用程序,通常需要在價格、性能和由環境和操作要求驅動的整體功能之間進行取捨(trade-offs)。工作溫度、衝擊和振動、污染物預防、安全性以及尺寸、重量和功率(Size, Weight, and Power,SWaP)等因素都會對硬體設計產生影響。其他邊緣應用程序可能受價格、性能或特定功能要求的驅動,大多數情況下,會產生應用程序或用於特定案例的硬體。
 
工業物聯網之通訊協定極為多元
對於連接遠端系統和設備,有廣泛的工業場域通訊技術(communication technology)和協定(protocol),例如 Modbus、控制器區域網路(Controller Area Network,CAN或稱CAN bus)、BACnet(智慧建築與控制系統的通訊協定)、LoRaWAN (因應低功耗網路需求的通訊協定和系統架構)和OPC統一架構(OPC UA,因應工業控制需求的協定),以及許多其他專有的、傳統和新興選項。根據應用的不同,NB-IOT、ZigBee 和 Z-Wave 等低功耗(low power)協定也可能是均衡的部分選項。
 
工業物聯網的邊緣設備需克服不可靠的電源環境
對於邊緣設備,功耗始終是一個問題,設備內置的功能越多,所需的功率就越多。在考慮電力需求時,應注意工業物聯網環境充滿不可靠和不良的電源(dirty power sources),且某些邊緣設備並非常態開啟狀態,考量這一點,一些應用程序需要依賴低電量和替代電源,例如電池、太陽能電池板和能源採集(energy-harvesting,從系統環境中捕獲能量。
 
邊緣運算安全合規要求日益升高
正常運行時間(uptime)的要求,以及防範安全威脅和資料遺失(data loss)的需求正影響著邊緣運算。安全性和可靠性的考量需要根據特定「安全完整性等級」(Safety Integrity Levels,SIL)設計的軟體架構和解決方案,或者符合以作業技術(Operation Technology, OT) 為中心或是特定產業應用之特定標準,例如,EN 61508、ISO 13849或 IEC 62443。在邊緣,資料中心不存在實體安全漏洞,在場域,實體硬體的保護往往很困難,篡改檢測和防篡改(anti-tampering)措施,更高的合規性(compliance)要求,以及對資料完整性(integrity)和主權(sovereignty)的擔憂,日益成為邊緣OT基礎設施軟體的一個重要方面。
 
須考量部署的運算解決方案的多樣性
遠端設備的高效和安全現場服務需要在軟體支持的適當基礎架構、策略和流程,這包括完整的生命週期管理、反轉(rollbacks,使資料庫狀態恢復到之前某個時刻)、更新和配置。對於邊緣運算,必須考量部署的運算解決方案的多樣性。遠端設備通常經過應用最佳化,可有效地與其他設備和資產互動。(1227字;圖1)
 

參考資料:
From DevOps to EdgeOps:A Vision for Edge Computing. Eclipse Foundation,2021/06.
 

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