降成本妙招--用物聯網網關將您的OT鏈接到AWS
前言
工業物聯網（IIoT）的進步經過應用人工智能（AI）和雲計算技術來改善機器操做和製造流程，從而使智能工廠成爲現實。web
爲此，邊緣的專用硬件須要與運維技術（OT）進行交互，運維技術包括一般使用本身專有的現場總線協議的工業機器和資產。算法
邊緣硬件轉換現場總線協議，處理數據並鏈接到AWS雲服務Amazon Web Services（AWS）。
在本文中，咱們將探討：
由英特爾的Cyclone V FPGA支持的EXOR International的模塊上系統（SOM）和邊緣網關，如何使系統集成商和應用設計商基於AWS，在消耗更少的市場投入時間、成本，減小開發工做的狀況下，交付IIoT解決方案。數據庫
工業物聯網
雲計算，機器智能和互聯網現現在引領着IIoT領域而且無處不在，具體體如今智能工廠和智能製造的興起。編程
有針對不一樣用例的IIoT應用程序，一些用於提升效率並減小運營支出，有些則旨在優化生產流程和提升產品質量。這些應用程序的實施須要可擴展且強大的雲基礎架構，用於數據整合，存儲，分析和可視化。安全
此外，還須要邊緣設備來支持數據收集，機器控制和雲鏈接。網絡
在下圖中，您能夠看到使用邊緣設備從電動機，可編程邏輯控制單元（PLC）和其餘運維技術中獲取和處理數據。該圖顯示了OT和IT之間的典型分離，其中包括本地網絡基礎結構和AWS。
架構
適用於IIOT的AWS
對於真實世界的IIoT實施方案，雲基礎架構必須知足如下標準：
功能： OT會建立大量非結構化數據。IIoT分析須要對該數據進行彙總，轉換，存儲和分析。AWS爲這些功能提供了組件，並簡化了利用組件建立數據通道的過程。運維
可擴展性：典型的IIoT部署方案可能在多個位置具備多個終端，每一個終端連續生成數據。針對這種狀況，AWS可以在不影響性能和響應能力的狀況下處理靜態或傳輸中的大量數據。機器學習
可靠性：當工業流程依賴於雲上運行的功能時，基礎架構必須可靠且具備高可用性（HA），由於中斷可能會致使財務損失。svg
安全性：機器數據一般包含私有和敏感信息。從邊緣到雲傳輸時，必須保護此數據；在AWS上存儲時，必須防禦此類數據。此外，雲自己必須配備安全的訪問控制，以防止對工廠運營的入侵。
AWS基礎架構強大，安全且高度靈活。AWS服務集爲數據通道提供了組件，以支持許多不一樣的IIoT用例。
許多AWS服務都適合處理和呈現機器數據：用於數據轉換的AWS Lambda，用於存儲的Amazon Simple Storage Service（Amazon S3），用於數據庫支持的Amazon Aurora，用於大數據分析的Amazon EMR，用於數據可視化的Amazon QuickSight和Amazon API網關，用於安全共享數據。
AWS還提供了幾種特定於IoT的服務，這些服務能夠實現並簡化端到端的實施方案。
AWS IoT Core： 這是一個信息息代理，能夠處理跨多個站點的生產車間中的設備的數千個鏈接。AWS IoT Core遵循發佈和訂閱模型，容許在AWS上運行的邊緣設備和服務使用數據，對該數據進行操做並與其餘訂閱的終端進行通訊。
AWS IoT Greengrass： 此軟件用於邊緣設備，可實現本地計算工做負載的部署，執行和管理。在IIoT的體系中，它用於支持工做負載執行信號處理，協議轉換，本地分析和AI推理。
AWS IoT Analytics： 這是一項託管數據通道服務，用於批量收集，轉換和分析機器數據。它適用於須要挖掘歷史數據以獲取看法的用例，例如AI驅動的預測維護。
Amazon Kinesis 數據分析： 支持對在傳輸中的流數據查詢，處理和分析。Amazon Kinesis適用於使用大量數據並實時處理這些數據，實現諸如實時監控和故障檢測之類的用例。
Amazon SageMaker： 這是一種機器學習（ML）服務，可簡化和加速構建，訓練，優化和打包AI模型的工做流程。它可用於開發依賴於邊緣推算或機器視覺的IIoT應用程序，並實現諸如缺陷檢測和安全監控之類的用例。可使用AWS IoT Greengrass未來自Amazon SageMaker上的成熟的模型部署到邊緣設備上。
工業邊緣設備
廣義上講，有兩種類型的IIoT邊緣設備：現場網關（FGW）和工業PC（IPC）。
現場網關從運維技術終端獲取數據，並將此數據路由到AWS。FGW必須接受來自AWS的命令和控制消息，並將這些消息路由到端點。OT終端能夠是傳感器，可編程邏輯控制單元（PLC）和其餘機械控制器。
與這些終端的通訊一般經過現場總線進行。FGW必須支持與現場總線一塊兒使用的特定協議（例如，握手方式，信息格式，數據速率）。
在工廠車間可使用大量的現場總線類型，每種類型都有本身的協議。例子有Ethercat，Profinet，以太網IP，Modbus TCP，Profibus DP，CAN OPEN，Modbus RTU等。
工業PC能夠執行現場網關要作的全部事情，以及其餘更多功能。IPC還能夠在邊緣支持高級工做負載，例如基於深度學習算法的數據分析和AI推算。
對於這兩種類型的邊緣設備，支持時間敏感網絡（TSN）都是常見的要求。TSN在局域網通訊中啓用肯定性延遲。
藉助TSN，邊緣設備能夠與網絡上的其餘設備協做以執行實時任務。例如，IPC可用於同步TSN上的多個機械手，從而確保將控制消息從IPC及時傳遞到機械手。
爲了在工業環境中使用，邊緣設備必須可以在很寬的溫度範圍內24/7全天候運行。特別是，FGW一般須要安裝在機器周圍的狹窄空間中，典型的要求包括緊湊的外形尺寸。
使用模塊上系統構建工業邊緣設備
邊緣設備可使用模塊上系統（SOM）來構建，該模塊能夠在單個模塊上提供全部必需的計算能力和接口。SOM採用超緊湊的單板計算機外形尺寸，可知足大多數IIoT設備的要求。
原始設備製造商（OEM）可使用SOM構建FGW和IPC，而只須要集中精力集成其餘外圍設備，例如無線鏈接或用於現場總線協議的物理鏈接器。
EXOR International製造了針對IIoT用例的工業級SOM產品。EXOR uS05 microSOM知足了AWS IoT Greengrass的全部系統要求。
在下表中，您能夠看到uS05 SOM的硬件規格。
uS05 microSOM是基於Intel Cyclone V FPGA片上系統的低功耗平臺，該平臺由FPGA架構和基於Arm的主機處理器組成。它支持幾種類型的接口以及兩個以太網端口和一個TSN交換機。
FPGA架構可以以高數據速率運行，能夠通過配置來支持經由一個或多個接口的現場總線的鏈接。
主機處理器使用EXOR的JMobile 軟件進行現場總線協議處理，該軟件支持200多種現場總線協議。uS05很是適合在現場網關中使用，以將工業終端鏈接到雲。
由uS05 microSOM支持的eXware 707T網關經過了AWS IoT Greengrass認證，並列在合做夥伴設備目錄中。該網關將uS05 microSOM的全部優勢與以太網端口、擴展端口和存儲在工業外殼中集成在一塊兒，能夠在工業環境中做爲獨立的現場網關進行部署。
通過AWS IoT Greengrass認證的硬件已通過測試和驗證，能夠集成全部必需的軟件和硬件要求，以使用AWS IoT Greengrass並鏈接到AWS。
資產情況監控
在本部分中，咱們將研究具備AWS IoT Greengrass的eXware 707T網關如何收集數據以捕獲工業資產的狀態。根據資產的健康狀態，維護工程師能夠監視資產或收到有關所需維護的警報。
電機故障是生產線上停機的常見緣由。電動機在運行過程當中的振動特性能夠告訴咱們電動機的健康情況。經過對電動機振動進行連續監測和評估，可以主動維修來防止不合時宜的故障。
下面的圖說明了基於此概念的電機狀態監控的端到端實現。它利用eXware 707T網關鏈接到安裝在電動機上的振動傳感器。
在AWS上，到達AWS IoT的頻率數據被路由到具備IoT規則的AWS IoT Analytics管道。AWS IoT Analytics清理，轉換和存儲數據。
按期對數據集調用時間序列分析以檢測異常，並將結果顯示給Amazon QuickSight中的維護技術人員。
數據也將發送到AWS IoT Events，在這裏由複雜的事件處理引擎肯定電動機是否正常運行。若是須要對電動機進行維護，則會觸發AWS Lambda功能，它將經過Amazon Simple Notification Service（SNS）通知來提醒維護技術人員。
在下一個插圖中，您將看到eXware 707T網關自己的軟件和硬件體系結構。下圖演示了安裝了AWS IoT Greengrass和JMobile軟件的eXware 707T網關如何收集，處理和轉換數據。
網關和振動傳感器之間的通訊經過CANbus進行，這是EXOR的JMobile軟件支持的協議之一。
網關在AWS IoT Greengrass中執行Lambda函數，以經過與JMobile軟件API接口來連續處理從傳感器接收的振動數據。它使用快速傅立葉變換計算振動的頻譜，並將該頻率數據發送到AWS IoT。
總結
AWS上的工業物聯網（IIoT）解決方案正在利用邊緣智能以及雲計算來從運維技術中獲取價值。
AWS IoT Analytics等AWS IoT服務使您可使用從邊緣設備收集的數據來建立數據管道，以獲取關鍵信息，例如機器運行情況。AWS依靠英特爾和EXOR International等APN合做夥伴來建立邊緣解決方案，該解決方案能夠收集此數據，執行邊緣處理並將此數據移至AWS IoT Core。
由us05 microSOM支持的eXware707T網關可使用EXOR JMobile軟件鏈接到200多種不一樣的現場總線協議與OT和工業機械交互。
網關與AWS IoT Greengrass一塊兒提供了完整的智能現場網關解決方案，可鏈接到AWS IoT Core。