Консолидация системы на периферии: конфигурация системы

Опубликовано в номере:
PDF версия
С увеличением количества встроенных процессорных ядер на развертывание сети достигается значительная экономия средств. Это происходит за счет сокращения числа распределенных встраиваемых систем до единой периферийной вычислительной платформы, отвечающей за обработку всех задач. Однако такая консолидация системы непосредственно на периферии требует оптимального баланса количества вычислительных ядер и виртуальных машин в периферийном сервере. Компьютеры-на-модулях, выступающие в роли пограничных серверов, в сочетании с виртуальными машинами, работающими в режиме реального времени, очень легко могут сбалансировать систему и достичь заданной производительности.

По мере того как мир становится все более «подключенным» и оцифрованным, ожидается, что системы, встроенные в решения, заводы, машины, коботы, поезда, автобусы, грузовые автомобили, строительную и сельскохозяйственную технику, будут выполнять все возрастающее количество задач. В результате некогда закрытые встраиваемые системы, не имеющие выхода в Глобальную сеть, превращаются в шлюзы и центральное коммуникационное оборудование для своих хостов. Если раньше их единственная роль заключалась в управлении конкретным приложением, то теперь они становятся все более интерактивными и много­уровневыми. Они могут автоматически получать команды и обрабатывать рабочие нагрузки.

Они, например, могут сотрудничать с людьми в роли коллаборативных роботовкоботов, способных распознавать предметы, находящиеся вокруг них, анализировать ситуацию и самостоятельно находить дорогу. Кроме того, через заранее смоделированную ситуацию на цифровых двойниках они могут общаться, отправлять отчеты и постоянно эволюционировать, оптимизируя самих себя. Они могут получать обновления функций и исправления по части безопасности, а при необходимости заранее запросить техническое обслуживание. Такие системы допускают дистанционное включение и выключение функций. Кроме того, они отслеживают использование в рамках так называемой экономии за счет подписки (Subscription Economy), причем делают это точно и с защитой от несанкционированного доступа, что является ключом к правильному выставлению счетов с оплатой по факту использования. Также анализируются и все коммуникации.

В конце концов, следует знать, кто или что может получить доступ к каким системам, и главноекак. При этом необходимо быстро выявлять аномалии в коммуникациях и безопасно управлять доменами, особенно в случаях, когда это тем или иным образом может повлиять на жизнь и здоровье персонала или третьих лиц. Поэтому манипуляции с IP должны быть предотвращены любой ценой, как и кража IP. Все это серьезные проблемы для OEM-производителей, и поиски решения ложатся в первую очередь на их плечи.

В настоящее время современное ИТрешение заключается в реализации отдельных функций в инкапсулированных контейнерах над операционной системой хоста, причем делается это так, чтобы можно было четко определить доступ к данным функциям. Однако для многих приложений в широком диапазоне отраслей, где система реального времени должна работать параллельно с коммуникациями, не столь критичными в реальном времени, это решение не вполне адекватно. Указанные системы все чаще подключаются в режиме реального времени через времячувствительную сеть (Time Sensitive Networking, TSN — чувствительный ко времени сетевой обмен данными, стандарт передачи данных в реальном масштабе времени в детерминированных сетях Ethernet) или могут организовывать TSN через 10BaseT1L, вплоть до децентрализованного датчика или исполнительного механизма, что оптимально для стандартизации и бесшовной бесперебойной связи.

Сети реального времени на основе IP особенно привлекательны для крупных предприятий, в частности относящихся к обрабатывающей промышленности, потому что второй провод для протокола IP можно использовать для адресации устройств, которые находятся на расстоянии не только 100 м, но и нескольких километров. Таким образом, буквально все решения могут быть подключены через IP и беспрепятственно общаться в реальном времени. Сведения, полученные от этих устройств и находящиеся в соответствующих контейнерах, также доступны для анализа больших данных и для пограничных серверов индустриального «Интернета вещей».

Сегодня люди больше не хотят хранить всю информацию в централизованных облачных хранилищах, поэтому большая часть аналитики выполняется локально. То же самое относится и к большинству ранее упомянутых функций, появившихся в связи с оцифровкой и сетями.

Однако здесь есть одно исключениеприложения, которые требуют жесткого детерминированного реального времени и не должны нарушаться другими вычислительными процессами, не могут управляться с помощью таких контейнеров. Для этого требуется технология гипер­визора с поддержкой реального времени, например гипервизор RTS от компании Real-Time Systems, который компания congatec предлагает в качестве проверенной стандартной опции для всех ее компьютеровнамодулях.

Для таких установок особенно привлекательны многоядерные процессоры, поскольку несколько ядер предусматривают и несколько конфигураций. Теоретически каждое ядро способно запускать собственную виртуальную машину, операционная система (ОС) которой может загружаться независимо от других ядер. Это, например, процессоры AMD Ryzen Embedded V2000, установленные, в частности, в модулях COM Express Type 6 от компании congatec, которые для независимой параллельной работы 16 потоков предлагают до восьми ядер. В принципе такой подход допустим и с двухъядерными системами. Основываясь на конструкции «компьютернамодулях», можно масштабировать количество ядер по мере консолидации и оптимально сбалансировать встраиваемую систему, просто заменив один модуль другим (рис. 1).

По мере увеличения количества встроенных процессорных ядер достигается экономия средств за счет сокращения количества распределенных встраиваемых систем до единой периферийной вычислительной платформы

Рис. 1. По мере увеличения количества встроенных процессорных ядер достигается экономия средств за счет сокращения количества распределенных встраиваемых систем до единой периферийной вычислительной платформы

Комплекты для консолидации рабочих нагрузок в реальном времени

Для того чтобы максимально упростить специалистам начало работы с модульными пограничными серверами, компания congatec объединила свои усилия с Intel и Real-Time Systems, что позволило собрать комплект средств разработки для консолидации рабочих нагрузок. Сертифицированный Intel RFP (ready for production — готовый к производству) комплект предназначен для следующего поколения коллаборативных роботов и средств автоматизации на основе технического зрения, а также для автономных транспортных средств, выполняющих несколько задач параллельно. На основе модуля компании congatec COM Express Type 6 с процессором Intel Xeon E2 и интеграции трех виртуальных машин (рис. 2) платформа, готовая к реализации решения, может перезагружать системное приложение, не влияя на приложение реального времени, действующее на другой виртуальной машине (рис. 3). Чтото подобное просто невозможно сделать только с гипервизором или контейнером, размещенным в ОС Windows!

стартовый комплект для консолидации рабочих нагрузок в реальном времени, который содержит модуль COM Express Type 6 на базе процессора Intel Xeon E2 и гипервизор RTS от компании Real-Time Systems

Рис. 2. Компания congatec предлагает стартовый комплект для консолидации рабочих нагрузок в реальном времени, который содержит модуль COM Express Type 6 на базе процессора Intel Xeon E2 и гипервизор RTS от компании Real-Time Systems

 

Чувствительный ко времени сетевой обмен данными

Благодаря таким новым технологиям, как 5G и сети 10+ GbE, требующим выполнения обработки в реальном времени в тактильной среде Интернета, был создан комплект и для поддержки времячувствительных сетей TSN. Технология TSN соответствует многим стандартам, в том числе Time Aware Shaping (TAS), виртуальным локальным сетям через Ethernet (virtual LANs over Ethernet — IEEE 802.1q) и синхронизации в реальном времени через протокол точного времени (Precision Time Protocol, PTP). PTP обрабатывает синхронизацию между узлами со временем, указанным мастерустройством. Часы каждого ведомого устройства поддерживают высокоточную синхронизацию в пределах двузначного диапазона точности на уровне наносекунд, и пакеты с отметкой времени отправляются на основе этих часов. Сказанное позволяет сетям PTP синхронизироваться с такой же точностью. При использовании интерфейса Intel Ethernet 1219 не требуется дополнительного специализированного оборудования или проприетарного приложения, поскольку синхронизация часов может быть реализована полностью на основе этого стандартного компонента. Комплект для консолидации рабочих нагрузок в реальном времени доступен непосредственно у компании congatec или на торговой площадке компании Intel.

Консолидация системы интересна для производственных участков с несколькими ранее децентрализованными контроллерами для управления работой роботов

Рис. 3. Консолидация системы интересна для производственных участков с несколькими ранее децентрализованными контроллерами для управления работой роботов

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *