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許多人以為物聯網( IoT )停留在概念階段,其實IoT已大量應用在智能電子產品、工業 4 .0 等,雲服務AWS的IoT更已成熟應用於工業用途。
不過,IoT愈來愈注重邊緣( Edge )運算,許多數據不會馬上傳上雲端,原因是決策須現場作出,其次大量數據傳回雲端,也不是太實際。IoT也須解決保安問題,設備可能被入侵, 設備內容甚至遭竄改,必須嚴加保護。
一般而言,IoT設備接入雲服務IoT Core服務。IoT Core是IoT的 平台,負責管理邊緣設備連接至雲端,更新設備設定和升級、保護數據和加密、處理串流數據以便分析。IoT Core也負責IoT設備認證和登入,利用MQTT協定加上TLS,或者HTTP/s等協定,加密保護通訊。
IoT經常部署在廠房或偏遠地區,連接極不穩定,邊緣處理和運算力,也更加重要,除了數據可在現場處理,確保離線狀態時,應用與裝置仍保持互動。Greengrass就是AWS的IoT邊緣運算方案,支援Linux作業系統 ,加入邊緣處理的能力,具備以上功能。
AWS物聯網業務副總裁Dirk Didascalou 說,AWS也具備簡化人工智能訓練的SageMaker平台,可快速訓練機器學習,雲端上以機器學習訓練模型後,直接下載Greengrass執行,並從雲端上更新和管理。
AWS IoT Greengrass 可讓IoT以安全方式,接收數據後在現場處理、管理、同步操作及作 ML 模型推論。Greengrass既可執行,也回傳現場數據上雲端,再以 SakeMaker 改善ML模型的凖確性。
支援工業標準
Greengrass也支援 Docker容器(Container),自動在邊緣執行以Lambda無伺服器運算,接收數據後先行按實際處理,才決定下一步行動。
一般而言,數據可以 Kinesis 服務傳往AWS雲服務,再利用AWS上的Lambda服務,處理IoT設備傳來數據,然後以不同工具分析。AWS則再在Greengrass上,以容器加上Lambda功能,為處理IoT數據,提供了不少彈性,整合IoT數據到工廠的生產系統。
Lambda即場篩選數據
大眾汽車就利用了AWS的IoT建立工業4 .0的工廠,從廠房蒐集數據,優化整個生產過程。
一般工業設備都利用了OPC-UA協定溝通,以確保數據安全和互通性,便利 不同品牌設備,在工廠IT架構之間傳遞。數據從IoT設備蒐集之後,先傳送到編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)處理,控制生產線的實時操作,再傳到更高層操作控制的 SCADA系統,監察廠房各個系統的互動,然後再上傳,負責執行生產作業和產量的「生產執行系統」(Manufacturing execution systems ,MES),運算結果再上傳企業資源計畫(ERP),合併到企業內其他系統,各個環節均利用了OPC-UA協定。
問題在於市場上IoT元件,較少支援OPC-UA協定,連接至上層控制系統,搜羅支援OPC-UA元件,一直是IoT難題。
一般廠房IoT元件,從感應器和傳動裝置,蒐集了數據,就直接送到編程邏輯控制器(PLC),從反饋優化生產。編程邏輯控制器和IoT元件之間,往往並非以OPC-UA協定通訊,出現整合困難,也容易有保安漏洞。
加強MCU作業系統
Didascalou說,Greengrass可將IoT元件數據,轉變為OPC-UA協定可格的式,Greengrass 先讀取從IoT元件訊息,按數據性質觸發Lambda進行篩選,例如加上PLC如何處理IoT元件的訊息,再通過OPC-UA連接器,以OPC-UA協定傳送到適當PLC處理,解決了IoT元件最後一哩的難題。
Greengrass已支援不少IoT元件,並獲AWS認證,可直接連接Greengrass平台。不過,AWS亦推出供微控制器( MCU )的IoT作業系統FreeRTOS,以MQTT或者HTTP/s協定直接連接Greengrass。
MCU可為設備加入IoT 和智能控制功能,轉換模擬訊號成數碼,啟動不同控制系統,FreeRTOS已具備連接Greengrass能力,可直接利用AWS雲端上的所有IoT 功能。
FreeRTOS支援主流處理器和MCU,包括近期興起超低功耗RISC-V處理器。MCU可說是IoT興起關鍵因素,近年低價的MCU,可為不同設備加入智能化功能,推動了智能家居和工業智能化蓬勃發展。開發人員也可利用FreeRTOS作業系統,快速建立接入Greengrass和IoT Core各種IoT和智能家居設備,以雲服務推動IoT計畫。
MCU其中的一項性能,乃為設備提供智能化,AWS支援MCU加入Alexa語音助手功能。FreeRTOS支援內建Alexa, NXP已推出內建Alexa的AVS方案平台MCU,所有電器都可通過Alexa技能控制,就可直接以語音控制開關。以往語音助手的設備,均必須安裝多核處理器,加上記憶體,成本不菲。
Didascalou表示,Alexa支援MCU後,未來大量家居設備,都可加入聲控功能,語音助手令家居智能化更普遍。