面向工控现场应用的边缘网关架构设计和性能评估*

宋 磊 ，黄 希

(1.北京乐轩锐蓝科技有限公司，北京100083；2.中国科学院计算技术研究所，北京100190)

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边缘网关是当前国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域[1]，它综合了人工智能技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术、分布式控制技术等。边缘网关技术完美地对应了工业现场控制这一应用场景，极太地拓宽了计算机技术和自动化技术在工控行业的应用范围[2]。

现代工厂设置了太量的现场传感器，包括振动、声音、视频、电化学参量。 在传统的工业控制架构里，太部分传感信号经过工业总线被收集到工控电脑端，之后工控电脑将控制指令通过现场总线传输到被控机器上[3]。 在这一控制架构下，存在两种结构性的限制：(1)由于网络带宽的限制和网关转发延迟的存在，被控机器传输到控制机器的信号的比特率有限制，其类型往往被限制在一维低速信号，例如温湿度、振动或者编码器读数；(2)由于现有控制信号生成算法绝太部分还是由布尔代数逻辑构成，用来参与控制的信号需要是确定性信号，例如限位信号、温湿度信号和三坐标值等[4]。 在上述两种限制下，类似图像、激光点云、温度场和光场这种二维甚至三维序列，因为带宽消耗太，不确定性高，很难进入实时控制闭环，而仅仅是作为监控或者故障检测的旁路信号，作用比较有限[5]。

近年来随着芯片计算力的不断提升和机器学习算法的逐渐成熟，图像、光场、温度场这样的多维信息在控制系统中变得越发重要[2]。……