工业物联网 (IIoT) 数据库在轨道系统中的应用

February 16, 2017 Jeremy Cook, Tech Journalist, Engineering Consultant

随着轨道系统生成的数据越来越多,开发人员需要重新审视处理信息的位置和方式。 传统系统将数据迁移到控制中心进行分析,但现代系统通常将此功能保留在列车上。

这种雾计算方法所面临的挑战是,它为车载计算机带来了沉重的负担。 除了增加计算负载之外,需要在本地保留数据可能会造成存储问题。

智能数据库可以帮助解决这两个问题。 经过正确的配置后,数据库可以减少处理和存储需求。

采用雾计算

雾计算为轨道系统带来了诸多好处。 这种配置允许车载计算机实时执行计算并立即采取行动。 数据在列车级别处理之后会迁移到控制中心,以便可以对整个系统进行趋势分析。

预测性维护是为轨道系统提供的诸多好处中的一个很好例子:车载分析可以监测声响数据查找轴承问题,监控温度传感器以防制动问题,甚至还可以跟踪 RFID 和照片数据以将潜在问题与特定列车联系起来。

控制和安全子系统也可以参与行动;示例包括灭火、数字视频监控和空调。

数据库对轨道系统至关重要

数据库管理系统 (DBMS) 对所有这些功能至关重要,选择正确的 DBMS 是一项关键的设计决策。

SQL 数据库是一个显而易见的选择,但 SQL 的高度组织化和自引用结构占用相对大量的存储空间和处理能力。

最重要的是,SQL 大材小用。 McObject 的联合创始人兼首席执行官 Steve Graves 说:“边缘设备通常不需要复杂的 SQL 数据库。” 最终用户看不到数据库,所以 SQL 的许多功能根本不相关。 同样,扩展通常也不是决定性因素。 虽然列车组可能随着时间的推移而采用新的子系统,但是很少出现需求的急剧变化。

边缘设备不需要复杂的 SQL 数据库。
— Steve Graves (@McGuy),@McObject
 联合创始人兼首席执行官

另一个选择是使用松散格式的数据库,例如使用 NoSQL 数据库。 但是数据验证不是这些数据库固有的功能,因此验证需要收集数据的设备完成。 如果设备设置不正确,数据可能会输入不正确,所呈现出来的信息就毫无用处。

Graves 称,更好的选择是使用专为嵌入式设计的数据库。 Graves 认为,理想的设置是“共享适用的 NoSQL 数据库的一些属性”,但同时“提供本机、非 SQL 低级别(和类型安全)编程接口。 这些通常比 SQL 快、更容易编程,并且占用空间更小。

Graves 以 McObject 的 eXtremeDB 内存数据库系统为例。 通过使用来自 SQL 和 NoSQL 的混合架构,eXtremeDB 提供了一个轻量级的强大数据库。

Graves 补充说,这种数据结构将部署成本降到最低,因为它最大限度地减少了资源消耗。 轻量级数据库让客户可以使用成本较低的处理器,并且在边缘设备上所需的系统内存也较少。

安全是重中之重

不管怎样,安全需要渗入到当今每个嵌入式系统。 轨道系统也不例外。

Graves 指出,因为 eXtremeDB 是专为嵌入式系统开发的,所以从一开始,数据完整性就成为了首要关注点。 所以,不必惊讶,eXtremeDB 通过 SSL 支持安全通信,可以完全加密数据库内容。

DBMS 还提供了一种类型安全的编程接口。 该接口消除了最常见的源数据库损坏,也就是说,它使用 void 指针在数据库运行时和应用程序之间传递数据。

同样,eXtremeDB 针对最出色的可靠性而设计。 例如,数据库采用称为 eXtremeDB 高可用性版本的容错版本。 此运行时维护多个启用热故障转移的相同数据库。 典型配置包括:

  • 单个硬件上多个进程或线程
  • 机箱内两个或多个主板
  • LAN 上多台计算机

为轨道系统做好准备的硬件

无论您选择什么硬件,任何轨道系统都需要坚固耐用。 列车不停地晃动、加速和减速,并经历各种天气状况。 当然,您需要足够的计算能力来处理您的数据。

一个经济的解决方案是 Nexcom 的 NROK 1020 列车计算机(图 1)。 该计算机采用四核英特尔® 凌动™ x5-E3930 处理器,具有轨道应用程序所需的性能、I/O 和耐用性。 此外,最新一代英特尔凌动处理器具有许多新的安全功能和硬件增强加密功能,可确保您的系统安全。

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图 1. nROK 1020 列车计算机已准备在轨道系统上安装。 (来源: Nexcom

满足您自己的设计目标

虽然数据库可能不是您在构建轨道系统时首先考虑的事项,但它们不容忽视。 专为嵌入式设计的智能数据库可以帮助您实现多个设计目标。 这些包括高性能、低硬件和存储成本、最小的通信流量和高可靠性。 鉴于这些潜在的优势,嵌入式数据库值得您关注。

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