边缘计算

如果必须选出一个长期应用预测性维护技术的系统，那必然是列车。交流电驱动的现代发电机是极为复杂的系统，成本有时高达 230 万美元。如果铁路运营商采用预测性维护算法来监控传感器、执行器和控制子系统的异常行为，则可以降低成本，推动收入增长，并且可让投资回报最大化。

但为了进行有效的预测性维护，数据必须通过智能铁路通信网络来传输。例如，运营数据必须能够轻松访问，可用于检测列车的异常表现、训练机器学习模型并将执行推理的对象传达给边缘算法。

基于上述理由，欧盟资助发起 SCOTT （安全连接的可信任事物）项目，目标是在无线解决方案中建立信任，比如自主无线网络 (AWN)。该项目涉及 5G 和云计算在 15 个工业用例中的应用（包括跨域应用和异构环境），它采用一种符合 ISO 29182 标准的标准化多域参考架构，可根据智能铁路运输用例的需求进行定制。

SCOTT 参考架构中定义的模块可用于设计这些应用中的无线技术和服务架构。

SD-WAN 的优点

参考架构中不够明确的一点是，目前铁路环境中已存在多少可供 AWN 利用的连接，特别是在客运列车上。

考虑到这些列车已通过各种有线和无线通信媒介为信息系统、列车控制以及乘客生产力和娱乐网络提供支持。事实上，SCOTT 项目面临的主要挑战是连接数量过多。例如，运行预测性维护算法所需的敏感运营数据必须与其他不太重要的流量隔离。

可以通过安装额外的单独网络来实现这些流量的安全和隔离。当然，这样做不仅会增加维护的成本和复杂性，列车工程师还需要维护额外的设备。而这对于专注于预测性维护的项目来说，似乎是一个错误的方向。

在这种环境下，隔离业务数据通信的另一种选择是实施安全的虚拟专用网络 (VPN)。但它们很快也会让情况变得复杂，难以管理。

第三种解决方案是铁路环境中介于成本和复杂性之间的适宜地带，但与此同时仍可带来您期待核心网络具有的能力。软件定义广域网络 (SD-WANs) 是一种智能化的网络架构、部署和管理拓扑结构，可为边缘环境带来灵活性。它们可以部署在现成的硬件上，从而使用户能够在获取软件智能价值的同时，最大限度地降低专用网络硬件的成本和复杂性。

SD-WAN 符合 SCOTT 项目的需求

针对多个网络中流动的所有通信和数据类型，SCOTT 项目需要 SD-WAN 所带来的灵活性和开放性。当然，它还需要一个 SD-WAN 运行平台。该平台必须能够承受铁路车辆环境的严酷考验，并具备足够强大的安全性，以防止列车这种重达数百吨的抛射体落入黑客手中。

因此，项目的利益相关者找到 Klas，一家专注于网络边缘通信解决方案的 国际工程设计公司。他们最终选择公司的车载计算网关 TRX R6 来满足车地通信和控制需求 （图 1）。

TRX R6 是一个开放的模块化计算网络移动网关平台，专为列车、轻轨和公共汽车上的特定应用而设计。它采用硬件和软件解决方案结合的独特设计，运行在系列多核心 x86 英特尔^® 酷睿处理器上。此外，它还装载了专为优化英特尔 x86 处理器和 Klas 硬件功耗而设计的先进操作系统 Klas OS Keel。

该操作系统内置轻量级管理程序，可在虚拟容器内的单一平台上支持应用程序 — 便于运营商逐步增加功能。KlasOS Keel 还符合联邦政府安全规定，并承载一系列高级功能，例如 SD-WAN。

由于英特尔处理器设备内置硬件虚拟化功能，Klas 的工程师能够在不同内核上运行的安全分区虚拟机中，对不同的用例隔离 SCOTT 项目网络堆栈和应用程序。

KlasOS Keel 对于管理每台虚拟机，确保在正确的时间为关键的延迟敏感型通信提供合适的资源而言也至关重要。正如 Klas 高级产品营销经理 Mark Lambe 指出，从本质上讲，集成 TRX R6 的管理程序允许多个系统作为虚拟机运行，从而为列车运营商提供成本和空间节省。

全部安装完成后，Klas 的工程师继续实施 SD-WAN，它不仅可满足新的 AWN 要求和现有网络需求，还能提供一种减少列车上网络硬件数量的途径。

换言之，将适当的连接模块插入主要 TRX R6 主机计算平台后，SD-WAN 可对来自多个异构网络的流量进行路由和优先排序，如同穿越每个单独的硬件。因此，考虑到软件的智能性和硬件的开放性，需要不同级别安全性和可靠性的所有运营数据 AWN、乘客联网和信息系统以及控制网络都可以根据其需求进行管理。

铁路上的 Real ROI

除了采用新的网络类型、同时减少硬件基础设施数量和成本外，SCOTT 项目与 Klas 开展合作的好处还包括无论需要何种连接，都能够承载第三方应用 —— 当然，它已经获得支持。这些应用程序可以在 SCOTT 项目确定的框架中存在，因此列车工程师和其他工业设备运营商可直接部署网络边缘的预测性维护。

“在类似于 TRX R6 的平台上实现标准化时，一旦技术发生变化，也不需要对硬件进行改造；因此，您也不需要让人员重新接受新硬件、操作系统或管理软件培训，” Klas 物联网行业解决方案和合作伙伴开发负责人 Arnold Allen III 指出。“从物流角度来看，所有车辆平台上的运行备件和部件都得以简化，从而有助于降低维护和拥有成本。”

如果这不是正确的 ROI，那么不知道什么才是。

本文由 insight.tech 的副主编 Christina Cardoza 编辑。