Ảo Hóa Trong Tự Động Hóa Công Nghiệp Là Gì?
30/10/2020
Nắm bắt khái niệm ảo hóa là một yếu tố quan trọng trong việc phát triển và triển khai các ứng dụng IoT công nghiệp vì cách ảo hóa cho phép mở rộng quy mô, bảo mật và tính di động, cũng như các yếu tố về tốc độ và sự nhanh nhẹn.
Tại Hội nghị 2020 Ignition Community Conference, được tổ chức bởi Inductive Automation, ông Mike Fahrion, Giám đốc công nghệ tại Advantech B+B SmartWorx, đã có một bài thuyết trình giải thích việc sử dụng ảo hóa cho các ứng dụng tự động hóa công nghiệp. Mặc dù đã có rất nhiều thông tin về khái niệm ảo hóa trong các ứng dụng sản xuất, vẫn còn một chút nhầm lẫn xung quanh chủ đề này. Để giúp làm rõ sự nhầm lẫn này, bài thuyết trình của ông Fahrion đã đưa ra nhiều lời giải thích đơn giản. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ nêu ra những điểm chính.
Chuyên dụng và Ảo hóa
Để giúp tạo bối cảnh cho lời giải thích của mình về ảo hóa, ông Fahrion đã đưa ra một số ví dụ, chẳng hạn như mua một máy quay từ những năm 1990 hoặc đầu những năm 2000 khi bạn muốn quay nội dung nào đó trên video hoặc mua đồng hồ báo thức để đảm bảo bạn thức dậy đúng giờ, hoặc mua một thiết bị GPS nếu bạn đang đi bộ đường dài từ xa. Đây là tất cả các ví dụ về các thiết bị chuyên dụng mà chúng ta đã từng mua để làm những việc cụ thể.
Ông Fahrion cho biết: “Nhưng khi chúng ta sử dụng các thiết bị chuyên dụng để xây dựng các giải pháp công nghiệp, mọi thứ trở nên phức tạp và tốn kém. Khi bạn xây dựng một giải pháp sử dụng các thiết bị chuyên dụng, bạn tiếp tục mua ngày càng nhiều thiết bị. Sau đó, bạn phải tìm ra tất cả các kết nối và tích hợp [giữa các thiết bị đó] và nó trở thành một mối quan hệ rất tuyến tính. Nếu bạn muốn thêm một chức năng khác, bạn cần có thêm một thiết bị khác”.
Đó là lúc ảo hóa xuất hiện. Với công nghệ này, chúng ta có quyền truy cập vào “các thiết bị do phần mềm xác định chạy trong các nền tảng phần cứng chung [để] khi chúng tôi muốn thêm một chức năng, chúng ta chỉ cần thêm một ứng dụng phần mềm khác để mở rộng giá trị và tính linh hoạt của phần cứng mà chúng ta đã sở hữu”, ông nói. “Điều này là lý tưởng cho môi trường chuyển đổi số ngày nay vì chúng ta không chỉ có thể giảm số lượng phần cứng cần mua mà còn tăng cường sự nhanh nhẹn và khả năng thích ứng để chúng ta có thể dễ dàng đáp ứng các yêu cầu kinh doanh đang thay đổi. Và [ảo hóa] cho phép chúng ta thực hiện điều này mà không cần chu kỳ loại bỏ - và -thay thế lớn và nó làm giảm sự bó buộc của nhà cung cấp”.
Từ trung tâm dữ liệu đến công nghiệp
Ông Fahrion lưu ý rằng ảo hóa không phải là điều gì đó mới mẻ. Ông nói: “Chúng tôi đã làm việc đó trên các máy chủ và trung tâm dữ liệu trong nhiều năm. Trong thế giới của các trung tâm dữ liệu và máy chủ, cách thức hoạt động của máy ảo là thông qua việc bổ sung một lớp phần mềm được gọi là siêu giám sát (hypervisor) nằm trên phần cứng máy tính. Một hypervisor cho phép một phần cứng chạy nhiều máy ảo. Fahrion nói thêm rằng “các máy ảo của Advantech B+B SmartWorx nằm trên bộ siêu giám sát đó để mỗi máy ảo kết hợp với nhau một hệ điều hành, bản thân ứng dụng và bất kỳ thành phần phụ thuộc, thư viện hoặc cấu hình nào cần thiết để chạy ứng dụng đó. Và các máy ảo này dễ dàng được nhân rộng trên các nền tảng phần cứng khác nhau, rất dễ để tăng hoặc giảm quy mô”.
Sử dụng Hypervisor, một phần cứng có thể chạy nhiều máy ảo (VM). Mỗi máy ảo bao gồm một hệ điều hành, ứng dụng và bất kỳ thành phần phụ thuộc nào của nó. Máy ảo dễ dàng được sao chép trên các nền tảng phần cứng khác nhau.
Liên hệ khái niệm này với các ứng dụng công nghiệp, ông Fahrion giải thích rằng máy ảo trên hypervisor sẽ không nằm trong trung tâm dữ liệu được kiểm soát về môi trường mà là ở biên mạng trong một vỏ NEMA hoặc được nhúng bên trong một phần thiết bị đóng gói nơi nó có thể có nhiệt độ cao hơn và lưu lượng không khí thấp. Đây là nơi mà khái niệm container (vùng chứa) xuất hiện.
Các vùng chứa là một “dạng ảo hóa gọn gàng hơn”, ông Fahrion giải thích, vì chúng “chia sẻ hệ điều hành chủ hơn là sao chép hệ điều hành trong mỗi container. Do đó, chúng ta chỉ cần một hệ điều hành trên hệ thống cho mỗi container để chứa ứng dụng và các thành phần phụ thuộc, thư viện và cấu hình của nó”.
Ông nói thêm rằng, nếu có các thư viện trong hệ điều hành được chia sẻ trên các vùng chứa, thì không cần thiết phải sao chép chúng trong mỗi vùng chứa. “Các vùng chứa cách biệt với nhau và với thế giới bên ngoài; chúng tôi tạo kết nối qua các mạng ảo bên trong các vùng chứa hoặc kết nối chúng với thế giới bên ngoài.”
Vì mỗi vùng chứa về cơ bản đều có các mạng ảo riêng và không có quyền truy cập vào các ổ cắm bên ngoài hoặc các container khác theo kiểu truyền thống, ông Fahrion nói rằng, nếu thiết lập này được quản lý đúng cách, việc sử dụng các vùng chứa có thể giảm đáng kể số lượng vectơ tấn công vào mạng lưới.
Ưu điểm bổ sung
Ngoài lợi thế bảo mật của các vùng chứa, ông Fahrion cho biết một lợi thế lớn khác là khả năng phục hồi. “Khi bạn xây dựng một ứng dụng nguyên khối chứa giao diện người dùng, cơ sở dữ liệu của bạn và mọi thứ khác, nếu một phần của ứng dụng đã biên dịch đó gặp sự cố, toàn bộ sẽ biến mất và cần được khởi động lại,” ông nói. “Tuy nhiên, trong một container, chúng tôi tách biệt từng chức năng đó với nhau. Điều này có nghĩa là một ứng dụng bị lỗi sẽ không làm hỏng toàn bộ máy. Chúng tôi chỉ cần khởi động lại vùng chứa cụ thể đó, điều này có thể được thiết lập để xảy ra tự động.”
Việc sử dụng container cho phép mở rộng kiến trúc “gốc đám mây” sang Smart Device Edge. Mỗi thành phần của giải pháp (cơ sở dữ liệu, công cụ logic, trực quan hóa, v.v.) là một dịch vụ độc lập Điều này cho phép các thành phần của giải pháp dễ dàng di chuyển lên ngăn xếp khi các ứng dụng phát triển.
Một ưu điểm khác mà ông Fahrion lưu ý là tính di động. Bởi vì các vùng chứa chứa cả ứng dụng và các phụ thuộc của nó, bạn có thể di chuyển các vùng chứa này trên các nền tảng phần cứng bất kể là ARM hay x86 hoặc bộ xử lý đa lõi lớn hay bộ xử lý biên đơn giản lõi đơn. Ông lưu ý: “Điều này cực kỳ quan trọng trong không gian IoT công nghiệp vì chúng ta thường thiết kế hệ thống cho các vòng đời rất dài. “Vì vậy, nếu bạn cần thay thế phần cứng của mình sau 5 hoặc 7 năm kể từ bây giờ, bạn sẽ thấy rằng bạn không thể mua hệ thống biên đó với cùng một bộ xử lý, cấu hình bộ nhớ và ổ đĩa. Nhưng bạn vẫn cần ứng dụng của mình chạy liền mạch trên phần cứng mới mà không có bất kỳ phụ thuộc cục bộ nào. Các vùng chứa sẽ cung cấp giải pháp đó cho bạn.”
Quy mô là một tính năng quan trọng khác của ảo hóa. Fahrion giải thích rằng, vì các vùng chứa mới có thể được triển khai hầu như chỉ trong vài giây, nên “rất dễ dàng để triển khai một giải pháp duy nhất trên hàng nghìn phần cứng và hàng nghìn địa điểm,” ông nói. Bằng cách này, vùng chứa loại bỏ vấn đề ứng dụng hoạt động trên một máy nhưng không hoạt động trên máy khác cũng như các chu kỳ gỡ lỗi liên quan đến việc khắc phục các sự cố đó.
Tốc độ và sự nhanh nhẹn là một tập hợp các lợi thế khác của việc sử dụng vùng chứa. Ông Fahrion nói: “Nếu bạn cần cập nhật một trong các ứng dụng được ảo hóa, được chứa trong vùng chứa của mình, bạn có thể dừng vùng chứa đó và cập nhật mà không cần gỡ xuống bất kỳ thành phần phần cứng nào hoặc phần còn lại của các ứng dụng. “Hoặc có thể bạn muốn các ứng dụng của mình luôn cập nhật lên phiên bản mới nhất hoặc có thể bạn không bao giờ muốn điều đó xảy ra và bạn muốn chúng luôn cố định trên một phiên bản rất cụ thể - tất cả đều có thể được thực hiện bằng một lệnh đơn giản. Như thường lệ xảy ra trong thế giới IoT công nghiệp và chuyển đổi số, chúng ta phát hiện ra các trường hợp sử dụng mới khi chúng ta tiếp tục phát triển, vì vậy, rất phổ biến khi muốn thêm các tính năng mới, chẳng hạn như thêm một công cụ suy luận trí tuệ nhân tạo vào một giải pháp chứa đựng. Điều đó rất dễ thực hiện bằng cách chỉ cần thêm một vùng chứa khác - và bạn không phải lo lắng về việc nó ảnh hưởng đến phần còn lại của ứng dụng hoặc những gì nó sẽ làm với giao diện người dùng hoặc cơ sở dữ liệu của bạn vì mọi thứ đều được tách biệt."
