工业物联网（IIoT）数据库在铁路系统中的应用

作者  JEREMY COOK，工程报刊顾问

随着轨道系统产生更多的数据，开发人员需要重新思考在哪里和如何处理信息。 传统系统将数据移动到控制中心进行分析，但现代系统通常将此功能保留在火车上。

这种雾化计算方法的挑战在于它对于车载计算机造成沉重的负担。 除了增加计算负载之外，还需要在本地保留数据可能会导致存储问题。

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

了解雾化计算

雾化计算对轨道系统有很多好处。 这样的配置允许车载计算机实时执行计算并立即行动。 在列车级处理后，数据迁移到控制中心，从而可以对整个系统进行趋势分析。

预测性维护是提供给轨道系统的优点类型的一个很好的例子：车载分析可以监测轴承问题的声学数据，制动问题的温度传感器，甚至跟踪RFID和照片数据，以将潜在问题与特定的机车相结合。

控制和安全子系统也可以采取行动; 这里的例子包括灭火，数字视频监控和空调。

数据库应用于铁路

数据库管理系统（DBMS）对所有以上功能至关重要， 选择正确的DBMS应用是设计的关键。

SQL数据库是一个明显的选择，但SQL的高度组织和自引用结构占用了相对较大的存储空间和处理能力。

最重要的是，SQL是过量的。 McObject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。 最终用户不会看到数据库，所以SQL的很多功能都是用不上的。 类似地，缩放通常不是一个很大的因素。 虽然随着时间的推移，火车组可能会占用新的子系统，但是需求的变化很少。

Edge devices do not need the sophistication of an SQL database. 边缘设备通常不需要复杂的SQL数据库。

— Steve Graves (@McGuy), Co-Founder
and CEO of @McObject

 

另一个选择是使用松散格式的数据库，例如使用NoSQL的数据库。 但数据验证在这些数据库中并不是固有的，因此收集数据的设备要验证。 如果没有正确设置，数据可能输入不正确。所以，最好不要使用该类型数据库。

Graves觉得更好的选择是使用嵌入式设计的数据库。 Graves认为：“嵌入式数据库理想设置可分享NoSQL数据库的一些属性，而且同时提供了本机、non-SQL低级（和安全）编程接口，通常比SQL更快，更容易 编程，占用更小的空间。”

Graves指出，McObject公司的eXtremeDB内存数据库系统通过使用从SQL和NoSQL中提取的混合架构，为大家提供了一个强大而轻便的数据库。这种数据结构消耗的资源最小，从而最大限度地减少了部署成本。这个轻便数据库允许客户在边缘设备上使用成本较低的处理器，和更小的系统内存。

安全优先

任何应用，安全性都必须嵌入到每个嵌入式系统中。 铁路系统也不例外。

Graves指出，由于eXtremeDB是专为嵌入式系统开发的，所以从一开始数据完整性就是至关重要的。eXtremeDB支持通过SSL进行安全通信，并能完全加密数据库内容。

DBMS还提供了类型安全的编程接口。 该接口消除了最常见的数据库损坏来源，即使用void指针在数据库运行时和应用程序之间传递数据。

同样地，eXtremeDB也是为了最安全的可靠性而设计的。 例如，MCObject有推出一个称为eXtremeDB高可用性版本的容错版本。 该版本运行时维护多个相同的数据库，以启用热故障切换。 典型配置包括：

·     单个硬件上多个进程或线程

·     机箱内有两个或多个电路板

·     LAN上多台计算机

铁路就绪硬件

选任一种硬件，每个铁路系统都还需要加固： 火车不停地鸣笛、加速、减速、经历各种天气。 当然，需要配置足够的计算能力来处理相关的数据。

Nexcom公司开发的NROK 1020火车计算机（图1），采用四核Intel-Atom-x5-E3930处理器设计，具有轨道应用所需的性能，I / O和坚固的可靠性。 此外，采用最新一代的英特尔凌动处理器，集成大量新的安全功能和增强硬件的加密功能，可以有效保护铁路系统的安全。



图1. The nROK 1020 (来源: Nexcom)

确认自己设计的目标

 

虽然数据库可能不是您在构建铁路系统时考虑的第一件事情，但它是不能忽视的。 专为嵌入式设计的智能数据库可以帮助您实现多种设计目标：较少的成本配置低端硬件、较小的存储、最低通信流量和可靠性较高的性能。 鉴于这些潜在优势，嵌入式数据库值得一试。