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無論構(gòu)建什么樣的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，都必須具備三個“必備”要素：傳感器節(jié)點、網(wǎng)關(guān)和云網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)關(guān)是傳感器節(jié)點與云端之間的過渡系統(tǒng)，負(fù)責(zé)雙向傳輸信息和命令。 然而，由于距離的限制，網(wǎng)關(guān)功能得到了改進(jìn)，現(xiàn)在與云共享部分處理工作負(fù)載，現(xiàn)在被認(rèn)為是邊緣計算資源。
許多不同類型的設(shè)備可以被視為不同物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的網(wǎng)關(guān)。 例如，在家電物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，智能音箱可能起到網(wǎng)關(guān)的作用。 每個節(jié)點通過Wi-Fi或藍(lán)牙連接到揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器傳輸信息和命令。 另一個示例可能是面向公眾的 IoT 應(yīng)用程序。 蜂窩基站充當(dāng)網(wǎng)關(guān)，節(jié)點通過 4G LTE 或 5G 連接到它們，信息和命令由蜂窩基站傳輸。
網(wǎng)關(guān)也應(yīng)用于需要工業(yè)計算機(jī) (IPC) 的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 應(yīng)用程序。 在 IIoT 中，有很多網(wǎng)關(guān)的例子。 應(yīng)用程序可能只是使用嵌入式計算機(jī)作為網(wǎng)關(guān)，而其他應(yīng)用程序則使用全尺寸服務(wù)器機(jī)房。 然而，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中使用的許多網(wǎng)關(guān)只能執(zhí)行基本功能，缺乏全面的軟硬件支持。
最近，我收到了研華 EI-52 (EI-52-S6A1) 邊緣智能系統(tǒng)進(jìn)行體驗。 我把它拆箱，測試了系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)它使用起來很簡單。 在本文中，我將使用 EI-52 來說明在為 IIoT 應(yīng)用程序設(shè)置網(wǎng)關(guān)時應(yīng)考慮的關(guān)鍵點和特征。
在筆者家中摸索體驗的EI-52
工業(yè)級計算機(jī)的三種應(yīng)用
IPC 與普通的家用和辦公用計算機(jī)有很大不同。 它們可能安裝在高溫鍋爐旁邊或訪客熱點區(qū)域中碰撞可能性高的區(qū)域。 因此，工控機(jī)的機(jī)械設(shè)計需要更多地關(guān)注可靠性。 EI-52 的機(jī)械設(shè)計不僅專為極端環(huán)境而設(shè)計，而且還具有工業(yè)級堅固性設(shè)計，可在 -10 至 50 °C 的溫度下運(yùn)行。
EI-52 有三個主要應(yīng)用； 第一，室內(nèi)設(shè)施，如商店、商場和百貨公司； 二、工廠生產(chǎn)線自動化； 第三，零售和便利店的自助服務(wù)亭。
具有長期服務(wù)和支持的主流 Windows 操作系統(tǒng)
在過去調(diào)查服務(wù)器市場后，我注意到塔式服務(wù)器是零售行業(yè)中使用最廣泛的服務(wù)器。 即使 Linux 的市場份額不斷增長，Windows 操作系統(tǒng)仍然是零售行業(yè)使用的主流操作系統(tǒng)，因為商店經(jīng)理和員工更熟悉該操作系統(tǒng)，他們可以更輕松地在 Windows 下更改設(shè)置或進(jìn)行基本的故障排除 . EI-52 使用 Windows 10 Enterprise Long-Term Servicing Channel (LTSC)，不僅提供熟悉的操作系統(tǒng)，而且保證長期的售后服務(wù)和支持。
EI-52使用Windows 10企業(yè)版長期服務(wù)通道
EdgeX Foundry 和強(qiáng)大的技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)
EdgeX Foundry 是一個高度靈活且可擴(kuò)展的開源軟件框架，可促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備和應(yīng)用程序之間的互操作性。 在實踐中，網(wǎng)關(guān)需要使用 Docker 容器技術(shù)來執(zhí)行 EdgeX Foundry。
由于EdgeX Foundry 2018年版本的重大升級，其安全基礎(chǔ)設(shè)施得到增強(qiáng)，計算資源需求降低。 此外，它現(xiàn)在使用Docker容器技術(shù)，而不是Hypervisor（VM，虛擬機(jī)），更輕量級，保留了大量硬件資源以供其他用途和未來擴(kuò)展。
在較低的資源要求方面，舊版本的EdgeX，包括容器需要519MB的存儲空間，而新版本只需要68MB。 模擬100個節(jié)點運(yùn)行時，舊版本需要1302MB RAM，而新版本只需要27MB。 除了這個顯著的節(jié)省之外，網(wǎng)關(guān)服務(wù)程序的初始化速度更快，從每個服務(wù)大約 35 秒到不到一秒。 我檢查了EI-52所有預(yù)裝軟件使用的存儲空間。 它只有大約 38 GB，包括操作系統(tǒng)、EdgeX Foundry 和所有相關(guān)的軟件程序。
EdgeX Foundry 擁有強(qiáng)大的技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)，得益于各種硬件和軟件供應(yīng)商的支持。 其產(chǎn)品包括各種內(nèi)置通信協(xié)議、多個傳感器節(jié)點（如相機(jī)和條形碼閱讀器）的驅(qū)動程序和示例代碼。 相關(guān)文檔、歷史問題、討論記錄也非常全面。 EdgeX Foundry 真正簡化并加快了 IIoT 應(yīng)用程序的開發(fā)。
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EI-52的EdgeX控制面板界面
WISE-DeviceOn，高效的后端管理軟件
在操作方面，EI-52 使用 EdgeX Foundry，它使用微服務(wù)來管理節(jié)點。 此外，網(wǎng)關(guān)也需要管理，因此研華開發(fā)了名為 WISE-DeviceOn 的設(shè)備管理解決方案。
WISE-DeviceOn分為兩部分，一是WISE-Agent，安裝在被管理的設(shè)備上（這里是EI-52），二是WISE-DeviceOn云服務(wù)，由研華建立和運(yùn)營 作為后端。 WISE-Agent 負(fù)責(zé)收集被管理設(shè)備的信息并傳輸?shù)胶蠖?，同時從云端接收控制設(shè)備的命令。
通過后端，管理員可以在現(xiàn)場查看多個網(wǎng)關(guān)的實時狀態(tài)，如網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)、異常事件等。 如果檢測到異常事件，則可以遠(yuǎn)程進(jìn)行進(jìn)一步診斷。 此外，可以進(jìn)一步分析設(shè)備數(shù)據(jù)以進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)。
管理員可以通過無線方式更新所有網(wǎng)關(guān)上的固件，遠(yuǎn)程控制電源開關(guān)，以及配置通知條件。 更重要的是，WISE-DeviceOn 允許對多個網(wǎng)關(guān)（設(shè)備組）進(jìn)行分組，從而可以進(jìn)行批量操作。 這節(jié)省了大量的時間和精力。
WISE-DeviceOn云端管理接口（設(shè)備名稱若干遮蓋）
公有云支持
EI-52采集現(xiàn)場所有信息后，需要上傳到云端。 理論上，只要數(shù)據(jù)格式和協(xié)議正確映射到所需的云服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，任何云服務(wù)都可以使用。
如上所述，云是整個物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營中不可或缺的一部分。 通過云端的數(shù)據(jù)聚合，管理員可以了解現(xiàn)場設(shè)備的整體變化，從收集的數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)細(xì)微的模式，并進(jìn)行后續(xù)的預(yù)測和響應(yīng)。
EI-52聯(lián)機(jī)Microsoft Azure IoT Hub的后臺管理畫面（部份信息若干遮蓋）
兩個可選功能：推理加速和備份
EI-52 可以在本地進(jìn)行 AI 推理，因為它與云端共享推理工作負(fù)載，這使得它更及時、更省電，并降低數(shù)據(jù)傳輸成本（公有云服務(wù)通常按數(shù)據(jù)使用量收費(fèi)）。
對此，EI-52 中的第 11 代 Intel? Core? i5/i3/Celeron 處理器使用內(nèi)置的 AVX-512 VNNI 指令集，可通過利用 硬件進(jìn)行計算。 您還可以選擇將研華的 VEGA-330 AI 模塊添加到 EI-52，該模塊采用 mini-PCIe 封裝，包含兩個 Intel? Movidius? Myriad? X VPU，可加快視頻流的推理速度。
除了Edge AI模塊，EI-52還可以搭載研華其他5G和Wi-Fi模塊，滿足云端和傳感器的各種通信需求。 所有模塊均經(jīng)過兼容性、性能和熱可靠性測試，以確保穩(wěn)定運(yùn)行。
網(wǎng)關(guān)對信息安全的要求比傳感器節(jié)點和云網(wǎng)絡(luò)更高，因為云服務(wù)器大多位于數(shù)據(jù)中心，系統(tǒng)受到嚴(yán)格監(jiān)控和多層保護(hù)，而網(wǎng)關(guān)和傳感器節(jié)點大多放置在開放環(huán)境和公共空間中，這使得 很難有充分的保護(hù)。 網(wǎng)關(guān)不僅可以通過互聯(lián)網(wǎng)被黑客入侵，還可以通過物理方法被黑客入侵。
當(dāng)單個傳感器受到攻擊時，通常只會造成很小的局部損壞，并且工作負(fù)載很容易被相鄰節(jié)點覆蓋。 但是，一旦網(wǎng)關(guān)受到攻擊，影響將擴(kuò)展到整個區(qū)域，不容忽視。
因此，EI-52 中安裝可選的防病毒和數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)軟件實用程序。 研華已與軟件供應(yīng)商合作，測試并驗證 McAfee 防病毒軟件和 Acronis 數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)軟件可用于為 EI-52 提供所有必要的保護(hù)和安全措施。
除了軟件實用程序外，EI-52還有一顆硬件芯片（Infineon SLB9670XQ2.0），提供TPM 2.0安全相關(guān)功能，避免數(shù)據(jù)篡改。 同時，數(shù)據(jù)分散保存，即使黑客訪問整個EI-52設(shè)備，沒有驗證密鑰也無法正確解碼其中的數(shù)據(jù)。
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EI-52方案整體示意圖（繪圖：陸向陽）
結(jié)論
從這次開箱體驗中，可以得出結(jié)論，雖然一般的簡單和基本的網(wǎng)關(guān)解決方案提供了足夠的功能，但要長期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，全面的邊緣智能解決方案是必須的。 此類解決方案應(yīng)具有穩(wěn)健的機(jī)械設(shè)計、良好的售后服務(wù)、強(qiáng)大的軟件開發(fā)商生態(tài)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程診斷/固件更新/批量操作、推理加速以及數(shù)據(jù)安全和保護(hù)。 EI-52 專注于這些關(guān)鍵點，是在 IIoT 應(yīng)用中發(fā)揮積極作用的理想邊緣計算產(chǎn)品。
作者：Makerpro?
