無論構建什么樣的物聯(lián)網系統(tǒng)，都必須具備三個“必備”要素：傳感器節(jié)點、網關和云網絡。 網關是傳感器節(jié)點與云端之間的過渡系統(tǒng)，負責雙向傳輸信息和命令。然而，由于距離的限制，網關功能得到了改進，現在與云共享部分處理工作負載，現在被認為是邊緣計算資源。

許多不同類型的設備可以被視為不同物聯(lián)網系統(tǒng)中的網關。 例如，在家電物聯(lián)網應用中，智能音箱可能起到網關的作用。每個節(jié)點通過Wi-Fi或藍牙連接到揚聲器，揚聲器傳輸信息和命令。 另一個示例可能是面向公眾的 IoT 應用程序。 蜂窩基站充當網關，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。

網關也應用于需要工業(yè)計算機 (IPC) 的工業(yè)物聯(lián)網 (IIoT) 應用程序。 在 IIoT 中，有很多網關的例子。 應用程序可能只是使用嵌入式計算機作為網關，而其他應用程序則使用全尺寸服務器機房。然而，工業(yè)物聯(lián)網中使用的許多網關只能執(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)進行體驗。我把它拆箱，測試了系統(tǒng)，發(fā)現它使用起來很簡單。 在本文中，我將使用 EI-52 來說明在為 IIoT 應用程序設置網關時應考慮的關鍵點和特征。

在筆者家中摸索體驗的EI-52

工業(yè)級計算機的三種應用

IPC 與普通的家用和辦公用計算機有很大不同。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，工控機的機械設計需要更多地關注可靠性。 EI-52 的機械設計不僅專為極端環(huán)境而設計，而且還具有工業(yè)級堅固性設計，可在 -10 至 50 °C 的溫度下運行。

EI-52 有三個主要應用; 第一，室內設施，如商店、商場和百貨公司;二、工廠生產線自動化; 第三，零售和便利店的自助服務亭。

具有長期服務和支持的主流 Windows 操作系統(tǒng)

在過去調查服務器市場后，我注意到塔式服務器是零售行業(yè)中使用最廣泛的服務器。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 下更改設置或進行基本的故障排除 . 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和支持。

EI-52使用Windows 10企業(yè)版長期服務通道

EdgeX Foundry 和強大的技術生態(tài)系統(tǒng)

EdgeX Foundry 是一個高度靈活且可擴展的開源軟件框架，可促進物聯(lián)網邊緣設備和應用程序之間的互操作性。在實踐中，網關需要使用 Docker 容器技術來執(zhí)行 EdgeX Foundry。

由于EdgeX Foundry 2018年版本的重大升級，其安全基礎設施得到增強，計算資源需求降低。 此外，它現在使用Docker容器技術，而不是Hypervisor(VM，虛擬機)，更輕量級，保留了大量硬件資源以供其他用途和未來擴展。

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，網關服務程序的初始化速度更快，從每個服務大約 35 秒到不到一秒。我檢查了EI-52所有預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 和所有相關的軟件程序。

EdgeX Foundry 擁有強大的技術生態(tài)系統(tǒng)，得益于各種硬件和軟件供應商的支持。其產品包括各種內置通信協(xié)議、多個傳感器節(jié)點(如相機和條形碼閱讀器)的驅動程序和示例代碼。 相關文檔、歷史問題、討論記錄也非常全面。 EdgeX Foundry 真正簡化并加快了 IIoT 應用程序的開發(fā)。

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，它使用微服務來管理節(jié)點。 此外，網關也需要管理，因此研華開發(fā)了名為 WISE-DeviceOn 的設備管理解決方案。

WISE-DeviceOn分為兩部分，一是WISE-Agent，安裝在被管理的設備上(這里是EI-52)，二是WISE-DeviceOn云服務，由研華建立和運營 作為后端。 WISE-Agent 負責收集被管理設備的信息并傳輸到后端，同時從云端接收控制設備的命令。

通過后端，管理員可以在現場查看多個網關的實時狀態(tài)，如網絡連接狀態(tài)、異常事件等。如果檢測到異常事件，則可以遠程進行進一步診斷。 此外，可以進一步分析設備數據以進行預測性維護。

管理員可以通過無線方式更新所有網關上的固件，遠程控制電源開關，以及配置通知條件。更重要的是，WISE-DeviceOn 允許對多個網關(設備組)進行分組，從而可以進行批量操作。 這節(jié)省了大量的時間和精力。

WISE-DeviceOn云端管理接口(設備名稱若干遮蓋)

公有云支持

EI-52采集現場所有信息后，需要上傳到云端。 理論上，只要數據格式和協(xié)議正確映射到所需的云服務標準，任何云服務都可以使用。

如上所述，云是整個物聯(lián)網運營中不可或缺的一部分。 通過云端的數據聚合，管理員可以了解現場設備的整體變化，從收集的數據分析中發(fā)現細微的模式，并進行后續(xù)的預測和響應。

EI-52聯(lián)機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 可以在本地進行 AI 推理，因為它與云端共享推理工作負載，這使得它更及時、更省電，并降低數據傳輸成本(公有云服務通常按數據使用量收費)。

對此，EI-52 中的第 11 代 Intel® Core? i5/i3/Celeron 處理器使用內置的 AVX-512 VNNI 指令集，可通過利用 硬件進行計算。 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。所有模塊均經過兼容性、性能和熱可靠性測試，以確保穩(wěn)定運行。

網關對信息安全的要求比傳感器節(jié)點和云網絡更高，因為云服務器大多位于數據中心，系統(tǒng)受到嚴格監(jiān)控和多層保護，而網關和傳感器節(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。 網關不僅可以通過互聯(lián)網被黑客入侵，還可以通過物理方法被黑客入侵。

當單個傳感器受到攻擊時，通常只會造成很小的局部損壞，并且工作負載很容易被相鄰節(jié)點覆蓋。但是，一旦網關受到攻擊，影響將擴展到整個區(qū)域，不容忽視。

因此，EI-52 中安裝可選的防病毒和數據備份和恢復軟件實用程序。研華已與軟件供應商合作，測試并驗證 McAfee 防病毒軟件和 Acronis 數據備份和恢復軟件可用于為 EI-52 提供所有必要的保護和安全措施。

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安全相關功能，避免數據篡改。同時，數據分散保存，即使黑客訪問整個EI-52設備，沒有驗證密鑰也無法正確解碼其中的數據。

EI-52方案整體示意圖(繪圖：陸向陽)

結論

從這次開箱體驗中，可以得出結論，雖然一般的簡單和基本的網關解決方案提供了足夠的功能，但要長期穩(wěn)定可靠地運行，全面的邊緣智能解決方案是必須的。此類解決方案應具有穩(wěn)健的機械設計、良好的售后服務、強大的軟件開發(fā)商生態(tài)系統(tǒng)、遠程診斷/固件更新/批量操作、推理加速以及數據安全和保護。 EI-52 專注于這些關鍵點，是在 IIoT 應用中發(fā)揮積極作用的理想邊緣計算產品。