開(kāi)箱評(píng)測(cè)：研華邊緣智能系統(tǒng)EI-52

無(wú)論構(gòu)建什么樣的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，都必須具備三個(gè)“必備”要素：傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和云網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)關(guān)是傳感器節(jié)點(diǎn)與云端之間的過(guò)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(jì)算資源。

許多不同類(lèi)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(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)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(gè)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(diǎn)通過(guò) 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(jì)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(jì)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(yàn)。我把它拆箱，測(cè)試了系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)它使用起來(lái)很簡(jiǎn)單。 在本文中，我將使用 EI-52 來(lái)說(shuō)明在為 IIoT 應(yīng)用程序設(shè)置網(wǎng)關(guān)時(shí)應(yīng)考慮的關(guān)鍵點(diǎn)和特征。

在筆者家中摸索體驗(yàn)的EI-52

工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)的三種應(yīng)用

IPC 與普通的家用和辦公用計(jì)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(diǎn)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(jì)需要更多地關(guān)注可靠性。 EI-52 的機(jī)械設(shè)計(jì)不僅專(zhuān)為極端環(huán)境而設(shè)計(jì)，而且還具有工業(yè)級(jí)堅(jiān)固性設(shè)計(jì)，可在 -10 至 50 °C 的溫度下運(yùn)行。

EI-52 有三個(gè)主要應(yīng)用; 第一，室內(nèi)設(shè)施，如商店、商場(chǎng)和百貨公司;二、工廠生產(chǎn)線自動(dòng)化; 第三，零售和便利店的自助服務(wù)亭。

具有長(zhǎng)期服務(wù)和支持的主流 Windows 操作系統(tǒng)

在過(guò)去調(diào)查服務(wù)器市場(chǎng)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(chǎng)份額不斷增長(zhǎng)，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?yàn)樯痰杲?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(zhǎng)期的售后服務(wù)和支持。

EI-52使用Windows 10企業(yè)版長(zhǎng)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(gè)高度靈活且可擴(kuò)展的開(kāi)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(shí)踐中，網(wǎng)關(guān)需要使用 Docker 容器技術(shù)來(lái)執(zhí)行 EdgeX Foundry。

由于EdgeX Foundry 2018年版本的重大升級(jí)，其安全基礎(chǔ)設(shè)施得到增強(qiáng)，計(jì)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(jí)，保留了大量硬件資源以供其他用途和未來(lái)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(chǔ)空間，而新版本只需要68MB。 模擬100個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，舊版本需要1302MB RAM，而新版本只需要27MB。 除了這個(gè)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(gè)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(chǔ)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(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)(如相機(jī)和條形碼閱讀器)的驅(qū)動(dòng)程序和示例代碼。 相關(guān)文檔、歷史問(wèn)題、討論記錄也非常全面。 EdgeX Foundry 真正簡(jiǎn)化并加快了 IIoT 應(yīng)用程序的開(kāi)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(wù)來(lái)管理節(jié)點(diǎn)。 此外，網(wǎng)關(guān)也需要管理，因此研華開(kāi)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(yíng) 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(shí)從云端接收控制設(shè)備的命令。

通過(guò)后端，管理員可以在現(xiàn)場(chǎng)查看多個(gè)網(wǎng)關(guān)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，如網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)、異常事件等。如果檢測(cè)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(cè)性維護(hù)。

管理員可以通過(guò)無(wú)線方式更新所有網(wǎng)關(guān)上的固件，遠(yuǎn)程控制電源開(kāi)關(guān)，以及配置通知條件。更重要的是，WISE-DeviceOn 允許對(duì)多個(gè)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(shí)間和精力。

WISE-DeviceOn云端管理接口(設(shè)備名稱(chēng)若干遮蓋)

公有云支持

EI-52采集現(xiàn)場(chǎng)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(gè)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)中不可或缺的一部分。 通過(guò)云端的數(shù)據(jù)聚合，管理員可以了解現(xiàn)場(chǎng)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(cè)和響應(yīng)。

EI-52聯(lián)機(jī)Microsoft Azure IoT Hub的后臺(tái)管理畫(huà)面(部份信息若干遮蓋)

兩個(gè)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?yàn)樗c云端共享推理工作負(fù)載，這使得它更及時(shí)、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(duì)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(guò)利用 硬件進(jìn)行計(jì)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(gè) 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(mǎn)足云端和傳感器的各種通信需求。所有模塊均經(jīng)過(guò)兼容性、性能和熱可靠性測(cè)試，以確保穩(wěn)定運(yùn)行。

網(wǎng)關(guān)對(duì)信息安全的要求比傳感器節(jié)點(diǎn)和云網(wǎng)絡(luò)更高，因?yàn)樵品?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(diǎn)大多放置在開(kāi)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(guò)互聯(lián)網(wǎng)被黑客入侵，還可以通過(guò)物理方法被黑客入侵。

當(dāng)單個(gè)傳感器受到攻擊時(shí)，通常只會(huì)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(diǎn)覆蓋。但是，一旦網(wǎng)關(guān)受到攻擊，影響將擴(kuò)展到整個(gè)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(shí)用程序。研華已與軟件供應(yīng)商合作，測(cè)試并驗(yàn)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(shí)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(shí)，數(shù)據(jù)分散保存，即使黑客訪問(wèn)整個(gè)EI-52設(shè)備，沒(méi)有驗(yàn)證密鑰也無(wú)法正確解碼其中的數(shù)據(jù)。

EI-52方案整體示意圖(繪圖：陸向陽(yáng))

結(jié)論

從這次開(kāi)箱體驗(yàn)中，可以得出結(jié)論，雖然一般的簡(jiǎn)單和基本的網(wǎng)關(guān)解決方案提供了足夠的功能，但要長(zhǎng)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(lèi)解決方案應(yīng)具有穩(wěn)健的機(jī)械設(shè)計(jì)、良好的售后服務(wù)、強(qiáng)大的軟件開(kāi)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(zhuān)注于這些關(guān)鍵點(diǎn)，是在 IIoT 應(yīng)用中發(fā)揮積極作用的理想邊緣計(jì)算產(chǎn)品。