無論構建什么樣的物聯網系統，都必須具備三個“必備”要素：傳感器節點、網關和云網絡。 網關是傳感器節點與云端之間的過渡系統，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網系統中的網關。 例如，在家電物聯網應用中，智能音箱可能起到網關的作用。 每個節點通過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計算機 (IPC) 的工業物聯網 (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，工業物聯網中使用的許多網關只能執行基本功能，缺乏全面的軟硬件支持。

最近，我收到了研華 EI-52 (EI-52-S6A1) 邊緣智能系統進行體驗。 我把它拆箱，測試了系統，發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域中碰撞可能性高的區域。 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境而設計，而且還具有工業級堅固性設計，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

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 操作系統仍然是零售行業使用的主流操作系統，因為商店經理和員工更熟悉該操作系統，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，而且保證長期的售后服務和支持。

EI-52使用Windows 10企業版長期服務通道

EdgeX Foundry 和強大的技術生態系統

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、EdgeX Foundry 和所有相關的軟件程序。

EdgeX Foundry 擁有強大的技術生態系統，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議、多個傳感器節點（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。

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點。 此外，網關也需要管理，因此研華開發了名為 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，如網絡連接狀態、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現細微的模式，并進行后續的預測和響應。

EI-52聯機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，以確保穩定運行。

網關對信息安全的要求比傳感器節點和云網絡更高，因為云服務器大多位于數據中心，系統受到嚴格監控和多層保護，而網關和傳感器節點大多放置在開放環境和公共空間中，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點覆蓋。 但是，一旦網關受到攻擊，影響將擴展到整個區域，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）