利用彈性霧閘道加速轉型成工業物聯網

OEM 可以利用工業物聯網 (IIoT) 概念減少停機時間、節省成本和改善營運效率,但是轉型至工業物聯網需要相當多前期投資。幸好新的架構方法,例如霧運算,可降低這些成本,同時改善效能。主要的問題在於舊的工業設備並未具備合適的技術,無法支援立即移轉至工業物聯網。經由企業網路與雲端進行通訊的系統必須考慮連線能力、安全性和延遲問題,意味著想要實現工業物聯網轉型的企業組織必須進行昂貴的翻新、增添基礎架構以及可觀的設計工作。在這期間,重要的系統亦必須先離線。

霧運算如何實現工業物聯網移轉

除了這種大規模的重新設計,另一種選擇是改採霧運算,用有效率、符合特定目的且可擴充的形式建立工業物聯網邊緣感測器網路。霧運算架構不把大部份智慧放置在集中式雲端,而把資源分佈到更接近網路邊緣的地方(圖 1)。

圖 1. 霧運算把情報放在更接近工業感測器的地方,減少與雲端通訊相關的頻寬、延遲和安全問題。(資料來源:Nebbiolo Technologies

霧運算架構把智慧放在更接近機器的地方,可盡量減少與雲端通訊相關的頻寬、儲存、延遲和安全性問題,還能使用較為平價且複雜性較低的基礎架構硬體。尤其對工業組織而言,許多時效性資料分析任務不需要傳輸到後端企業伺服器而可在霧層執行,加速了即時控制應用程式的決策並限縮資料傳輸成本。總言之,霧運算能協助想要加入工業物聯網的工業經營者減少部署障礙。但是要立即採用霧運算,必須具備強健、可靠且彈性的物聯網閘道平台。

彈性霧閘道將 IT 與 OT 合併

因為在霧架構中對雲端的依賴較少,所以霧閘道必須提供一般由雲端提供的許多功能。這些閘道作為工業感測器與控制平台之間的連接點,執行非常大量的本機資料儲存與分析,而且在必要時會與外部系統通訊。因此他們必須囊括與企業平台之運算資源類似的資源,同時支援工業環境所需的彈性連線能力與低功率運行。WIN Enterprises 推出的 IoT-380 Gateway 就是一款入門級物聯網霧閘道,成本低、容易使用且部署迅速(圖 2)。

圖 2. WIN Enterprises 推出的 IoT-380 Gateway 是適合工業物聯網部署的彈性霧閘道。(資料來源:WIN Enterprises

IoT-380 搭載 Intel Atom® 處理器 E3826 並配備 4 GB 的 1067-MHz DDR3L 記憶體,專門設計把感測器的原始資料串流出來,然後在本機處理或是傳輸到雲端作進一步分析。E3826 處理器能以充裕的效能執行本機資料分析與封包串流,而且整合多項功能,十分適合工業物聯網與霧環境使用。例如,該處理器僅耗用 7 W 功率,而且支援 Intel SpeedStep® 技術。Intel SpeedStep 會以工作負載為據,動態操控處理器的時脈頻率,不但省電,還能在必要時提升效能。處理器亦藉由內建的 Intel® 虛擬化技術提供虛擬化功能,讓重要的和非重要的工作負載分開,以策安全。此外,IoT-380 亦具備兩個 Intel® i210AT 乙太網路控制器,遵循 IEEE 802.1Qav Audio-Video Bridging (AVB) 標準,可讓時效性 Gigabit 乙太網路 (GbE) 之運作更順利。控制器亦支援節能乙太網路 (EEE) 技術,它與 Intel SpeedStep 相似,在資料活動不多的時候降低耗電量。除了乙太網路以外,IoT-380 亦包括多種有線和無線的通訊方式,所以適合各種各樣工業物聯網應用使用,其中包括 3G、LTE、Wi-Fi 和 USB 2.0/3.0。閘道的操作溫度範圍介於 -10°C 至 +60°C 之間,且可採用 VESA 規格安裝,所以能在條件嚴苛的環境中安裝和操作。其中包括製造廠房、鑽油平台、遠端發電站以及交通運輸系統,因為這些環境必須耐受得住極高程度的衝擊與震動。

一切從簡(兼顧安全和低成本)

由於工業環境的控制網路連接越來越多的裝置,設計師正尋找有效、安全、低成本又簡單的移轉方式來實現工業物聯網。工業物聯網的要求比消費性物聯網更加嚴苛,必須實施嚴謹的控制和較嚴格的安全控管。但是,為了達成最終目標,我們必須先瞭解目前系統的連線能力和環境要求,並就功能和資料交換的需求去分析短期目標。物聯網閘道(如 IoT-380)是能否有效部署工業物聯網霧閘道的關鍵。它是邊緣裝置與雲端之間的橋樑。同時,它也利用 Intel® 架構確保可向下相容既有的解決方案,同時能夠往前移轉至未來的工業物聯網/霧網路。

作者簡介

Maurizio Di Paolo Emilio

Maurizio Di Paolo Emilio is the author of Microelectronic Circuit Design for Energy Harvesting Systems, a book covering the design of microelectronic circuits for energy harvesting, broadband energy conversion, and new methods and technologies for energy conversion.

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