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分析閘道的崛起

Analyzing and Acting at the Edge to Reduce Cloud Costs

緣的閘道設備透過將感測器和其他資料產生物件連接到雲,推動物聯網 (IoT) 的增長。透過大資料分析,這些資料實現關於操作和市場的新資訊,可以帶來效率和生產力的顯著增長,以及新的產生收入產品與服務。儘管物聯網具有提供這些增長和改善的巨大潛力,但邊緣資料的龐大數量仍帶來挑戰。

本文研究應用支持的閘道解決方案在提供必要的輸入/輸出 (I/O) 選項、作業系統、安全性和可靠性以將端點連接到雲或資料中心方面的重要性。我們考察收集如此多邊緣資料的分支,討論邊緣分析減少延遲和降低資料移動、存儲及分析成本方面的潛在角色。我們探討分析閘道,一種滿足企業需求並在邊緣實現近即時資料驅動決策以提高系統自動化的新產品(圖 1)。然後我們介紹兩個展現這類新閘道用途與價值的使用案例。

物聯網面臨的資料挑戰

邊緣的結構化和非結構化資料的龐大數量對物聯網造成重要差距:企業面臨存儲和處理所有這些資料的高昂成本。

在 2015“Smart Systems Forecast Model”(智慧系統預測模型)中 Harbor Research 預計,到 2020 年智慧系統將產生超過 194 拍位元組 (PB) 資料。也就是 194,000 太位元組 (TB)。 其他研究指出甚至產生更多資料。一項 2015 IDC 報告“Internet of Things Mid-Year Review”(物聯網年中回顧)預計,每分鐘透過閘道或其他解決方案新增的物聯網端點數量將從 2015 年的 4,500 增加至 2020 年的 7,900 以上。這樣一年累積 40 億個端點,每個端點都存在持續向資料中心或雲輸送流資料的可能。

物聯網分析閘道

要使收集這些資料的工作可維持,我們需要解決方案篩選閘道資料,使得僅需要更高級處理的部分進入雲端。新一代設備 – 分析閘道 –提供近即時執行邊緣篩選、分析和資料壓縮所需的智慧。這些閘道是提供有線和無線連接的小型設備,用於在邊緣收集、確保安全和處理感測器資料。

作為運營技術 (OT) 物理世界與雲基礎設施之間的數字橋樑和轉換工具,分析閘道允許企業實現以下重要目標:

  • 更好地利用網路頻寬資源
  • 降低資料中心(或雲)處理和存儲成本
  • 降低邊緣延遲
  • 自動邊緣功能更快的回應時間

使用這些分析閘道產生的分散式物聯網架構能夠在資料來源附近設定更多即時資料驅動的功能。這樣提高運營 效率。


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Figure 1: 分析閘道在 Dell 分散式架構的邊緣收集資料和啟用決策。

分析閘道剖析

為說明簡化收集和處理邊緣資料的複雜性,Dell 開發了用於物聯網的 Dell Edge Gateway 5000 系列。為建築和工廠自動化領域設計的 Dell Edge Gateway 5000 系列允許企業本地分析和操作來自不同設備和感測器的邊緣資料 – 即使是在惡劣環境中(圖 2)。本地分析確保只向資料中心或雲傳送有意義的資料,節約傳輸和中央存儲每個未處理資料集的成本和頻寬。憑藉擴展 I/O 和對各種通訊協定的支援(透過認證獨立軟體廠商 (ISV) 中介軟體實現),Dell Edge Gateway 5000 系列說明從傳統和現代系統連接、提取和分析資料。


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Figure 2: Dell Edge Gateway 5000 系列設計用於在多種環境中執行本地分析和篩選。

耐用設備採用無風扇小體積係數固態設計,沒有移動部分,可全天候工作。作業系統選擇包括 Wind River* Linux*、 Ubuntu Snappy Core* 和 Microsoft Windows* 10 IoT Enterprise。閘道安裝在網路邊緣的牆壁或 DIN 導軌上,在更大溫度、高濕度和工業環境常見的塵埃條件下提供長壽命。

為覆蓋整個產品壽命期,Dell 為 Dell Edge Gateway 5000 系列提供完整服務包 – 包括 Basic Hardware Support 和 ProSupport。透過 Dell 的 Configuration Service,客戶可以訂購根據其規範配置的應用支援的閘道,包括自訂 BIOS 設定和出廠安裝軟體映射。

擴展範圍的 I/O 和通訊協定實現與行業標準系統、現代感測器和進入市場的新設備之間的連接(圖 3,第 28 頁)。 加上 Dell 認證 ISV 合作夥伴的中介軟體解決方案,幾乎可以聚集和正規化任何資料來源。來源可以包括 BACnet*、 Modbus 和 CAN 匯流排,以及 ZigBee、6LoWPAN 和 Z-Wave 等現代無線網狀網路。


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Figure 3: 綜合 I/O 選項實現 Dell Edge Gateway 5000 系列的輕鬆連接。

安全性透過 Trusted Platform Module (TPM) 晶片解決,該晶片實現硬體信任啟動、安全啟動和未使用 I/O 埠的 BIOS 級鎖定。Dell 還提供其他有助於減少攻擊面和保護移動與靜止資料的安全最佳做法。

內在處理能力

選擇 Intel® 處理器對 Dell Edge Gateway 5000 系列的本地分析和篩選功能至關重要。閘道提供以 1.46 GHz 執行的 Intel® Atom 處理器 E3825 和以 1.75 GHz 執行的 Intel® Atom 處理器 E3827 選擇。每種處理器都具有兩個用於處理資料的強大核。

Intel 的首個系統晶片 (SoC) 設計 Intel® Atom 處理器 E3800 產品系列是低功耗小體積係數設計的理想選擇。相比上一代,這些處理器的性能提高三倍,功耗僅五分之一。憑藉擴展溫度支援和 BGA 封裝,這些處理器適合耐用應用和惡劣環境下的工作。

SoC 的 I/O 介面集成豐富。處理器透過行業標準的高頻寬介面(如 PCI Express Gen 2.0、高速 USB 2.0 和 USB 3.0)支援行業標準的嵌入式 I/O、多個存儲類型和擴展功能。此外,它們的集成圖形和對公共顯示介面的支援使其非常適合需要人機界面 (HMI) 的閘道應用。

對於重要基礎設施需要安全始終開啟連接的應用和需要近即時性能的操作,Intel Atom 處理器 E3800 產品系列與虛擬化解決方案配合默契。處理器採用 Intel® Virtualization Technology (Intel® VT),透過提供減少性能開銷的硬體輔助使虛擬化在小型設備中變得實用。

進一步優化來自這些處理器中的 Intel® Advanced Encryption Standard New Instructions (Intel® AES-NI)。實現硬體輔助資料加密和解密和 Intel AES-NI 減少確保移動資料和靜止資料安全的加密解決方案開銷。

現場驗證

在 Dell 推出 Dell Edge Gateway 5000 系列前,他們在概念證明 (PoC) 計畫中測試了分析閘道。其中一個 PoC 涉及 ELM Energy,這是一家監測和管理從礦產到資料中心的重要工作地點電力輸送的公司。公司希望他們的 Fieldsight* Microgrid Monitoring and Control 解決方案能夠更快速應對電力要求的變化。這在優化和平衡發電設備以最大程度利用可再生資源方面格外重要。Fieldsight 透過幫助減少電網不穩定性,管理需求與供給,實現需求回應計畫參與,執行此平衡並改善電力可靠性。

ELM Energy PoC 涉及多種電源,如太陽能、電池和發電機。一個 Dell 早期分析閘道設計提供隨著不同系統輸出變化在不同能量來源之間傳輸流動的本地自動化解決方案(圖 4)。例如,太陽能根據可用日照而波動。當日光輸出減少時,系統需要感測此減少,從電池存儲拉動能量或增加發電機輸出。


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Figure 4: 在 PoC 中, 的分析閘道(黑箱)為 ELM Energy 提供平衡不同能量源輸出的本地自動化解決方案。

將原始能量資料傳送到中央系統(如雲端)影響解決方案的速度和可靠性,難以滿足客戶要求。Dell 的分析閘道在本地近即時自動處理這些能量需求,避免客戶斷電。閘道還將篩選資料傳輸到雲宿主的軟體,這樣客戶可以生成報告,檢視歷史和當前資料,使用軟體即服務 (SaaS) 應用執行進一步分析。

另一個 Dell PoC 涉及 Intel 和 KMC Controls(建築自動化系統領導廠商)。在此案例中,Dell 和 Intel 幫助 KMC Controls 推出 KMC Commander Internet of Things Platform for Building Automation。該解決方案在 2015 Realcomm IBcon 大會上贏得 Best Intelligent Building Technology Innovation Award(最佳智慧建築技術創新獎)。

KMC Commander 使用 Dell Edge Gateway 5000 系列實現從感測器和控制器(邊緣設備)到基於雲的遠端系統管理應用的端到端解決方案。解決方案允許租戶存取雲宿主的安全移動應用程式,調整建築運營以優化舒適度、利用以及效率(圖 5)。


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Figure 5: KMC Commander 將 Dell Edge Gateway 5000 系列作為端到端解決方案的一部分,將建築 運營交到業主和租戶手中。

Dell Edge Gateway 5000 系列以成本高效的方式將資料從建築移動到雲端,同時支援本地分析。僅將相關的長期資料傳送到雲端降低了處理邊緣資料的成本和複雜性。透過從傳統系統提取有意義的資訊,閘道說明建築業主延長投資壽命並計畫新設備採購的潛在節約。

對於此解決方案,Dell Edge Gateway 5000 系列使用 Wind River Linux、Intel® Security 軟體(來自 Dell OEM 的工程和設計支援)以及 J2 Innovations 的資料標籤與視覺化框架。多個協定驅動程式(如 BACnet 和 Modbus)提供對現有建築網路的存取以收集建築系統性能資料。雲和 KMC Commander BX* 硬體的開放 API 提供高級自訂、協力廠商開發和新增增強設備與控制常式的機會。

帶來物聯網機遇的更智慧閘道

Dell Edge Gateway 5000 系列是物聯網分析閘道的一個出色例子,設計用於在邊緣提供智慧和安全性以實現近即時資料驅動的決策。企業可以使用這類閘道降低延遲,減少網路流量,降低雲存儲和處理成本,實現更高水準的系統自 動化。

[SD ICON]有關 Dell Edge Gateway 5000 系列的資訊,請參見 intel.com/SD-Dell-5000

[IOT ICON]有關用安全可管理閘道和系統實現物聯網的更多資訊,請存取 intel.com/embedded-iot

Dell OEM (intel.com/MR-dell) 是 Intel® 物聯網解決方案聯盟高級成員,提供豐富的產品系列與綜合服務以說明客戶實現自己的解決方案。Dell 基於標準的技術可根據客戶特定需求及最終使用者訂購和自訂。透過 Dell 的購買力和龐大的全球供應鏈與服務模型,Dell OEM 減少產品上市過程中的許多設計、製造和物流挑戰,幫助公司增加競爭優勢並加速盈利時間。