有 一句諺語“無法掌控能力範圍以外的東西”，非常適合套用在能源和工業流程優化上。這些行業的資料需求推動快速採用無線感測器以及 將其連接到物聯網 (IoT) 所需閘道。這類閘道透過允許低成本感測器部署，實現過去不透明運營細節的透明化。隨著先進分析的應用，優勢變得更加顯著。
本文探討 Wireless Sensors 的一個解決方案，該解決方案在透過基於 Intel® NUC 的物聯網閘道與雲通訊的自我配置和自我癒合無線網狀網路中連接感測器（圖 1，第 56 頁）。我們介紹此解決方案如何將網狀聯網的靈活性和彈性與星形拓撲的低延遲相結合。我們討論物聯網閘道如何支援 RESTful Web 服務和與 Microsoft Azure* 平台的集成，為雲和高級分析提供無縫資料路徑。我們還考慮將 Intel® NUC 用作物聯網閘道平台的優勢。
Figure 1: Wireless Sensors 解決方案是採用基於 Intel® 處理器的物聯網閘道的自我配置和自我癒合無線網狀網路。
最艱難的一英里
連接物聯網的最困難部分往往是從本地 Internet 連接到設施內設備或系統所在點之間的 “最後一英里”。連接這些“設備”意味著使現有感測器上線，並獲取、配置和連接新感測器。
令人驚訝的是，最佳途徑不能全面實現 Internet 連接。較廉價的方法經常可以實現同樣功能，並且不存在新增數百或數千新 IP 地址的複雜性。
基於射頻 (RF) 的網狀網路與功能強大的物聯網閘道相結合，提供廉價方法。對於新的和現有操作，無線網狀感測器網路提供合適的縮放性、冗餘性和易於部署性。由於無需安裝電線，這類網路可以在數小時內開始工作。透過物聯網閘道連接雲的網路提供資料收集和雲通訊所需的所有技術。
使用網狀的時機
要更好地理解無線網狀網路優勢，請考慮替代方法。大多數無線 IP 網路使用星形拓撲，所有節點透過物聯網閘道等設備直接與網路通訊。如果端到端傳輸時間很關鍵，這類直接通訊路徑可以提供。但是，星形拓撲經常缺少容錯功能，因此此優勢是有代價的。大型建築或室外區域的網路擴展也更困難。
對於可容忍一定延遲的應用，網狀拓撲提供方便解決方案。在此拓撲中，資料在節點之間轉發，直到到達預期最終目的地。如果單獨傳輸分段臨時不可用，資料將在替代路徑上自動重新調整路徑。從單故障點自我恢復的功能顯著增加整體可靠性。
混合解決方案
對於需要兩者 – 星形和網狀 – 最佳優點的情況，Wireless Sensors 提供基於 SensiNet* 技術的混合解決方案。已經證明對資料中心的環境監測有效的 Wireless Sensors 的 SensiNet 實施利用星形拓撲的低延遲，同時保持網狀方法的靈活性和彈性（圖 2）。
Figure 2: Wireless Sensors 的 SensiNet* 實施提供星形拓撲的低延遲，同時保持傳統網狀聯網的靈活性和彈性。
該技術是混合技術的原因包括：
和星形拓撲中一樣，橋接（及其相應路由器）提供 IP 網路的直接連結。
和網狀網路中一樣，感測器像普通節點一樣連接路由器和橋接，如果傳輸分段不可用，則自動重新調整至不同路由器或橋接。
解決方案的 RF 網狀路由器和橋接提供的持續網路通訊可用性是一個重要優勢。在傳統網狀聯網中，網路僅在計畫喚起時處理訊息。利用網狀路由器和基於中斷的訊息，SensiNet 保持持續可用以立刻提供通訊。
SensiNet 的混合方法還支持單獨選擇報告間隔。由於整個網路不受最時間靈敏的測量管理，可以設定每個節點以最優組合報告間隔與電池壽命。
更大彈性
如果大量通訊用盡電池電量後關鍵節點失去電力，傳統網狀網路往往崩潰。SensiNet 透過冗餘通訊路徑確保可靠通訊來避免此問題。自我組織和自我癒合功能允許 SensiNet 適應物理環境的變化並為其彈性作出貢獻。遇到干擾時網路還可以動態重新組織以實現與其他網路的共存。
新的和傳統感測器
為幫助企業快速跨國最後一英里和連接傳統設備，Wireless Sensors 提供自己的智慧感測器系列和配件用於快速設施（圖 3）。感測器解決從智慧建築和資料中心到中央工業應用等應用，如低溫貯存。感測器可用於：周圍和密閉環境，濕度，壓力，差壓，空氣流，接觸狀態以及 AC 電流。隨著監測需求的變化，可以輕鬆重新配置和重新定位感測器。
Figure 3: Wireless Sensors 提供採用吸引人設計的一系列智慧感測器，用於各種用途和環境。
對於測量環境條件的感測器，Wireless Sensors 構造其裝置以允許增加空氣流。高性能嵌入式 MEMS 感測器可快速應對變化。牆壁安裝支架便於安裝，C 電池提供顯著更長的使用壽命。
為集成傳統模擬協力廠商感測器，Wireless Sensors 透過智慧感測器上的 4-20 mA 和 0-10VDC 輸入將信號饋送到系統中。然後智慧感測器透過橋接與無線物聯網閘道通訊。
從射頻到 IP
在 SensiNet 網狀網路中，感測器交換 EF 資料包。要實現物聯網通訊，網路中的橋接將這些 RF 資料包轉化為 TCP/IP 資料包。單個橋接可以支援集成數百感測器節點，從而降低成本。如果應用僅需要數個測量點，遠端橋接可以支援硬接線感測器。透過在 Ethernet 網路上分佈橋接，網路可以輕鬆處理數百感測器，利用 Ethernet 的縮放性和模態（有線、Wi-Fi、蜂窩網路）。
兩個無線閘道選擇
為從橋接收集資料並連接到雲，Wireless Sensors 提供兩個無線閘道：GWAY-2100 和 GWAY-2105。兩者都支援應用，並基於 Intel® Atom™ 處理器 E3815 支援的 Intel NUC。
閘道包含網路管理、使用者介面、資料記錄、趨勢、報警和通訊功能。要存取和配置系統，只需一個標準瀏覽器和網路連接。無需其他軟體。
兩種閘道提供同樣廣泛的協定與網路支援。 Wireless Sensors 建議 GWAY-2100 用於較小應用，和作為帶即時視圖、趨勢和電子郵件提醒的獨立資料記錄裝置（圖 4，參見第 57 頁）。板載可存儲最多 8 百萬個記錄，系統將在常用協定上自動傳送感測器資料。
Figure 4: 基於 Intel® NUC 的 GWAY-2100 無線閘道（顯示 BRDG-1222）是用於較小應用的應用支援設計。
GWAY-2105 透過支持最多 5 個遠端安裝的 SensiNet 橋接，可以連接更大的現有網路架構（圖 5）。它為建築周圍、校園內外或全球的感測器實現一個集成點。GWAY-2105 提供和 GWAY-2100 相同的協定與網路支援。
Figure 5: GWAY-2105 透過連接最多 5 個遠端安裝的 SensiNet 橋接，支援更大的現有網路架構。
閘道上的中介軟體從 IP 複雜性提取單個感測器，允許透過現代通訊協議輕鬆集成感測器與物聯網。閘道還提供一個平台用於資料緩衝、邊緣分析和中央報警以降低雲處理與存儲成本。
閘道的板載 Web 伺服器實現邊緣到雲的通訊。包括 Modbus、SNMP、ODBC、OPC、HTTP POST、SOAP 和 FTP 在內的廣泛協定支援實現簡單集成（圖 6）。連接所有設備後，使用者可以遠端檢視提醒和監測趨勢。或者，系統可以透過閘道將收集的感測器資料轉發至控制和企業網路。
基於 Intel® NUC
用於建立這些閘道的 Intel® NUC Kit 是適合重視價值的企業和組織的緊湊工具。此低成本解決方案提供：
無風扇設計，實現靜音和可靠性
具有 5 W 熱設計功率 (TDP) 的 Intel® Atom™ 處理器 E3815
4 GB 板載嵌入式 MultiMediaCard (eMMC) 存儲
內部平面板顯示連接線，用於內建螢幕
視頻圖形陣列 (VGA) 埠，用於傳統安裝中的監視器相容性
Inter 積體電路 (I²C) 和脈衝寬度調製 (PWM) 信號，用於連接感測器和其他物聯網支援的嵌入式設備
憑藉工業設計和對 Linux* 及 Windows* 嵌入式作業系統的支援，配備 Intel® Atom™ 處理器的 Intel NUC 為閘道應用提供性能、低功耗、低價格和軟體相容性。提供高成本停機防護的內建監視狗計時器實現高可用性彈性。此外，Intel NUC 採用單獨受信任平台模組 (TPM) 用於基於硬體的資料加密以保護機密資訊。
採用更強大 Intel® 處理器的 Intel NUC 允許解決方案用於更複雜的資料分析或資料調整。這些處理器包括更高性能的 Intel Atom 處理器，以及最新的 Intel® Celeron® 、 Intel® Pentium® 和 Intel® Core™ 處理器。後者採用 SKU 提供 Intel® vPro™ 技術的安全和可管理性功能。
分析閘道
Wireless Sensors 配置的 Intel NUC 物聯網閘道預先集成與 Microsoft Azure 平台的連接，實現與雲中先進分析工具的無縫資料路徑。Microsoft 的一組雲服務 Azure IoT Services 支援廣泛資源監測和資料分析，帶來效率和運營性能提高。這些服務還支援新業務模型和改進的收入流。Azure IoT Services 包括 Azure Event Hubs、Azure Machine Learning、 Azure HDInsight 和 Microsoft Power BI。
簡化最後一英里
對於智慧建築、資料中心和 IP 解決方案使用最少的專門工業用途的應用，混合無線網狀網路提供高度可靠的彈性物聯網解決方案，用於監測本地和雲中的關鍵資料。將易於設施、配置和縮放的 Intel NUC 用作物聯網閘道提供一個可縮放低成本解決方案，用於本地分析和連接 Microsoft Azure 中的先進分析工具。
[SD ICON]有關 GWAY-2100 和 GWAY-2105 的 資訊，請參見 intel.com/SD-wirelesssensors-2100-2105
[BIG DATA?? ICON]有關用安全可管理閘道和互連系統實現物聯網的更多資訊，請存取 intel.com/embedded-iot
Wireless Sensors (intel.com/MR-wirelesssensors) 是 Intel® 物聯網解決方案聯盟普通成員。該公司是為商業和工業市場提供利用符合標準的聯網技術的感測器聯網產品的頂尖供應商。公司將物理測量感測器與先進的低功率網狀無線電集成，用於節能、符合法規、流程優化和其他需要以低總體擁有成本實現高性能的高價值應用。