网关匹配智能城市的解决方案要求

March 28, 2018 Patrick Mannion

基于物联网 (IoT) 概念的智能城市部署仍在继续,但设计人员和系统集成商面临着控制成本和提供更多功能的挑战。许多现成的硬件和软件解决方案可帮助实现这些相互冲突的目标,但设计人员和系统集成商必须确保它们坚固、安全、可扩展、易于管理,并且易于同已部署的网络和 IT 基础设施相集成。智能路灯是智能城市中应用越来越广泛、最引人注目的元素之一,也是功能要求不断增加的应用示例。

路灯发挥的作用不断扩大

典型的智能路灯包含用于检测阳光的太阳辐射传感器、用于检测车辆或行人存在的运动传感器,以及用于连接回中央管理系统的一些元件。最开始的想法是让城市照明更高效、更具成本效益,也正是这样一个简单的想法让不起眼的路灯变成了智能城市的关键元素。在很大程度上,由于路灯无处不在,它们也就成为智能城市其他传感应用(例如空气质量、湿度、风力、温度、振动、风速计及交通监控和安防用 IP 摄像头)的自然聚集点(图 1)。

图 1. 借助空气监测和视频摄像头,街道照明已从基本的照明控制发展为智能城市中举足轻重的角色。(资料来源:Advantech

Advantech 产品经理 Brook Lee 表示,随着互联汽车的兴起以及车辆对基础设施 (V2I) 技术的发展,路灯还将继续扮演越来越重要的角色。根据所有这些新增的功能和要求,确定支持路灯的正确硬件和软件是设定和匹配智能城市需求中要好好研究的方面。

适用于智能城市的智能网关

Lee 表示,随着功能的增加,需要重新考虑数据收集和处理的方式,先前将所有数据发送到云进行分析已不再合乎情理。这会带来不必要的延迟和带宽使用,同时会限制可扩展性和可管理性。随着传感器和功能的不断增加,新设备和传感器需要进行安全配置和管理。这些扩展功能不仅需要在边缘具有更多的处理能力,还需要在射频前端具有更高的灵活性,以便适应多个无线接口。Lee 认为,除了安全和远程管理外,满足这些要求还需要智能网关。他以 Advantech UTX-3117 物联网网关为例(图 2)。该网关采用英特尔凌动® 处理器 E3900,该处理器拥有多达四个内核,工作频率高达 1.6 GHz,同时还具有 8 GB LPDDR4 内存。Lee 表示,利用这种计算能力,“我们可以在本地进行数据分析”。

图 2. Advantech UTX-3117 物联网网关可在宽温度范围内运行,并可容纳三个射频模块以实现灵活连接。(资料来源:Advantech

从视频和图像处理角度来看,处理器的亮点包括超高清 4K 支持,以及以 30 fps 的速度同时分析多达 15 个 1080p 解码流的能力。“借助更高的性能,您现在可以进行图像和视频分析。”Lee 指出。该网关还支持三个射频模块,可用于实施 Zigbee、6LoWPAN 或窄带物联网等选项。灵活的射频支持可以实现面向不同用途的混合网络。例如,网关可以使用:

  1. 蜂窝网络,适用于以相对较高的数据速率进行广域连接
  2. LoRaWAN,适用于低数据速率、远程控制和传感应用
  3. Wi-Fi 或蓝牙,适用于本地维护和更新,而无需爬杆

其他 I/O 包括两个 USB 3.0 端口和 2 个 COM 端口,允许持续添加更多的传感器或摄像头。为了简化这些新功能的添加和配置,Advantech 的 WISE-PaaS 以及远程监控和管理 (RMM) 服务为 UTX-3117 提供支持。这是一种预配置的云服务软件,可将传感器连接到云并推送固件更新(图 3)。

图 3. Advantech WISE-PaaS/RMM 专门针对远程管理和监控。(资料来源:Advantech)

Lee 表示,为了确保安全,UTX-3117 使用 TPM 2.0,并实施了“能够防止黑客入侵,确保安全”的 Wind River PulsarOS。Pulsar 是一款容器化 Linux 操作系统,可以从 Wind River 存储库即时提供补丁和安全修复程序。据 Lee 介绍,这可以保护设备免受与未受管的开源技术相关联的风险。Wind River 致力于为 Pulsar 操作系统提供长期支持,从而确保长期的安全更新。PulsarOS 还通过了 Microsoft Azure 和 Amazon Web Services (AWS) 认证,可以轻松连接这些服务。在这里,开发人员可以实施各种云应用程序,例如预测性维护或大数据分析。

坚固性对于智能城市网关至关重要

虽然性能和安全很重要,但系统还需要能够在宽温度范围内运行。在典型部署中,UTX-3117 会被放置在一个机箱内以保护其免受元件的影响,但这种封闭环境确实会使其暴露在更高的温度下,Lee 指出。因此,网关设计的工作温度范围为 -20˚C 至 +60˚C。在处理器级别,Advantech 选择英特尔凌动处理器 E3900,因为它的工作温度范围为 -20˚C 至 +105˚C,同时提供 7 年质保,可靠性长达 15 年,Lee 说。UTX-3117 还采用紧凑型设计,尺寸为 128 x 152 x 37 毫米。Lee 认为,使用照明基础设施进行智能城市部署的下一步措施包括连接停车场以发出空位通知,以及连接移动车辆。与此同时,提供可在边缘执行分析的可扩展且易于管理的安全物联网网关解决方案,是新一代智能城市解决方案的基础。

作者简介

Patrick Mannion

Patrick Mannion is a independent content developer and consultant who has been analyzing developments in technology for more than 25 years. Formerly Brand Director for EETimes, EDN, Embedded, Planet Analog, and Embedded.com, now part of AspenCore, he has also been developing and executing community-oriented online- and events-based engineer-to-engineer learning platforms. His focus is on connecting engineers to find novel design solutions and focused skills acquisition in the areas of Embedded, IoT, Test and Measurement, RF/Wireless, and Analog & Mixed-Signal Design.

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