边 缘的网关设备通过将传感器和其他数据产生对象连接到云，推动物联网 (IoT) 的增长。通过大数据分析，这些数据实现关于操作和市场的新信息，可以带来效率和生产力的显著增长，以及新的产生收入产品与服务。尽管物联网具有提供这些增长和改善的巨大潜力，但边缘数据的庞大数量仍带来挑战。
本文研究应用支持的网关解决方案在提供必要的输入/输出 (I/O) 选项、操作系统、安全性和可靠性以将端点连接到云或数据中心方面的重要性。我们考察收集如此多边缘数据的分支，讨论边缘分析减少延迟和降低数据移动、存储及分析成本方面的潜在角色。我们探讨分析网关，一种满足企业需求并在边缘实现近实时数据驱动决策以提高系统自动化的新产品（图 1）。然后我们介绍两个展现这类新网关用途与价值的使用案例。
物联网面临的数据挑战
边缘的结构化和非结构化数据的庞大数量对物联网造成重要差距：企业面临存储和处理所有这些数据的高昂成本。
在 2015“Smart Systems Forecast Model”（智能系统预测模型）中 Harbor Research 预计，到 2020 年智能系统将产生超过 194 拍字节 (PB) 数据。也就是 194,000 太字节 (TB)。 其他研究指出甚至产生更多数据。一项 2015 IDC 报告“Internet of Things Mid-Year Review”（物联网年中回顾）预计，每分钟通过网关或其他解决方案添加的物联网端点数量将从 2015 年的 4,500 增加至 2020 年的 7,900 以上。这样一年累积 40 亿个端点，每个端点都存在持续向数据中心或云输送流数据的可能。
物联网分析网关
要使收集这些数据的工作可维持，我们需要解决方案筛选网关数据，使得仅需要更高级处理的部分进入云端。新一代设备 – 分析网关 –提供近实时执行边缘筛选、分析和数据压缩所需的智能。这些网关是提供有线和无线连接的小型设备，用于在边缘收集、确保安全和处理传感器数据。
作为运营技术 (OT) 物理世界与云基础设施之间的数字桥梁和转换工具，分析网关允许企业实现以下重要目标：
更好地利用网络带宽资源
降低数据中心（或云）处理和存储成本
降低边缘延迟
自动边缘功能更快的响应时间
使用这些分析网关产生的分布式物联网架构能够在数据源附近设置更多实时数据驱动的功能。这样提高运营效率。
Figure 1: 分析网关在 Dell 分布式架构的边缘收集数据和启用决策。
分析网关剖析
为帮助简化收集和处理边缘数据的复杂性，Dell 开发了用于物联网的 Dell Edge Gateway 5000 Series。为建筑和工厂自动化领域设计的 Dell Edge Gateway 5000 系列允许企业本地分析和操作来自不同设备和传感器的边缘数据 – 即使是在恶劣环境中（图 2）。本地分析确保只向数据中心或云发送有意义的数据，节约传输和中央存储每个未处理数据集的成本和带宽。凭借扩展 I/O 和对各种通信协议的支持（通过认证独立软件供应商 (ISV) 中间件实现），Dell Edge Gateway 5000 系列帮助从传统和现代系统连接、提取和分析数据。
Figure 2: Dell Edge Gateway 5000 系列设计用于在多种环境中执行本地分析和筛选。
耐用设备采用无风扇小体积系数固态设计，没有移动部分，可全天候工作。操作系统选择包括 Wind River* Linux*、Ubuntu Snappy Core* 和 Microsoft Windows* 10 IoT Enterprise。网关安装在网络边缘的墙壁或 DIN 导轨上，在更大温度、高湿度和工业环境常见的尘埃条件下提供长寿命。
为覆盖整个产品寿命期，Dell 为 Dell Edge Gateway 5000 系列提供完整服务包 – 包括 Basic Hardware Support 和 ProSupport。通过 Dell 的 Configuration Service，客户可以订购根据其规范配置的应用支持的网关，包括自定义 BIOS 设置和出厂安装软件映像。
扩展范围的 I/O 和通信协议实现与行业标准系统、现代传感器和进入市场的新设备之间的连接（图 3，第 28 页）。 加上 Dell 认证 ISV 合作伙伴的中间件解决方案，几乎可以聚集和正规化任何数据源。来源可以包括 BACnet*、 Modbus 和 CAN 总线，以及 ZigBee、6LoWPAN 和 Z-Wave 等现代无线网状网络。
Figure 3: 综合 I/O 选项实现 Dell Edge Gateway 5000 系列的轻松连接。
安全性通过 Trusted Platform Module (TPM) 芯片解决，该芯片实现硬件信任启动、安全启动和未使用 I/O 端口的 BIOS 级锁定。Dell 还提供其他有助于减少攻击面和保护移动与静止数据的安全最佳做法。
内在处理能力
选择 Intel® 处理器对 Dell Edge Gateway 5000 系列的本地分析和筛选功能至关重要。网关提供以 1.46 GHz 运行的 Intel® Atom™ 处理器 E3825 和以 1.75 GHz 运行的 Intel® Atom™ 处理器 E3827 选择。每种处理器都具有两个用于处理数据的强大核。
Intel 的首个系统芯片 (SoC) 设计 Intel® Atom™ 处理器 E3800 产品系列是低功耗小体积系数设计的理想选择。相比上一代，这些处理器的性能提高三倍，功耗仅五分之一。凭借扩展温度支持和 BGA 封装，这些处理器适合耐用应用和恶劣环境下的工作。
SoC 的 I/O 接口集成丰富。处理器通过行业标准的高带宽接口（如 PCI Express Gen 2.0、高速 USB 2.0 和 USB 3.0）支持行业标准的嵌入式 I/O、多个存储类型和扩展功能。此外，它们的集成图形和对公共显示接口的支持使其非常适合需要人机界面 (HMI) 的网关应用。
对于重要基础设施需要安全始终开启连接的应用和需要近实时性能的操作，Intel Atom 处理器 E3800 产品系列与虚拟化解决方案配合默契。处理器采用 Intel® Virtualization Technology (Intel® VT)，通过提供减少性能开销的硬件辅助使虚拟化在小型设备中变得实用。
进一步优化来自这些处理器中的 Intel® Advanced Encryption Standard New Instructions (Intel® AES-NI)。实现硬件辅助数据加密和解密和 Intel AES-NI 减少确保移动数据和静止数据安全的加密解决方案开销。
现场验证
在 Dell 推出 Dell Edge Gateway 5000 系列前，他们在概念证明 (PoC) 计划中测试了分析网关。其中一个 PoC 涉及 ELM Energy，这是一家监测和管理从矿产到数据中心的重要工作地点电力输送的公司。公司希望他们的 Fieldsight* Microgrid Monitoring and Control 解决方案能够更快速应对电力要求的变化。这在优化和平衡发电设备以最大程度利用可再生资源方面格外重要。Fieldsight 通过帮助减少电网不稳定性，管理需求与供给，实现需求响应计划参与，执行此平衡并改善电力可靠性。
ELM Energy PoC 涉及多种电源，如太阳能、电池和发电机。一个 Dell 早期分析网关设计提供随着不同系统输出变化在不同能量来源之间传输流动的本地自动化解决方案（图 4）。例如，太阳能根据可用日照而波动。当日光输出减少时，系统需要感测此减少，从电池存储拉动能量或增加发电机输出。
Figure 4: 在 PoC 中，Dell 的分析网关（黑箱）为 ELM Energy 提供平衡不同能量源输出的本地自动化解决方案。
将原始能量数据发送到中央系统（如云端）影响解决方案的速度和可靠性，难以满足客户要求。Dell 的分析网关在本地近实时自动处理这些能量需求，避免客户断电。网关还将筛选数据传输到云宿主的软件，这样客户可以生成报告，查看历史和当前数据，使用软件即服务 (SaaS) 应用执行进一步分析。
另一个 Dell PoC 涉及 Intel 和 KMC Controls（建筑自动化系统领导厂商）。在此案例中，Dell 和 Intel 帮助 KMC Controls 推出 KMC Commander Internet of Things Platform for Building Automation。该解决方案在 2015 Realcomm IBcon 大会上赢得 Best Intelligent Building Technology Innovation Award（最佳智能建筑技术创新奖）。
KMC Commander 使用 Dell Edge Gateway 5000 系列实现从传感器和控制器（边缘设备）到基于云的远程管理应用的端到端解决方案。解决方案允许租户访问云宿主的安全移动应用程序，调整建筑运营以优化舒适度、利用以及效率（图 5 ）。
Figure 5: KMC Commander 将 Dell Edge Gateway 5000 系列作为端到端解决方案的一部分，将建筑 运营交到业主和租户手中。
Dell Edge Gateway 5000 系列以成本高效的方式将数据从建筑移动到云端，同时支持本地分析。仅将相关的长期数据发送到云端降低了处理边缘数据的成本和复杂性。通过从传统系统提取有意义的信息，网关帮助建筑业主延长投资寿命并计划新设备采购的潜在节约。
对于此解决方案，Dell Edge Gateway 5000 系列使用 Wind River Linux、Intel® Security 软件（来自 Dell OEM 的工程和设计支持）以及 J2 Innovations 的数据标签与可视化框架。多个协议驱动程序（如 BACnet 和 Modbus）提供对现有建筑网络的访问以收集建筑系统性能数据。云和 KMC Commander BX* 硬件的开放 API 提供高级自定义、第三方开发和添加增强设备与控制例程的机会。
带来物联网机遇的更智能网关
Dell Edge Gateway 5000 系列是物联网分析网关的一个出色例子，设计用于在边缘提供智能和安全性以实现近实时数据驱动的决策。企业可以使用这类网关降低延迟，减少网络流量，降低云存储和处理成本，实现更高水平的系统自 动化。
[SD ICON]有关 Dell Edge Gateway 5000 系列的信息，请参见 intel.com/SD-Dell-5000
[IOT ICON]有关用安全可管理网关和系统实现物联网的更多信息，请访问 intel.com/embedded-iot
Dell OEM (intel.com/MR-dell) 是 Intel® 物联网解决方案联盟高级成员，提供丰富的产品系列与综合服务以帮助客户实现自己的解决方案。Dell 基于标准的技术可根据客户特定需求及最终用户订购和自定义。通过 Dell 的购买力和庞大的全球供应链与服务模型，Dell OEM 减少产品上市过程中的许多设计、制造和物流挑战，帮助公司