通过灵活的雾网关加速向工业物联网的过渡

OEM 可以使用工业物联网 (IIoT) 概念减少宕机时间、降低成本并提高运营效率,但向 IIoT 过渡需要相当大的前期投资。幸运的是,新的架构方法(例如雾计算)将降低这些成本,同时提高性能。主要问题是传统工业设备未配备适当的技术来支持隔夜迁移到 IIoT。对于通过企业网络与云进行通信的系统而言,需要考虑连接性、安全性和延迟问题,这意味着想要过渡到 IIoT 的组织通常需要进行成本高昂的改进、额外基础设施和重要设计工作。在此期间,关键系统也必须处于离线状态。

雾计算如何实现工业物联网迁移

如果不想采用这种大规模重新设计的方法,另外一种替代性选择就是使用雾计算,它允许以高效、独特和可扩展的方式创建 IIoT 边缘传感器网络。雾计算架构将资源分布在网络边缘附近,而不是将大部分智能设备置于集中式云中(图 1)。

图 1. 雾计算将智能设备置于工业传感器附近,可减少与云通信相关的带宽、延迟和安全问题。(资料来源:Nebbiolo Technologies

通过将更多智能设备置于机器附近,雾计算架构可最大限度地降低与云通信相关的带宽、存储、延迟和安全问题。它们还允许使用更便宜和更简单的基础设施硬件。特别是对于工业组织来说,许多时间敏感型数据分析任务均可在雾层执行,而无需传输到后端企业服务器,从而可以在实时控制应用中快速做出决策并限制数据传输成本。总而言之,雾计算有助于减少希望加入 IIoT 的工业运营商的部署障碍。但是,进入雾计算领域需要强大、可靠且灵活的物联网网关平台。

灵活的雾网关将 IT 与 OT 相融合

由于雾架构中对云的依赖更少,雾网关必须提供云通常所提供的大部分功能。这些网关用作工业传感器与控制平台之间的连接点,负责执行大量本地数据存储和分析,并在需要时与其他外部系统进行通信。因此,它们必须包含类似于企业平台中的计算资源,同时支持工业环境所需的灵活连接和低功耗操作。来自 WIN EnterprisesIoT-380 Gateway 是低成本、易于使用且可快速部署的入门级物联网雾网关的示例产品(图 2)。

图 2. 来自 WIN Enterprises 的 IoT-380 Gateway 是一种用于工业物联网部署的灵活雾网关。(资料来源:WIN Enterprises

基于英特尔凌动® 处理器 E3826 并且配备 4 GB 的 1067-MHz DDR3L 内存,IoT-380 旨在传输来自传感器的原始数据,并在本地处理它或将其发送到云端以供进一步分析。E3826 处理器为本地数据分析和数据包流式传输提供了充足的性能,同时融入了一系列功能,使其非常适合 IIoT 和雾环境。例如,该处理器的功耗只有 7 W,同时还支持 Intel SpeedStep® 技术。Intel SpeedStep 根据工作负载动态调整处理器的时钟频率,帮助节省电源,并在需要时提升性能。这些处理器还通过集成的英特尔® 虚拟化技术(英特尔® VT)提供虚拟化功能,以便出于安全目将关键工作负载与非关键工作负载进行分离。此外,IoT-380 还配备有两台英特尔® i210AT 以太网控制器,这些控制器根据 IEEE 802.1Qav 音视频桥接 (AVB) 标准来提升时间敏感型千兆位以太网 (GbE) 网络。这些控制器还支持节能以太网 (EEE) 技术,与 Intel SpeedStep 类似,可在低数据活动期间降低功耗。除了以太网之外,IoT-380 还包括一系列有线和无线通信选项,使其能够用于各种 IIoT 应用。其中包括 3G、LTE、Wi-Fi 和 USB 2.0/3.0。该网关的工作温度范围为 -10°C 至 +60°C,并且具有 VESA 安装功能,可在恶劣的环境下运行和安装。这些环境包括制造设施、石油钻井平台、远程电站和运输系统,其中对高级别的冲击和振动的耐受性至关重要。

保持简单(以及安全和低成本)

随着工业环境中连接到控制网络的设备数量不断增加,设计人员正在寻求提供有效、安全、低成本和简单的 IIoT 迁移路径。与消费者物联网相比,IIoT 具有更严格的要求,包括需要不打折扣的控制和更强的安全性。但是,为了达到最终目标,了解当前系统的连接功能和环境要求以及分析功能和数据交换方面的近期目标非常重要。诸如 IoT-380 之类的物联网网关对于有效部署 IIoT 雾网关至关重要。它充当了边缘设备和云之间的桥梁。而且,通过利用英特尔® 架构,它可确保与现有解决方案的向后兼容性,并确保向未来的 IIoT/雾网络迁移。

作者简介

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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