隨著物聯網或(huo)物聯(lian)(lian)網解(jie)決(jue)(jue)方案的出(chu)現，許(xu)多行業都從提(ti)(ti)高(gao)生產力和(he)運營可靠性的物聯(lian)(lian)網技(ji)術(shu)中受(shou)益匪淺。物聯(lian)(lian)網解(jie)決(jue)(jue)方案提(ti)(ti)供(gong)了一種設(she)置(zhi)，其中包括傳(chuan)感器(qi)、儀器(qi)、機器(qi)和(he)許(xu)多其他連(lian)接設(she)備，無需人工干(gan)預(yu)即可運行。本(ben)文將慢(man)慢(man)分解(jie)物聯(lian)(lian)網解(jie)決(jue)(jue)方案架構(gou)，以更多地了解(jie)物聯(lian)(lian)網實施(shi)的分步過程。
什么是物聯網解決方案架構？
物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)簡而言之就是將(jiang)事物(wu)都連(lian)上(shang)網(wang)(wang)絡，其中(zhong)“事物(wu)”一(yi)詞可能指(zhi)汽車、建筑物(wu)、機器，甚(shen)至是人。物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)解決方(fang)案是一(yi)個(ge)由(you)互連(lian)的(de)傳感器、計(ji)算設備(bei)和機器組成的(de)系統，它們通(tong)過網(wang)(wang)絡連(lian)接起來，形(xing)成一(yi)個(ge)完整的(de)操作。因此，物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)解決方(fang)案架(jia)構(gou)是從收集原始(shi)數(shu)據(ju)到獲得預測或結果的(de)逐(zhu)步數(shu)據(ju)流(liu)的(de)設計(ji)。物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)解決方(fang)案架(jia)構(gou)沒有通(tong)用標準(zhun)，但通(tong)常該技術需要(yao)四個(ge)主要(yao)組件，包括：
傳感器/執行器
網關和網絡
云或數據服務器
應用層
第1 步：原始數據收集
作為每個物聯(lian)網系(xi)統(tong)的(de)根(gen)，連(lian)接的(de)設備負責提供(gong)物聯(lian)網系(xi)統(tong)的(de)目的(de)，即收(shou)(shou)集數(shu)據(ju)(ju)。因(yin)此(ci)，這項技(ji)術需(xu)(xu)要(yao)傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)收(shou)(shou)集預測所(suo)需(xu)(xu)的(de)所(suo)有原始數(shu)據(ju)(ju)。傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)從過程(cheng)或(huo)環境條(tiao)件(jian)中收(shou)(shou)集數(shu)據(ju)(ju)，例如質(zhi)量控制(zhi)、溫度、濕(shi)度、裝配線的(de)速度等等。此(ci)外(wai)，物聯(lian)網解決(jue)方案架構允許(xu)以指令或(huo)命令的(de)形式(shi)進行雙向數(shu)據(ju)(ju)流，通知執(zhi)行器(qi)(qi)(qi)采(cai)取(qu)控制(zhi)或(huo)維護流程(cheng)所(suo)需(xu)(xu)的(de)任(ren)何操作。在某些情(qing)況下，傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)可能會檢測到(dao)需(xu)(xu)要(yao)立即響應的(de)情(qing)況，以便執(zhi)行器(qi)(qi)(qi)可以實時執(zhi)行補(bu)救措施(shi)。在傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)編譯(yi)完所(suo)有原始數(shu)據(ju)(ju)后，
原始數(shu)據收集的(de)物聯網解決方案：
溫度感應器
GPS/接近
運動/速度傳感器
電動執行器
液壓馬達
第2 步：物聯網網關和數據采集系統 (DAS)
數(shu)據(ju)(ju)(ju)采(cai)集系統(DAS) 在將原始模擬數(shu)據(ju)(ju)(ju)轉換為可(ke)(ke)編程數(shu)字數(shu)據(ju)(ju)(ju)方面發揮(hui)著(zhu)重(zhong)要作用。互(hu)聯網網關(guan)在傳感(gan)器和網關(guan)之間提供網絡連(lian)接以(yi)執行 DAS。此網絡連(lian)接可(ke)(ke)以(yi)通(tong)過無(wu)線或有線連(lian)接，比如 LAN、USB 或 GPIO。在這一層 IoT 解決方案架構中，網關(guan)和 DAS 還有助于(yu)控制、過濾和選擇數(shu)據(ju)(ju)(ju)，以(yi)最大(da)限度地減(jian)少發送到(dao)云端的信息(xi)量，從(cong)而影響功率和整(zheng)體(ti)性(xing)能。
在功(gong)(gong)耗(hao)和(he)性(xing)能(neng)之間找到適當的(de)平衡對于優(you)化整(zheng)體性(xing)能(neng)至關重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)。因此，功(gong)(gong)率(lv)預(yu)(yu)算(suan)(suan)起(qi)著重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)作用。功(gong)(gong)率(lv)預(yu)(yu)算(suan)(suan)是(shi)一種考(kao)慮操(cao)作整(zheng)個物(wu)聯網解(jie)決(jue)方案架構所(suo)需的(de)可能(neng)功(gong)(gong)率(lv)的(de)每(mei)個細(xi)節的(de)行為(wei)(wei)。操(cao)作員必須(xu)考(kao)慮描述實(shi)際能(neng)量輸出(chu)和(he)計算(suan)(suan)能(neng)量輸出(chu)之間關系的(de)性(xing)能(neng)比(bi)或百分比(bi)。因此，通過比(bi)較理論(lun)和(he)實(shi)際結果，可以更(geng)精確地計算(suan)(suan)功(gong)(gong)率(lv)預(yu)(yu)算(suan)(suan)。有人可能(neng)想(xiang)知道為(wei)(wei)什么這如此重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)。以下(xia)是(shi)物(wu)聯網解(jie)決(jue)方案架構中功(gong)(gong)率(lv)預(yu)(yu)算(suan)(suan)的(de)一些要(yao)(yao)點：
功(gong)率(lv)可用性：功(gong)率(lv)預算確保它仍然足(zu)夠，并有足(zu)夠的功(gong)率(lv)來確保未來的運(yun)行。
發(fa)熱(re)：滿足功率和(he)性(xing)能之(zhi)間(jian)的適當平衡(heng)將防止過熱(re)。過熱(re)可能對計(ji)算機組件有(you)害或導致性(xing)能下(xia)降。
成(cheng)本：更(geng)大(da)(da)的(de)功率意味著更(geng)大(da)(da)的(de)組(zu)件，這意味著操(cao)作計(ji)算機(ji)需要更(geng)高的(de)成(cheng)本。
物(wu)聯網(wang)網(wang)關(guan)和數據(ju)采(cai)集系(xi)統(DAS) 的物(wu)聯網(wang)解決方(fang)案：
1. SoC與Socket設計
在計(ji)算出整個(ge)物聯(lian)網(wang)解決方案(an)架構所(suo)需的功率預算后(hou)，下(xia)一(yi)步就是要知道(dao)要使用(yong)哪個(ge)處(chu)理(li)器。在這里，我(wo)們有SoC（片(pian)上系(xi)統(tong)(tong)(tong)）和(he)Socket設計(ji)。SoC 或片(pian)上系(xi)統(tong)(tong)(tong)是將所(suo)有計(ji)算機組(zu)件組(zu)合到單個(ge)基板系(xi)統(tong)(tong)(tong)上的集(ji)成(cheng)電路。例如，除了CPU之外，它(ta)還(huan)包(bao)括GPU和(he)內存(cun)存(cun)儲等高級外圍(wei)設備。因此，這種處(chu)理(li)器設計(ji)通常用(yong)于節(jie)能和(he)空間受限的部署。
另一方面，插座設計是主板上的單個連接器，提供與CPU的機械連接和電氣接口。雖然插座芯片設(she)計(ji)允(yun)許多個復雜的(de)(de)工藝(yi)，但由于它(ta)運行在(zai)高性(xing)能，這也意味著它(ta)具有更高的(de)(de)熱設(she)計(ji)功率(lv)（TDP）或更多的(de)(de)功率(lv)。因此，插座式芯片設(she)計(ji)處(chu)理(li)(li)器需要額外的(de)(de)冷卻，以避(bi)免可能導(dao)致故障和熱節流的(de)(de)高溫。對(dui)于選擇哪(na)種類型的(de)(de)處(chu)理(li)(li)器設(she)計(ji)沒有明確(que)的(de)(de)解決(jue)方(fang)(fang)案；每個物聯網解決(jue)方(fang)(fang)案都是(shi)根據處(chu)理(li)(li)能力和要求精確(que)選擇的(de)(de)。
2. 性能加速——用于實時處理的 CPU、GPU 和 M.2 加速器
性能加(jia)速(su)(su)器(qi)(qi)(qi)是能夠從CPU 卸(xie)載任務并(bing)(bing)提(ti)高性能以(yi)獲得(de)實時(shi)決策(ce)的微處(chu)(chu)理器(qi)(qi)(qi)。僅一個 CPU 可能不足以(yi)處(chu)(chu)理來(lai)自越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)多的物(wu)聯網設備的大量數據(ju)。因此，性能加(jia)速(su)(su)器(qi)(qi)(qi)利用并(bing)(bing)行計(ji)算，系統可以(yi)一次同時(shi)處(chu)(chu)理各(ge)種(zhong)任務。物(wu)聯網解決方案架(jia)構(gou)可以(yi)利用的一些性能加(jia)速(su)(su)器(qi)(qi)(qi)包括多核 CPU、GPU、VPU、NVME M.2 存儲等(deng)等(deng)。在性能加(jia)速(su)(su)器(qi)(qi)(qi)的幫助下，邊緣計(ji)算機可以(yi)處(chu)(chu)理來(lai)自多個物(wu)聯網設備的所有數據(ju)，并(bing)(bing)在生成數據(ju)的地方執行復雜的分析。
第3步：邊緣處理
在這一層的(de)物(wu)聯網解決方案(an)架構(gou)中(zhong)，所有前期已經數字化和(he)積累的(de)模(mo)擬數據都會歸結為(wei)這個(ge)過程，稱為(wei)預處(chu)(chu)理或(huo)邊(bian)緣(yuan)處(chu)(chu)理。在這個(ge)階段，機器學(xue)習(xi)可以非(fei)常有助于(yu)向系(xi)統提供反饋并管(guan)理整個(ge)正(zheng)在進行的(de)過程，而無需等待(dai)來自云端的(de)指令。因此，機器學(xue)習(xi)通過在邊(bian)緣(yuan)處(chu)(chu)理一些數據來幫(bang)助減少發(fa)送(song)到云或(huo)數據中(zhong)心的(de)數據量。
物(wu)聯網中(zhong)的工作負載整合(he)
需要堅固的(de)邊(bian)緣計算(suan)解決方(fang)案(an)作為所(suo)有(you)數(shu)據(ju)預處理(li)(li)的(de)媒介。此(ci)外(wai)，堅固的(de)邊(bian)緣計算(suan)解決方(fang)案(an)通過多(duo)核處理(li)(li)器、巨大的(de)數(shu)據(ju)存儲和(he)各種I/O 選(xuan)項提供可擴展的(de)高級處理(li)(li)能力。因此(ci)，通過利用強(qiang)大的(de)邊(bian)緣計算(suan)解決方(fang)案(an)連接所(suo)有(you)傳感器、設(she)備和(he)物聯(lian)網基礎設(she)施，可以在減少(shao)硬件占(zhan)用的(de)情況(kuang)下執(zhi)行物聯(lian)網解決方(fang)案(an)架構(gou)流程。
第4 步：在云或數據中心進行進一步分析
在(zai)物(wu)聯(lian)網解決方案架構的(de)(de)第四(si)步，云(yun)或(huo)(huo)數(shu)據中心(xin)作為整(zheng)個物(wu)聯(lian)網架構流程的(de)(de)大腦(nao)延伸。數(shu)據中心(xin)或(huo)(huo)基(ji)于云(yun)的(de)(de)系統(tong)專門設計用于存儲、處理(li)和(he)分析來(lai)自多個傳感器或(huo)(huo)站點的(de)(de)大量數(shu)據，以進行更深(shen)入的(de)(de)分析。在(zai)這個階段，數(shu)據中心(xin)將收集(ji)到的(de)(de)所有數(shu)據結合起來(lai)，以獲得(de)更全面的(de)(de)物(wu)聯(lian)網整(zheng)體(ti)架構圖和(he)可(ke)操作的(de)(de)預(yu)測。最后(hou)，預(yu)測可(ke)以直(zhi)接傳回傳感器或(huo)(huo)執行器或(huo)(huo)最終用戶(hu)應用程序。
第5 步：用于狀態和數據管理的人機界面 (HMI)
這是物聯網(wang)(wang)解決方(fang)案架構的(de)最(zui)后一步。如前所述，來自云或數據中心的(de)最(zui)終(zhong)預測(ce)將(jiang)傳回傳感器/執行(xing)器或直接(jie)傳給最(zui)終(zhong)用戶。因此，在與最(zui)終(zhong)用戶直接(jie)接(jie)觸時，考(kao)慮物聯網(wang)(wang)平(ping)臺(tai)至關重要。HMI 或人(ren)(ren)機界面(mian)是提供人(ren)(ren)機交互的(de)圖形(xing)用戶界面(mian) (GUI)。HMI 允許操(cao)作員管(guan)理(li)正在進行(xing)的(de)流程并顯示數據可(ke)視化(hua)。因此，物聯網(wang)(wang)中的(de) HMI 對于(yu)實現來自機器系統的(de)遠(yuan)程交互和可(ke)視化(hua)是至關重要的(de)。
