无论构建什么样的物联网系统，都必须具备三个“必备”要素：传感器节点、网关和云网络。 网关是传感器节点与云端之间的过渡系统，负责双向传输信息和命令。 然而，由于距离的限制，网关功能得到了改进，现在与云共享部分处理工作负载，现在被认为是边缘计算资源。

许多不同类型的设备可以被视为不同物联网系统中的网关。 例如，在家电物联网应用中，智能音箱可能起到网关的作用。 每个节点通过Wi-Fi或蓝牙连接到扬声器，扬声器传输信息和命令。 另一个示例可能是面向公众的 IoT 应用程序。 蜂窝基站充当网关，节点通过 4G LTE 或 5G 连接到它们，信息和命令由蜂窝基站传输。

网关也应用于需要工业计算机 (IPC) 的工业物联网 (IIoT) 应用程序。 在 IIoT 中，有很多网关的例子。 应用程序可能只是使用嵌入式计算机作为网关，而其他应用程序则使用全尺寸服务器机房。 然而，工业物联网中使用的许多网关只能执行基本功能，缺乏全面的软硬件支持。

最近，我收到了研华 EI-52 (EI-52-S6A1) 边缘智能系统进行体验。 我把它拆箱，测试了系统，发现它使用起来很简单。 在本文中，我将使用 EI-52 来说明在为 IIoT 应用程序设置网关时应考虑的关键点和特征。

在笔者家中摸索体验的EI-52

工业级计算机的三种应用

IPC 与普通的家用和办公用计算机有很大不同。 它们可能安装在高温锅炉旁边或访客热点区域中碰撞可能性高的区域。 因此，工控机的机械设计需要更多地关注可靠性。 EI-52 的机械设计不仅专为极端环境而设计，而且还具有工业级坚固性设计，可在 -10 至 50 °C 的温度下运行。

EI-52 有三个主要应用； 第一，室内设施，如商店、商场和百货公司； 二、工厂生产线自动化； 第三，零售和便利店的自助服务亭。

具有长期服务和支持的主流 Windows 操作系统

在过去调查服务器市场后，我注意到塔式服务器是零售行业中使用最广泛的服务器。 即使 Linux 的市场份额不断增长，Windows 操作系统仍然是零售行业使用的主流操作系统，因为商店经理和员工更熟悉该操作系统，他们可以更轻松地在 Windows 下更改设置或进行基本的故障排除 . EI-52 使用 Windows 10 Enterprise Long-Term Servicing Channel (LTSC)，不仅提供熟悉的操作系统，而且保证长期的售后服务和支持。

EI-52使用Windows 10企业版长期服务通道

EdgeX Foundry 和强大的技术生态系统

EdgeX Foundry 是一个高度灵活且可扩展的开源软件框架，可促进物联网边缘设备和应用程序之间的互操作性。 在实践中，网关需要使用 Docker 容器技术来执行 EdgeX Foundry。

由于EdgeX Foundry 2018年版本的重大升级，其安全基础设施得到增强，计算资源需求降低。 此外，它现在使用Docker容器技术，而不是Hypervisor（VM，虚拟机），更轻量级，保留了大量硬件资源以供其他用途和未来扩展。

在较低的资源要求方面，旧版本的EdgeX，包括容器需要519MB的存储空间，而新版本只需要68MB。 模拟100个节点运行时，旧版本需要1302MB RAM，而新版本只需要27MB。 除了这个显着的节省之外，网关服务程序的初始化速度更快，从每个服务大约 35 秒到不到一秒。 我检查了EI-52所有预装软件使用的存储空间。 它只有大约 38 GB，包括操作系统、EdgeX Foundry 和所有相关的软件程序。

EdgeX Foundry 拥有强大的技术生态系统，得益于各种硬件和软件供应商的支持。 其产品包括各种内置通信协议、多个传感器节点（如相机和条形码阅读器）的驱动程序和示例代码。 相关文档、历史问题、讨论记录也非常全面。 EdgeX Foundry 真正简化并加快了 IIoT 应用程序的开发。

EI-52的EdgeX控制面板界面

WISE-DeviceOn，高效的后端管理软件

在操作方面，EI-52 使用 EdgeX Foundry，它使用微服务来管理节点。 此外，网关也需要管理，因此研华开发了名为 WISE-DeviceOn 的设备管理解决方案。

WISE-DeviceOn分为两部分，一是WISE-Agent，安装在被管理的设备上（这里是EI-52），二是WISE-DeviceOn云服务，由研华建立和运营 作为后端。 WISE-Agent 负责收集被管理设备的信息并传输到后端，同时从云端接收控制设备的命令。

通过后端，管理员可以在现场查看多个网关的实时状态，如网络连接状态、异常事件等。 如果检测到异常事件，则可以远程进行进一步诊断。 此外，可以进一步分析设备数据以进行预测性维护。

管理员可以通过无线方式更新所有网关上的固件，远程控制电源开关，以及配置通知条件。 更重要的是，WISE-DeviceOn 允许对多个网关（设备组）进行分组，从而可以进行批量操作。 这节省了大量的时间和精力。

WISE-DeviceOn云端管理接口（设备名称若干遮盖）

公有云支持

EI-52采集现场所有信息后，需要上传到云端。 理论上，只要数据格式和协议正确映射到所需的云服务标准，任何云服务都可以使用。

如上所述，云是整个物联网运营中不可或缺的一部分。 通过云端的数据聚合，管理员可以了解现场设备的整体变化，从收集的数据分析中发现细微的模式，并进行后续的预测和响应。

EI-52联机Microsoft Azure IoT Hub的后台管理画面（部份信息若干遮盖）

两个可选功能：推理加速和备份

EI-52 可以在本地进行 AI 推理，因为它与云端共享推理工作负载，这使得它更及时、更省电，并降低数据传输成本（公有云服务通常按数据使用量收费）。

对此，EI-52 中的第 11 代 Intel® Core™ i5/i3/Celeron 处理器使用内置的 AVX-512 VNNI 指令集，可通过利用 硬件进行计算。 您还可以选择将研华的 VEGA-330 AI 模块添加到 EI-52，该模块采用 mini-PCIe 封装，包含两个 Intel® Movidius™ Myriad™ X VPU，可加快视频流的推理速度。

除了Edge AI模块，EI-52还可以搭载研华其他5G和Wi-Fi模块，满足云端和传感器的各种通信需求。 所有模块均经过兼容性、性能和热可靠性测试，以确保稳定运行。

网关对信息安全的要求比传感器节点和云网络更高，因为云服务器大多位于数据中心，系统受到严格监控和多层保护，而网关和传感器节点大多放置在开放环境和公共空间中，这使得 很难有充分的保护。 网关不仅可以通过互联网被黑客入侵，还可以通过物理方法被黑客入侵。

当单个传感器受到攻击时，通常只会造成很小的局部损坏，并且工作负载很容易被相邻节点覆盖。 但是，一旦网关受到攻击，影响将扩展到整个区域，不容忽视。

因此，EI-52 中安装可选的防病毒和数据备份和恢复软件实用程序。 研华已与软件供应商合作，测试并验证 McAfee 防病毒软件和 Acronis 数据备份和恢复软件可用于为 EI-52 提供所有必要的保护和安全措施。

除了软件实用程序外，EI-52还有一颗硬件芯片（Infineon SLB9670XQ2.0），提供TPM 2.0安全相关功能，避免数据篡改。 同时，数据分散保存，即使黑客访问整个EI-52设备，没有验证密钥也无法正确解码其中的数据。

EI-52方案整体示意图（绘图：陆向阳）