【導讀】專(zhuān)為邊緣應用打造的系統要求具備高度靈活性。這需要可擴展的處理能力，而采用嵌入式計算機模塊是最為高效的實(shí)現方式。從智慧城市LoRa網(wǎng)關(guān)到智能充電基礎設施和視頻監控服務(wù)器，三種實(shí)際應用均搭配可選AI技術(shù)，以展現這種模塊化設置的優(yōu)勢。
低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）技術(shù)LoRa已廣泛部署于不同的交通應用領(lǐng)域。智能城市基于此項技術(shù)構建網(wǎng)絡(luò )，以連接智能分布式設備，例如分布式停車(chē)空間以及中央多層停車(chē)場(chǎng)。上述各種停車(chē)應用的例子證明，LoRa網(wǎng)關(guān)需具備高度可適應性。
LoRa網(wǎng)關(guān)需要靈活嵌入式邊緣邏輯
靈活的LoRa網(wǎng)關(guān)應用配置是需要的，因為該無(wú)線(xiàn)協(xié)議無(wú)需物理式連接器，就可連接任何LoRa傳感器。這意味著(zhù)基于各種LoRa設備混合的任何應用，都可使用LoRa網(wǎng)關(guān)。因此，智慧城市也可采用LoRa停車(chē)網(wǎng)關(guān)跟蹤其自由浮動(dòng)的移動(dòng)服務(wù)，以及將充電基礎設施集成到停車(chē)指導系統等。然而，擴展智能城市網(wǎng)關(guān)的任務(wù)，需要集成面向未來(lái)需求的可擴展性，以改善投資安全性。法國Expemb公司推出的LoRa FlexGate FGW264網(wǎng)關(guān)，通過(guò)嵌入式計算機模塊提供了這種可擴展性。這款新型網(wǎng)關(guān)采用滿(mǎn)足邊緣處理器需求的模塊，可實(shí)現靈活的硬件和軟件設置，以解決包括人工智能（AI）在內的任何基于LoRa的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)挑戰。平臺支持最多8個(gè)LoRa通道，可同步和數千個(gè)連接對象進(jìn)行通信。該系統可搭載兩個(gè)不同世代的英特爾凌動(dòng)處理器（代號Bay Trail和Apollo Lake）。通過(guò)采用獨立于供貨商的Qseven嵌入式計算機模塊（COM），可實(shí)現這種超出專(zhuān)用處理器插槽性能的高可擴展性。
圖1：Expermb推出的LoRaWAN FlexGate FG264私人網(wǎng)關(guān)設計采用康佳特Qseven嵌入式計算機模塊。
面向云端的LoRa網(wǎng)關(guān)，可提供1Gb網(wǎng)速的以太網(wǎng)和3G/4G連接性能。由于界面數量受到限制，網(wǎng)關(guān)尤其適合以L(fǎng)oRa為重點(diǎn)的應用。要求配備混合型本地連接功能的邊緣系統需具有更高的I/O靈活性。但即使在此類(lèi)應用情形下，模塊化方式非常適合邊緣計算機，正如中國最近實(shí)施的邊緣層部署所示。
用于智能充電基礎設施的邊緣服務(wù)器
中國正在攜手騰訊的能源物聯(lián)網(wǎng)合作伙伴，為智能電網(wǎng)分布式管理系統部署邊緣層。在未來(lái)發(fā)展前景廣闊的電動(dòng)汽車(chē)的影響下，這種結合交通基礎設施應用背景的邊緣服務(wù)器設計優(yōu)勢顯著(zhù)。電動(dòng)汽車(chē)需要的充電基礎設施，理論上以可再生能源燃料為佳，而再生能源是在本地微電網(wǎng)和分布式虛擬電網(wǎng)中產(chǎn)生的，這些分布式電網(wǎng)需要智能邊緣設備，才能夠將分散在各地的再生能源有效管理并集中給這些充電基礎設備。中國的邊緣層服務(wù)一旦全部可用，有望支持數千臺電力設備、數百個(gè)供電協(xié)議，以及在線(xiàn)編輯通用標準協(xié)議和動(dòng)態(tài)化完成通用標準設備類(lèi)型。這種綜合性生態(tài)系統對于全球眾多應用項目將具有很大的吸引力。
邊緣服務(wù)器設計者選擇采用了基于COM Express Type 7模塊的靈活系統設計，并將其用于邊緣設備新類(lèi)別的適應性硬件。這些模塊采用標準化的外形設計，且具備服務(wù)器級的性能和功能性。首批系統采用的模塊搭載了英特爾至強D15xx處理器，最多可配備16個(gè)內核和32個(gè)線(xiàn)程。備用配置采用英特爾凌動(dòng)C3xxx處理器。這些處理器配備多達16個(gè)內核，且同時(shí)能耗低至25W TDP，完美匹配所有需要處理小數據報的應用項目。此類(lèi)系統設計本質(zhì)上是一個(gè)小型的盒裝系統，但即使是安裝在服務(wù)器機架內的邊緣系統，也能夠從嵌入式計算機模塊設計中獲益。
圖2：中國智能電網(wǎng)邊緣層首個(gè)采用物聯(lián)網(wǎng)邊緣路由器設計，基于英特爾至強D15xx處理器的康佳特嵌入式服務(wù)器模塊。另可選配置基于英特爾凌動(dòng)C3xxx處理器的服務(wù)器模塊。
用于上下文感知應用的模塊化機架式服務(wù)器
在機架式服務(wù)器設計方面，通過(guò)采用標準的嵌入式計算機模塊，可顯著(zhù)降低路邊應用（例如配備AI以提高上下文感知能力的視頻監控系統）的長(cháng)期投資成本。對于基礎設施邊緣微服務(wù)器應用項目，例如Christmann等供貨商，也采用獨立于供貨商的COM Express Type 7和新一代COM-HPC標準的嵌入式服務(wù)器模塊。其優(yōu)勢不僅體現在適應最新AI技術(shù)的靈活性，而且還具有長(cháng)期的發(fā)展前景：隨著(zhù)技術(shù)增強功能的快速革新，在3至5年后需要推出的第二代產(chǎn)品，預計成本將僅占初始投資的50%左右，因為大多數情形下只需簡(jiǎn)單更換處理器模塊。
Christmann機架式服務(wù)器可靈活地配備多達27臺搭載x86或Arm架構的中央處理器微服務(wù)器，有顯著(zhù)減少TCO（總體擁有成本）的潛力。此外，所提供的產(chǎn)品還包括采用GPGPU卡和FPGA模塊形式進(jìn)行并行任務(wù)處理的標準化模塊選項，外形設計也采用了COM Express Basic的規格尺寸（95x125mm2）?；谀K化設計理念的Christmann RECS Box 4.0服務(wù)器產(chǎn)品系列，具有極高的可擴展性。
圖3：用于機架式系統的Cristmann RECS Box 4.0微服務(wù)器系列產(chǎn)品，采用康佳特推出的COM Express Type 6和COM Express Type 7嵌入式服務(wù)器模塊，以及標準化GPGPU卡和FPGA模塊，具有極高的可擴展性。
即使5G邊緣也應模塊化
以上三個(gè)實(shí)例表明，基于嵌入式計算機模塊和服務(wù)器模塊設計邊緣網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器具有巨大優(yōu)勢。對于大規模的應用項目，采用專(zhuān)用載板搭配模塊也不失為一個(gè)通用策略。那么，面向未來(lái)大規模的應用項目，例如5G路側邊緣服務(wù)器等或消費類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)，為何不采用類(lèi)似的方法？首先實(shí)施用于研發(fā)的計算機模塊和載板設計，然后通過(guò)計算機模塊和載板集成實(shí)現全定制設計。嵌入式計算機供貨商，如康佳特，已準備好支持這種從專(zhuān)屬設計到采用開(kāi)放式模塊化平臺的死循環(huán)設計的范式轉換。
圖4：不斷增加的5G路邊邊緣服務(wù)器和消費類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)的性能需求，可通過(guò)基于嵌入式服務(wù)器模塊的模塊化設計得以完美匹配，其中首先實(shí)施用于研發(fā)的COM和載板設計，并隨后通過(guò)COM和載板集成實(shí)現全定制設計。
（來(lái)源：EDN電子技術(shù)設計，作者：Zeljko Loncaric，市場(chǎng)工程師，德國康佳特科技）
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