MyAdvantech Registration

MyAdvantech is a personalized portal for Advantech customers. By becoming an Advantech member, you can receive latest product news, webinar invitations and special eStore offers.

Sign up today to get 24/7 quick access to your account information.

Mở hộp sản phẩm máy tính biên thông minh EI-52 của Advantech

18/06/2021
article-pic

Bất kể bạn đang xây dựng loại hệ thống IoT nào, nhưng chúng đều cần phải có 3 thành phần quan trọng: nút cảm biến, cổng kết nối (gateway) và đám mây. Gateway là hệ thống chuyển tiếp giữa các nút cảm biến và đám mây và chịu trách nhiệm truyền thông tin và lệnh theo hai chiều. Tuy nhiên, do những hạn chế về khoảng cách truyền, ngành công nghiệp này đã liên tục tăng cường các chức năng của gateway trong những năm gần đây để chia sẻ một phần khối lượng công việc của đám mây, ngày nay thường được gọi là điện toán biên.

Nhiều loại thiết bị khác nhau có thể được coi là gateway trong các hệ thống IoT khác nhau. Ví dụ: trong một ứng dụng IoT của thiết bị gia dụng, một chiếc loa thông minh có thể đóng vai trò như một gateway. Mỗi nút được kết nối với loa bằng Wi-Fi hoặc Bluetooth và loa sẽ chịu trách nhiệm truyền thông tin và lệnh. Hoặc trong một ứng dụng IoT dành cho các khu vực công cộng, các tháp di động có thể hoạt động như các gateway và các nút được kết nối với chúng bằng mạng 4G LTE hoặc 5G, đồng thời thông tin và lệnh được truyền bởi các tháp di động. Tương tự, trong các ứng dụng IoT (IIoT) công nghiệp, các gateway cũng cần thiết và chúng thường là các máy tính công nghiệp (IPC).


Trong các ứng dụng IIoT, có nhiều cách triển khai cho các gateway. Một số trường hợp chỉ sử dụng máy tính bảng đơn Raspberry Pi làm gateway, nhưng một số trường hợp sử dụng phòng máy chủ. Tuy nhiên, nhiều hệ thống chỉ có thể thực hiện các chức năng cơ bản và thiếu phần mềm và phần cứng được hỗ trợ toàn diện. Tôi đã may mắn nhận được sản phẩm máy tính biên thông minh EI-52 (EI-52-S6A1) của Advantech cách đây vài ngày. Tôi đã mở hộp, thử nghiệm hệ thống và thấy rằng nó khá dễ sử dụng và có thể là một ví dụ tốt để giới thiệu các đặc điểm và tính năng chính cần được xem xét khi thiết lập các gateway cho ứng dụng IIoT.

Cơ chế cấp công nghiệp đề xuất cho 3 ứng dụng

Các ứng dụng của IPC rất khác so với các máy tính sử dụng trong gia đình và văn phòng thông thường. Chúng có thể được lắp đặt bên cạnh các nồi hơi nhiệt độ cao hoặc ở các khu vực có khả năng xảy ra va chạm cao trong các khu vực điểm nóng dành cho khách. Do đó, thiết kế cơ khí của các IPC cần phải xem xét thêm về độ tin cậy. Sản phẩm EI-52 không chỉ được thiết kế cho môi trường khắc nghiệt mà còn có độ bền cấp công nghiệp và có thể hỗ trợ nhiệt độ hoạt động từ -10 đến 50°C. Do đó, có ba ứng dụng chính được kiến nghị cho EI-52: thứ nhất, lắp đặt trong nhà, chẳng hạn như cửa hàng, trung tâm thương mại và cửa hàng bách hóa; thứ hai, tự động hóa dây chuyền sản xuất trong môi trường làm việc của nhà máy; thứ ba, các máy kiosk tự phục vụ, chẳng hạn như 7-ELEVEN ibon và FamilyMart FamiPort.

Hệ điều hành Windows chính thống với kênh dịch vụ dài hạn

Tôi đã tìm hiểu về thị trường máy chủ trong quá khứ và nhận thấy rằng máy chủ dạng tháp, tương tự như máy tính để bàn, luôn được sử dụng rộng rãi trong ngành bán lẻ. Ngay cả khi thị phần ngày càng tăng của hệ điều hành Linux, hệ điều hành Windows vẫn là xu hướng chủ đạo trong ngành bán lẻ, bởi vì các nhà quản lý cửa hàng hoặc nhân viên quen thuộc hơn với hệ điều hành này. Họ có thể thay đổi cài đặt hoặc xử lý sự cố cơ bản trong hệ điều hành Windows. Hơn nữa, EI-52 sử dụng hệ điều hành Windows 10 Enterprise Long-Term Servicing Channel (LTSC), không chỉ mang đến sự quen thuộc với hệ điều hành phổ biến nhất này mà còn đảm bảo các dịch vụ sau bán lâu dài.

EdgeX Foundry với hệ sinh thái công nghệ mạnh mẽ

Trong thực tế, các gateway cần sử dụng các công nghệ truyền thông khác nhau để kết nối với các nút cảm biến khác nhau và sử dụng các giao thức truyền thông khác nhau để giao tiếp với đám mây. Do đó, các gateway phải có khả năng chạy các mô-đun giao tiếp khác nhau và có các trình điều khiển khác nhau cho phù hợp với yêu cầu của hệ thống, cũng như các chương trình tiện ích và ứng dụng đa dạng. Nếu mỗi nhà cung cấp phần mềm phát triển các chương trình của riêng họ, nó sẽ chỉ gây ra sự nhầm lẫn cho người sử dụng.

Do đó, Linux Foundation đã ra mắt EdgeX Foundry vào năm 2017, với hy vọng thiết lập một nền tảng mã nguồn mở cho các gateway, giảm thiểu nhu cầu phát triển lại phần mềm cho gateway và cải thiện khả năng tái sử dụng phần mềm. EI-52 cũng sử dụng EdgeX Foundry, nhưng vì Linux là môi trường chính để sử dụng EdgeX Foundry, vì vậy EI-52 đã sử dụng công nghệ Docker container để thực thi EdgeX Foundry.

Sự nâng cấp lớn với Go Lang của EdgeX Foundry vào năm 2018, cơ sở hạ tầng bảo mật đã được nâng cao và các yêu cầu về tài nguyên máy tính đã được giảm xuống. Ngoài ra, nó sử dụng Docker thay vì Hypervisor (VM, máy ảo), nhẹ hơn và giữ lại nhiều tài nguyên phần cứng cho việc sử dụng khác và mở rộng trong tương lai.

Về dung lượng nhẹ và yêu cầu tài nguyên thấp hơn, phiên bản cũ EdgeX bao gồm bộ chứa yêu cầu dung lượng lưu trữ 519 MB, nhưng phiên bản mới chỉ cần 68 MB. Khi mô phỏng hoạt động của 100 nút, phiên bản cũ yêu cầu 1302 MB RAM trước đó, nhưng chỉ cần 27 MB cho phiên bản mới. Ngoài việc tiết kiệm tài nguyên, việc khởi tạo chương trình dịch vụ gateway cũng nhanh hơn, rút ngắn từ khoảng 35 giây cho mỗi dịch vụ xuống dưới một giây. Tôi đã kiểm tra dung lượng lưu trữ được sử dụng bởi tất cả phần mềm cài đặt sẵn của EI-52. Nó chỉ khoảng 38 GB, bao gồm hệ điều hành, EdgeX Foundry và tất cả các chương trình phần mềm liên quan.

EdgeX Foundry có một hệ sinh thái công nghệ mạnh mẽ do sự hỗ trợ của nhiều nhà cung cấp phần cứng và phần mềm. Các dịch vụ của nó bao gồm nhiều giao thức truyền thông tích hợp sẵn khác nhau, trình điều khiển cho nhiều nút cảm biến (chẳng hạn như máy ảnh và đầu đọc mã vạch) và mã mẫu. Các tài liệu liên quan và các vấn đề lịch sử và hồ sơ thảo luận cũng rất toàn diện và phong phú. EdgeX Foundry thực sự đơn giản hóa và tăng tốc sự phát triển của các ứng dụng IIoT.

WISE-DeviceOn: Phần mềm quản lý phụ trợ giúp tiết kiệm thời gian

Về việc vận hành, EI-52 sử dụng EdgeX Foundry. Ngoài hoạt động của gateway, EdgeX Foundry cũng có các dịch vụ nhỏ tương ứng để quản lý các nút. Tuy nhiên, không chỉ các nút mà cả gateway cũng cần được quản lý. Vì vậy, Advantech đã phát triển một giải pháp quản lý thiết bị, gọi là phần mềm WISE-DeviceOn.

WISE-DeviceOn được chia thành hai phần, một phần là WISE-Agent, được cài đặt trên thiết bị cần quản lý (ở đây là EI-52), phần còn lại là dịch vụ đám mây WISE-DeviceOn do Advantech thiết lập và vận hành, thường được gọi là chương trình phụ trợ. WISE-Agent chịu trách nhiệm thu thập thông tin của thiết bị được quản lý và truyền nó đến hệ thống backend, đồng thời nhận lệnh từ đám mây để điều khiển thiết bị.

Trong back-end, quản trị viên có thể kiểm tra trạng thái thời gian thực của nhiều gateway (EI-52) trên thực địa, chẳng hạn như trạng thái kết nối mạng và các sự kiện bất thường. Nếu có các sự kiện bất thường, việc chẩn đoán thêm có thể được thực hiện từ xa. Mặt khác, dữ liệu thiết bị có thể được phân tích thêm để thực hiện dự đoán bảo trì. 

Quản trị viên cũng có thể cập nhật firmware của tất cả các gateway (EI-52) qua mạng và điều khiển từ xa công tắc nguồn và định cấu hình các điều kiện thông báo. Quan trọng hơn, WISE-DeviceOn cho phép nhóm nhiều gateway (nhóm thiết bị), để có thể thực hiện các hoạt động hàng loạt và tiết kiệm rất nhiều thời gian và công sức.

Hỗ trợ đám mây công cộng

Sau khi EI-52 thu thập thông tin tại hiện trường, nó cần tải nó lên đám mây. Về lý thuyết, bất kỳ dịch vụ đám mây nào cũng có thể được sử dụng nếu định dạng dữ liệu và giao thức ánh xạ chính xác đến tiêu chuẩn dịch vụ đám mây. Tuy nhiên, hầu hết mọi người chọn các dịch vụ đám mây nổi tiếng, chẳng hạn như Microsoft Azure và sử dụng các dịch vụ tập trung vào các ứng dụng IoT, chẳng hạn như Azure IoT Hub.

Như đã đề cập ở trên, nền tảng đám mây là một phần không thể thiếu trong hoạt động tổng thể của IoT. Thông qua tổng hợp dữ liệu trên đám mây, quản trị viên có thể biết được những thay đổi tổng thể của các thiết bị hiện trường, để khám phá các mô hình tối ưu từ việc phân tích dữ liệu đã thu thập, đồng thời đưa ra các dự đoán và phản hồi tiếp theo.

Hai chức năng tùy chọn: Tăng tốc suy luận và sao lưu

EI-52 hỗ trợ khả năng tính toán biên và có thể thực hiện suy luận AI cục bộ. Nó chia sẻ khối lượng công việc suy luận của đám mây, giúp nó kịp thời hơn và tiết kiệm điện hơn, đồng thời giảm chi phí truyền dữ liệu (Các dịch vụ đám mây công cộng thường được tính phí theo lượng sử dụng dữ liệu).

Về vấn đề này, bộ xử lý Intel® Core™ i5 / i3 / Celeron thế hệ thứ 11 trong EI-52 đã tích hợp sẵn tập lệnh AVX-512 VNNI, có thể tăng tốc suy luận INT8 (điểm chuẩn của suy luận AI trong những năm gần đây) bằng cách sử dụng chu trình phần cứng. Bên cạnh đó, bạn cũng có thể chọn sử dụng thêm mô-đun VEGA-330 AI của Advantech với EI-52, ở dạng mini PCIe và bao gồm 2 VPU Intel® Movidius™ Myriad™ X, nó có thể giúp tăng tốc độ suy luận của các luồng xử lý video.

Ngoài mô-đun Edge AI, EI-52 cũng có thể được trang bị mô-đun 5G và Wi-Fi của Advantech để đáp ứng các yêu cầu giao tiếp khác nhau cho đám mây và cảm biến. Các mô-đun đều đã được kiểm tra khả năng tương thích, hiệu suất và nhiệt để đảm bảo khả năng hoạt động ổn định.

Hơn nữa, các gateway yêu cầu tiêu chuẩn cao hơn về các biện pháp bảo mật thông tin so với các nút cảm biến và đám mây, vì các máy chủ đám mây chủ yếu được đặt trong các trung tâm dữ liệu với sự giám sát chặt chẽ và một số lớp bảo vệ được thực hiện, trong khi các gateway và nút cảm biến chủ yếu được đặt trong môi trường mở và không gian công cộng , điều này gây khó khăn cho việc bảo vệ đầy đủ. Các gateway có thể bị tấn công không chỉ thông qua internet mà còn bằng cách sử dụng các phương pháp vật lý.

Khi một cảm biến đơn lẻ bị tấn công, một điều hay xảy ra, nó chỉ tạo ra một thiệt hại cục bộ nhỏ và khối lượng công việc có thể dễ dàng bị che phủ bởi các nút lân cận. Tuy nhiên, một khi một gateway bị tấn công, tác động sẽ mở rộng ra toàn bộ khu vực và không thể được bù đắp.

Do đó, hoàn toàn có thể cài đặt các tiện ích phần mềm sao lưu, phục hồi dữ liệu và chống vi-rút tuỳ chọn trong EI-52. Advantech đã hợp tác với các nhà cung cấp phần mềm để kiểm tra và xác minh rằng phần mềm chống vi-rút McAfee và phần mềm sao lưu và khôi phục dữ liệu Acronis có thể được sử dụng để cung cấp cho EI-52 các biện pháp bảo vệ và bảo mật an toàn.

Ngoài các tiện ích phần mềm, EI-52 còn có một chip phần cứng (Infineon SLB9670XQ2.0) để cung cấp các chức năng liên quan đến bảo mật TPM 2.0 để tránh giả mạo dữ liệu, đồng thời lưu dữ liệu một cách phân tán, để ngay cả khi hacker loại bỏ toàn bộ EI-52, dữ liệu bên trong nó không thể được giải mã chính xác nếu không có khóa xác minh.

Kết luận

Từ những trải nghiệm khi mở hộp sản phẩm, chúng tôi có thể kết luận rằng mặc dù các giải pháp gateway cơ bản và đơn giản nói chung có thể cung cấp đủ chức năng, tuy nhiên để nâng cao khả năng hoạt động ổn định và đáng tin cậy trong thời gian dài thì một giải pháp thông minh toàn diện là điều bắt buộc. Những giải pháp như vậy phải có thiết kế cơ học mạnh mẽ, dịch vụ sau bán hàng tốt, hệ sinh thái nhà phát triển phần mềm mạnh mẽ, khả năng chẩn đoán từ xa / cập nhật firmware / vận hành hàng loạt, tăng tốc suy luận, bảo mật và bảo vệ dữ liệu… Sản phẩm máy tính biên thông minh EI-52 của Advantech tập trung vào những điểm chính này và hy vọng sẽ là một giải pháp tối ưu dành cho các ứng dụng IIoT.

Nguồn: makerpro