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面向智能交通基础设施的模块化边缘计算技术

2020-07-29 13:26:18 Zeljko Loncaric,市场工程师,德国康佳特科技 阅读:
专为边缘应用打造的系统要求具备高度灵活性。这需要可扩展的处理能力,而采用嵌入式计算机模块是最为高效的实现方式。从智慧城市LoRa网关到智能充电基础设施和视频监控服务器,三种实际应用均搭配可选AI技术,以展现这种模块化设置的优势。

低功耗广域网(LPWAN)技术LoRa已广泛部署于不同的交通应用领域。智能城市基于此项技术构建网络,以连接智能分布式设备,例如分布式停车空间以及中央多层停车场。上述各种停车应用的例子证明,LoRa网关需具备高度可适应性。MQJednc

LoRa网关需要灵活嵌入式边缘逻辑

灵活的LoRa网关应用配置是需要的,因为该无线协议无需物理式连接器,就可连接任何LoRa传感器。这意味着基于各种LoRa设备混合的任何应用,都可使用LoRa网关。因此,智慧城市也可采用LoRa停车网关跟踪其自由浮动的移动服务,以及将充电基础设施集成到停车指导系统等。然而,扩展智能城市网关的任务,需要集成面向未来需求的可扩展性,以改善投资安全性。法国Expemb公司推出的LoRa FlexGate FGW264网关,通过嵌入式计算机模块提供了这种可扩展性。这款新型网关采用满足边缘处理器需求的模块,可实现灵活的硬件和软件设置,以解决包括人工智能(AI)在内的任何基于LoRa的物联网技术挑战。平台支持最多8个LoRa通道,可同步和数千个连接对象进行通信。该系统可搭载两个不同世代的英特尔凌动处理器(代号Bay Trail和Apollo Lake)。通过采用独立于供货商的Qseven嵌入式计算机模块(COM),可实现这种超出专用处理器插槽性能的高可扩展性。MQJednc

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图1:Expermb推出的LoRaWAN FlexGate FG264私人网关设计采用康佳特Qseven嵌入式计算机模块。MQJednc

面向云端的LoRa网关,可提供1Gb网速的以太网和3G/4G连接性能。由于界面数量受到限制,网关尤其适合以LoRa为重点的应用。要求配备混合型本地连接功能的边缘系统需具有更高的I/O灵活性。但即使在此类应用情形下,模块化方式非常适合边缘计算机,正如中国最近实施的边缘层部署所示。MQJednc

用于智能充电基础设施的边缘服务器

中国正在携手腾讯的能源物联网合作伙伴,为智能电网分布式管理系统部署边缘层。在未来发展前景广阔的电动汽车的影响下,这种结合交通基础设施应用背景的边缘服务器设计优势显著。电动汽车需要的充电基础设施,理论上以可再生能源燃料为佳,而再生能源是在本地微电网和分布式虚拟电网中产生的,这些分布式电网需要智能边缘设备,才能够将分散在各地的再生能源有效管理并集中给这些充电基础设备。中国的边缘层服务一旦全部可用,有望支持数千台电力设备、数百个供电协议,以及在线编辑通用标准协议和动态化完成通用标准设备类型。这种综合性生态系统对于全球众多应用项目将具有很大的吸引力。MQJednc

边缘服务器设计者选择采用了基于COM Express Type 7模块的灵活系统设计,并将其用于边缘设备新类别的适应性硬件。这些模块采用标准化的外形设计,且具备服务器级的性能和功能性。首批系统采用的模块搭载了英特尔至强D15xx处理器,最多可配备16个内核和32个线程。备用配置采用英特尔凌动C3xxx处理器。这些处理器配备多达16个内核,且同时能耗低至25W TDP,完美匹配所有需要处理小数据报的应用项目。此类系统设计本质上是一个小型的盒装系统,但即使是安装在服务器机架内的边缘系统,也能够从嵌入式计算机模块设计中获益。MQJednc

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图2:中国智能电网边缘层首个采用物联网边缘路由器设计,基于英特尔至强D15xx处理器的康佳特嵌入式服务器模块。另可选配置基于英特尔凌动C3xxx处理器的服务器模块。MQJednc

用于上下文感知应用的模块化机架式服务器

在机架式服务器设计方面,通过采用标准的嵌入式计算机模块,可显著降低路边应用(例如配备AI以提高上下文感知能力的视频监控系统)的长期投资成本。对于基础设施边缘微服务器应用项目,例如Christmann等供货商,也采用独立于供货商的COM Express Type 7和新一代COM-HPC标准的嵌入式服务器模块。其优势不仅体现在适应最新AI技术的灵活性,而且还具有长期的发展前景:随着技术增强功能的快速革新,在3至5年后需要推出的第二代产品,预计成本将仅占初始投资的50%左右,因为大多数情形下只需简单更换处理器模块。MQJednc

Christmann机架式服务器可灵活地配备多达27台搭载x86或Arm架构的中央处理器微服务器,有显著减少TCO(总体拥有成本)的潜力。此外,所提供的产品还包括采用GPGPU卡和FPGA模块形式进行并行任务处理的标准化模块选项,外形设计也采用了COM Express Basic的规格尺寸(95x125mm2)。基于模块化设计理念的Christmann RECS Box 4.0服务器产品系列,具有极高的可扩展性。MQJednc

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图3:用于机架式系统的Cristmann RECS Box 4.0微服务器系列产品,采用康佳特推出的COM Express Type 6和COM Express Type 7嵌入式服务器模块,以及标准化GPGPU卡和FPGA模块,具有极高的可扩展性。MQJednc

即使5G边缘也应模块化

以上三个实例表明,基于嵌入式计算机模块和服务器模块设计边缘网关和服务器具有巨大优势。对于大规模的应用项目,采用专用载板搭配模块也不失为一个通用策略。那么,面向未来大规模的应用项目,例如5G路侧边缘服务器等或消费类电动汽车,为何不采用类似的方法?首先实施用于研发的计算机模块和载板设计,然后通过计算机模块和载板集成实现全定制设计。嵌入式计算机供货商,如康佳特,已准备好支持这种从专属设计到采用开放式模块化平台的死循环设计的范式转换。MQJednc

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图4:不断增加的5G路边边缘服务器和消费类电动汽车的性能需求,可通过基于嵌入式服务器模块的模块化设计得以完美匹配,其中首先实施用于研发的COM和载板设计,并随后通过COM和载板集成实现全定制设计。MQJednc

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