隨著物聯網 (IoT) 解決方案的興起，許多產業都從物聯網技術中受益匪淺，這些技術提高了生產力和營運的可靠性。物聯網解決方案提供了一個包含感測器、儀器、機器和許多其他連接設備的環境，無需人工干預即可運行。話雖如此，我們將逐步剖析物聯網解決方案架構，以更深入地了解物聯網實施的循序漸進過程。
什麼是物聯網解決方案架構？
物聯網 (IoT) 中的「物」可以指汽車、建築物、機器，甚至是人。物聯網解決方案是一個由相互連接的感測器、計算設備和機器組成的系統，這些設備和機器透過網路連接形成一個完整的運作。因此，物聯網解決方案架構是從收集原始資料到獲得預測或結果的循序漸進資料流設計。物聯網解決方案架構沒有通用標準，但通常這種技術需要四個主要組成部分，包括：
- 感測器/致動器
- 閘道器和網路
- 雲端或資料伺服器
-
應用層
步驟 1：原始資料收集
作為每個物聯網系統的根源，連接設備負責提供物聯網系統的目標，即收集資料。因此，這項技術需要感測器來收集預測所需的所有原始資料。感測器從製程或環境條件中收集資料，例如品質控制、溫度、濕度、裝配線速度等等。此外，物聯網解決方案架構允許以指令或命令的形式進行雙向資料流，這些指令或命令會告知致動器採取任何控制或維護製程所需的動作。在某些情況下，感測器可能會偵測到需要立即響應的狀況，以便致動器可以即時執行補救動作。在感測器編譯所有原始資料之後，它們將稍後從類比資料轉換為數位資料，然後透過網際網路閘道器啟用資料分析。
用於原始資料收集的物聯網解決方案：
- 溫度感測器
- GPS/近距離感測器
- 動作/速度感測器
- 電動致動器
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液壓馬達
步驟 2：網路閘道器和資料擷取系統 (DAS)
資料擷取系統 (DAS) 在將原始類比資料轉換為可編程數位資料方面扮演著重要角色。網路閘道器在感測器和閘道器之間提供網路連接以執行 DAS。這種網路連接可以透過無線或有線連接，例如 LAN、USB 或 GPIO。在物聯網解決方案架構的這一層中，閘道器和 DAS 還可以幫助控制、篩選和選擇資料，以盡量減少發送到雲端的資訊量，從而影響功耗和整體效能。
要在功耗和效能之間取得適當的平衡對於最佳的整體效能至關重要。因此，功率預算扮演著重要角色。功率預算是在考量整個物聯網解決方案架構運作所需的所有可能功率的細節。操作員必須考量效能比率，或描述實際和計算能量輸出之間關係的百分比。因此，透過比較理論和實際結果，可以更精確地計算功率預算。您可能會想知道為什麼這如此重要；以下是物聯網解決方案架構中功率預算的一些重要點：
- 可用功率：功率預算確保它仍然足夠並有足夠的功率以確保未來的運作。
- 熱量產生：在功率和效能之間取得適當的平衡將防止過熱。過熱可能對電腦組件造成損害或導致效能下降。
- 成本：更多的功率意味著更大的組件，這意味著運作電腦需要更高的成本。
網路閘道器和資料擷取系統 (DAS) 的物聯網解決方案：
1. SoC vs. 插槽設計
在計算整個物聯網解決方案架構所需的功率預算後，下一步是了解要使用哪種處理器。這裡有 SoC (系統單晶片) 和插槽設計。SoC 或系統單晶片是一種積體電路，它將所有電腦組件整合到單一基板系統上。例如，除了 CPU 之外，它還包括 GPU 和記憶體儲存等進階週邊設備。因此，這種處理器設計通常用於節省功耗和空間受限的部署。
另一方面，插槽設計是主機板上的單一連接器，可提供與 CPU 的機械連接和電氣介面。儘管插槽晶片設計允許多個複雜的製程，但由於它以高效能運行，這也意味著它具有更高的熱設計功率 (TDP) 或更多的功率。因此，插槽晶片設計處理器需要額外的冷卻，以避免可能導致故障和熱節流的高溫。在選擇哪種類型的處理器設計方面沒有明確的解決方案；每個物聯網解決方案都是根據處理能力和要求精確選擇的。
2. 效能加速 – CPU、GPU 和 m.2 加速器用於即時處理
效能加速器是能夠從 CPU 卸載任務並提高效能以實現即時決策的微處理器。單靠 CPU 可能不足以處理來自越來越多的物聯網設備的大量資料。因此，效能加速器利用平行計算，系統可以同時處理各種任務。物聯網解決方案架構可以利用的一些效能加速器包括多核心 CPU、GPU、VPU、NVME M.2 儲存等等。借助效能加速器，邊緣電腦可以處理來自多個物聯網設備的所有資料，並在資料生成的地方執行複雜的分析。
步驟 3：邊緣處理
在物聯網解決方案架構的這一層中，所有在早期階段已經數位化和累積的類比資料將進入這個稱為預處理或邊緣處理的過程。在此階段，機器學習對於向系統提供回饋並管理整個進行中的過程而無需等待雲端指令非常有幫助。因此，機器學習透過在邊緣處理部分資料來幫助減少發送到雲端或資料中心的資料量。
物聯網中的工作負載整合
堅固的邊緣運算解決方案是進行所有資料預處理的媒介。此外，堅固的邊緣運算解決方案提供可擴展、先進的處理能力，具有多核心處理器、龐大的資料儲存和各種 I/O 選項。因此，物聯網解決方案架構處理可以透過利用強大的邊緣運算解決方案來連接所有感測器、設備和物聯網基礎設施，從而減少硬體佔用空間。
用於邊緣運算解決方案的物聯網解決方案
話雖如此，隨著物聯網設備數量的持續增加，對更堅固可靠的邊緣運算解決方案的需求也隨之增加。在 Premio，我們提供廣泛的物聯網邊緣運算解決方案，從板級 SBC、小型物聯網閘道器、迷你堅固型電腦、車載物聯網系統，甚至是高效能 AIoT (人工智慧物聯網) 系統。此外，我們的每一款產品都是專為承受最嚴苛的工業用途而設計，同時不影響效能。以下是物聯網解決方案架構的一些邊緣電腦：
步驟 4：雲端或資料中心中的進一步分析
在物聯網解決方案架構的第四個步驟中，雲端或資料中心充當整個物聯網結構流程的「大腦延伸」。資料中心或基於雲端的系統專門設計用於儲存、處理和分析來自多個感測器/站點的大量資料，以進行更深入的分析。在此階段，資料中心將所有收集到的資料結合起來，以獲得整體物聯網架構和可操作預測的更全面圖像。最後，預測可以直接傳輸回感測器/致動器或終端使用者應用程式。
解決方案：
雲端系統
雲端系統是一個實體設施，用於儲存大量資料並成為管理許多應用程式的地方。快速的技術進步允許資料在多個資料中心、邊緣運算解決方案和雲端系統之間連接。因此，雲端系統必須透過利用路由器、交換機、防火牆、儲存系統、伺服器和應用程式控制器來在這些多個不同的站點之間進行通訊。
隨著物聯網設備的快速成長，雲端系統可能會遇到瓶頸，無法應付資料量的大幅增加，因此需要邊緣電腦來減輕其壓力。因此，藉助強大的工業運算解決方案，大部分資料可以在邊緣處理，只有部分資料會發送到雲端進行進一步分析。因此，邊緣運算用於處理時間敏感的資料，而雲端運算則用於處理和儲存非時間驅動的資料。
步驟 5：用於狀況和資料管理的人機介面 (HMI)
這是物聯網解決方案架構的最後一個步驟。如前所述，來自雲端或資料中心的最終預測將傳回感測器/致動器或直接傳送給終端使用者。因此，當與終端使用者直接接觸時，考慮物聯網平台至關重要。人機介面 (HMI) 是人機互動的圖形使用者介面 (GUI)。人機介面允許操作員管理正在進行的流程並顯示資料視覺化。因此，物聯網中的人機介面對於實現遠端互動和機器系統的即時資訊狀態至關重要。
物聯網人機介面 (HMI) 解決方案
Premio 的 VIO 和 SIO 系列為物聯網實施中的人機介面提供了解決方案。我們每一個堅固耐用的顯示器都是專為惡劣的工業部署而打造，具有高水準的耐用性和可靠性。此外，VIO 系列支援具有不同配置的模組化解決方案，並採用 IP65 等級的嚴密密封，而 SIO 系列則提供採用超耐用和抗腐蝕不鏽鋼製造的 IP69K 耐沖洗物聯網解決方案。以下是我們物聯網人機介面解決方案的更多詳細資訊： 
物聯網與工業物聯網架構有何差異？
工業物聯網 (IIoT) 是指在工業環境和應用中使用物聯網 (IoT)。工業物聯網著重於機器對機器 (M2M) 通訊、巨量資料和機器學習。相反，物聯網更著重於商業用途的設備和應用。然而，工業物聯網和物聯網都具有相同的解決方案架構，它們都需要感測器、設備、連接選項和資料分析。它們的不同之處在於所用設備的建造品質。工業物聯網設備需要堅固耐用的設計品質，以承受最惡劣的工業部署。
儘管如此，物聯網 (IoT) 可能包含更多商業用途的設備，例如智慧手錶、智慧小工具、智慧冰箱等等，而工業物聯網則互連用於工業環境的設備，例如生產線、醫療設備、智慧運輸和其他關鍵任務工業部署。因此，工業物聯網解決方案架構使用的設備必須堅固耐用，能夠承受嚴苛的工業環境。儘管物聯網和工業物聯網設備之間確實存在差異，但它們仍然具有相同的物聯網解決方案架構。
為何選擇 Premio？
Premio 是一家全球物聯網解決方案供應商，在美國製造和設計工業物聯網堅固耐用計算解決方案已有 30 多年。我們的解決方案經過精心設計，可在最具挑戰性的工業部署中可靠且最佳地運行。此外，Premio 還提供客製化協助，並為客戶提供廣泛的選項，以符合不同的工業要求。因此，Premio 為我們的客戶提供最頂尖、最堅固的工業物聯網解決方案。如果您需要協助為您的物聯網架構尋找最佳解決方案，請隨時與我們聯繫。我們的工業計算專業人員之一將根據您的具體需求協助您尋找最佳解決方案。
