作者：陸向陽
無論是何種物聯網，其構成難脫三要素：感測器節點（註1）、閘道器、雲端，其中閘道器居於中繼位置，負責傳遞節點、雲端兩者間的資訊與命令，但由於雲端有若干距離性、即時性的限制，近年來業界不斷加強閘道器的角色作用，使其能肩負部份性、暫時性的雲端工作，此一技術主張即成今日常言的邊緣運算（Edge Computing）。
註1：名稱上為感測器節點，但除了感測器外也可為致動器或兩者兼具。
閘道器在不同的物聯網中由不同的設備擔任，例如家用物聯網，可能由智慧喇叭扮演閘道器角色，各節點以Wi-Fi、藍牙與喇叭連線，再由喇叭代為傳遞資訊、命令；或如公眾物聯網，可能由基地台扮演閘道器，各節點以LTE、5G與基地台連線，再由基地台代傳資訊、命令。類似的，產業（或稱工業）型的物聯網也需要閘道器，通常由工控電腦（IPC）擔任。
即便是產業物聯網（IIoT），其閘道器也有多種實現法，有的僅取用樹莓派單板電腦，有的則搬出機房伺服器，但許多實現法只能基本運作而缺乏完整配套，筆者日前有幸收到研華電腦EI-52工控電腦（EI-52-S6A1），開箱好好測了一回，發現蠻好用的，正好可以用它來說明完整IIoT閘道器方案當考慮的要點與特性。
在筆者家中摸索體驗的EI-52（攝影：陸向陽）
初步強固機構訴求三應用
工控電腦與一般家用電腦、辦公電腦不同，可能裝設在高溫鍋爐旁，也可能在人流頻繁的高機會碰撞區，所以有相對高標的機構設計。EI-52的機構並非是針對高嚴苛環境而設計，但也具初步強固性，可在攝氏-10度～50度的溫度範疇內運作。
因此EI-52訴求的應用場合主要有三：一是室內配置，如商家、百貨賣場等；二是一般非嚴苛環境的工廠自動化產線；三是Kiosk資訊服務亭，即類似於7-11的ibon、全家的FamiPort等。
熟悉且長期服務保證的Windows
筆者過去曾調查研究伺服器市場，發現近似於桌上型電腦的塔型（Tower）伺服器在零售業一直保有不錯的銷量，且在Linux逐步擴張的大趨下仍以安裝Windows為多，原因在於必要時，店長或店員可用平常熟悉的電腦知識與技能，就近對其簡易的設定進行調整或故障排除。同理，EI-52用的是Windows 10企業版長期服務通道（Long Time Service Channel, LTSC），既保有操作熟悉性，也有長期運作的售後服務保證。
EI-52使用Windows 10企業版長期服務通道（紅框字）
主運作採技術生態強健的EdgeX Foundry
閘道器在實務上要用各種通訊技術連接各種感測器，而後以各種傳輸協定將資訊傳回雲端，對此閘道器須能連接不同的通訊模組、對應安裝不同的驅動程式，連帶還有常駐程式、工具程式、應用程式…如果各軟體業者各寫一套、各行其是，只會帶來混亂困擾。
因此，2017年Linux基金會發起EdgeX Foundry，期望建立一套共通的閘道器軟體平台，減少閘道器軟體的重工，提升軟體再用性，故EI-52也採行EdgeX Foundry。不過，EdgeX Foundry明顯以Linux為主，為了讓其能運作於Windows上，EI-52運用Docker容器技術來執行EdgeX Foundry。
由於EdgeX Foundry在2018年大改版，以Go語言改寫後安全性提升、資源需求降低，加上EI-52使用Docker執行，屬輕量虛擬化技術，而非使用傳統重度的Hypervisor完整虛擬機器（VM）技術，在雙輕量化下，EI-52保有充沛的硬體效能與資源供未來各種擴充運用。
關於輕量、低佔量若以實際數字而言，改寫前的EdgeX包含容器需要519MB儲存空間，改寫後只要68MB；在同樣模擬服務100個節點時，改寫前需要1302MB記憶體，改寫後只要27MB；此外閘道器服務的啟動更快速，從每個服務約35秒縮短到不到一秒。而筆者實際檢視EI-52出廠後的所有軟體預裝（pre-install）也約僅38GB，此已含作業系統、EdgeX Foundry與所有相關程式。
由於EdgeX Foundry受到廣大軟硬體業者的支持，其技術生態系統強健，包括已內建多種通訊協定、多種感測器（如攝影機、條碼讀取器）與驅動器的驅動程式，其相關文件、範例程式、過往求助與因應記錄等也相對完整豐富，最能快速實現各種IIoT應用。
EI-52的EdgeX控制台介面
省時省心的管理後台WISE-DeviceOn
EI-52在運作面上選擇EdgeX Foundry，Edge Foundry除了負責閘道器運作外，也有對應的軟體微服務（micro-service）來管理各節點。然而，不僅節點需要管理，閘道器自身也應當被管理，對此研華電腦自力研發一套管理方案WISE-DeviceOn。
WISE-DeviceOn分成兩部份，一是在受管裝置（在此為EI-52）內安裝WISE-Agent代助程式，另一是研華架設與營運的WISE-DeviceOn雲端服務，俗稱後台。代助程式負責收集受控裝置的資訊並傳遞到WISE-DeviceOn雲端，同時也接收雲端下達的命令對裝置進行操作。
管理者透過後台，可掌握現場多部閘道器（EI-52）的即時狀態，包含是否正常連線？是否出現過異常行為？若為異常則可透過遙控方式進行診斷，另外也能透過設備數據分析進行預測。
管理者也能以派送方式更新現場閘道器（EI-52）的韌體、遠端控制其開關機、設定警示條件等。更重要的是，WISE-DeviceOn允許將多個閘道器設定為同一群組（device group），而對群組施行批次性操作，省去逐機調設的時間心力。
WISE-DeviceOn雲端管理介面（設備名稱若干遮蓋）
公有雲助力
EI-52在收集感測資訊後需要進一步上傳至雲端，理論上只要格式、協定能正確對應，任何雲端服務均可使用。不過多數人仍會選擇較普遍、知名的雲端服務，如Microsoft Azure，並使用更針對物聯網應用的服務項，如Azure IoT Hub（Azure IoT中樞）。
如前述，雲端為整體IoT運作難以或缺的部份，透過雲端彙整資訊，才能對整體資訊變化進行掌握，從中分析出不明顯、未察覺的脈絡，以及對未來後續進行預測與因應。
EI-52連線Microsoft Azure IoT Hub的後台管理畫面（部份資訊若干遮蓋）
兩大選用功能：推論加速、安全備份
進一步的，EI-52呼應邊緣運算主張，可就近執行人工智慧的推論（Inference，或稱推理、推算、推測）工作，減少或免去雲端的推論運算，且更即時、更省電，以及減少傳輸（公有雲服務通常依用量計費）。
關於此，EI-52機內的Intel第11代CPU已內建AVX-512 VNNI指令集，可用硬體電路方式加速執行8位元整數格式（近年來AI推論運算的指標性格式）的推論。或者，也可選擇加裝研華的模組子卡VEGA-330，該子卡採miniPCIe介面，並配備有2顆Intel Movidius Myriad X VPU晶片，可加快串流視訊的推論。
除了能加裝AI加速卡外，EI-52也能加裝研華的5G子卡、Wi-Fi子卡，滿足閘道器對雲端、感測器的通訊需求，且子卡均已經過相容性測試、效能測試、散熱驗證，確保堅穩運作。
另外，閘道器比感測器節點、雲端更需要資安防護，因為雲端系統多位於嚴密看管的資料中心，能實施層層防護，而閘道器與感測器節點多設置開放環境、公共場所，難有充足防護，不僅可能透過網路侵駭，甚容易進行實體侵駭。
而單一感測器遭受侵駭，通常僅為小的局部壞損，鄰近的節點或可分擔其工作，但閘道器一旦受侵駭，其影響將擴及整個區域，不容忽視。
因此，EI-52可選擇安裝防護程式與備份程式，研華已與軟體業者合作測試與驗證，可使用McAfee的資安防護軟體與Acronis的資料備份軟體，使EI-52獲得更多保障。
在軟體防護外，EI-52機內也具備以硬體晶片（Infineon SLB9670XQ2.0）實現的TPM 2.0防護，避免機內資訊被竄改，同時將資訊以散亂方式儲存，駭客即便拔走整個EI-52，只要無法取得金鑰，依然無法正確解讀機內資訊。
EI-52方案整體示意圖（繪圖：陸向陽）
小結
透過上述可瞭解，一般方案可輕鬆提供一個功能可動的閘道器，但要長期堅穩良善運作，其實需要完整的配套，包含強固的機構、作業系統的售後支援、執行軟體的強健技術生態、硬體診斷/韌體更新/批次操作等管理、推論加速與資安防護等，EI-52即是以此為著眼，並期望在IIoT領域積極發揮。
（責任編輯：謝涵如）
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