【導讀】專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現方式。從智慧城市LoRa網關到智能充電基礎設施和視頻監控服務器，三種實際應用均搭配可選AI技術，以展現這種模塊化設置的優勢。
低功耗廣域網（LPWAN）技術LoRa已廣泛部署于不同的交通應用領域。智能城市基于此項技術構建網絡，以連接智能分布式設備，例如分布式停車空間以及中央多層停車場。上述各種停車應用的例子證明，LoRa網關需具備高度可適應性。
LoRa網關需要靈活嵌入式邊緣邏輯
靈活的LoRa網關應用配置是需要的，因為該無線協議無需物理式連接器，就可連接任何LoRa傳感器。這意味著基于各種LoRa設備混合的任何應用，都可使用LoRa網關。因此，智慧城市也可采用LoRa停車網關跟蹤其自由浮動的移動服務，以及將充電基礎設施集成到停車指導系統等。然而，擴展智能城市網關的任務，需要集成面向未來需求的可擴展性，以改善投資安全性。法國Expemb公司推出的LoRa FlexGate FGW264網關，通過嵌入式計算機模塊提供了這種可擴展性。這款新型網關采用滿足邊緣處理器需求的模塊，可實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的物聯網技術挑戰。平臺支持最多8個LoRa通道，可同步和數千個連接對象進行通信。該系統可搭載兩個不同世代的英特爾凌動處理器（代號Bay Trail和Apollo Lake）。通過采用獨立于供貨商的Qseven嵌入式計算機模塊（COM），可實現這種超出專用處理器插槽性能的高可擴展性。
圖1：Expermb推出的LoRaWAN FlexGate FG264私人網關設計采用康佳特Qseven嵌入式計算機模塊。
面向云端的LoRa網關，可提供1Gb網速的以太網和3G/4G連接性能。由于界面數量受到限制，網關尤其適合以LoRa為重點的應用。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，正如中國最近實施的邊緣層部署所示。
用于智能充電基礎設施的邊緣服務器
中國正在攜手騰訊的能源物聯網合作伙伴，為智能電網分布式管理系統部署邊緣層。在未來發展前景廣闊的電動汽車的影響下，這種結合交通基礎設施應用背景的邊緣服務器設計優勢顯著。電動汽車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和分布式虛擬電網中產生的，這些分布式電網需要智能邊緣設備，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。中國的邊緣層服務一旦全部可用，有望支持數千臺電力設備、數百個供電協議，以及在線編輯通用標準協議和動態化完成通用標準設備類型。這種綜合性生態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個內核和32個線程。備用配置采用英特爾凌動C3xxx處理器。這些處理器配備多達16個內核，且同時能耗低至25W TDP，完美匹配所有需要處理小數據報的應用項目。此類系統設計本質上是一個小型的盒裝系統，但即使是安裝在服務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：中國智能電網邊緣層首個采用物聯網邊緣路由器設計，基于英特爾至強D15xx處理器的康佳特嵌入式服務器模塊。另可選配置基于英特爾凌動C3xxx處理器的服務器模塊。
用于上下文感知應用的模塊化機架式服務器
在機架式服務器設計方面，通過采用標準的嵌入式計算機模塊，可顯著降低路邊應用（例如配備AI以提高上下文感知能力的視頻監控系統）的長期投資成本。對于基礎設施邊緣微服務器應用項目，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標準的嵌入式服務器模塊。其優勢不僅體現在適應最新AI技術的靈活性，而且還具有長期的發展前景：隨著技術增強功能的快速革新，在3至5年后需要推出的第二代產品，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單更換處理器模塊。
Christmann機架式服務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器，有顯著減少TCO（總體擁有成本）的潛力。此外，所提供的產品還包括采用GPGPU卡和FPGA模塊形式進行并行任務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）。基于模塊化設計理念的Christmann RECS Box 4.0服務器產品系列，具有極高的可擴展性。
圖3：用于機架式系統的Cristmann RECS Box 4.0微服務器系列產品，采用康佳特推出的COM Express Type 6和COM Express Type 7嵌入式服務器模塊，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
以上三個實例表明，基于嵌入式計算機模塊和服務器模塊設計邊緣網關和服務器具有巨大優勢。對于大規模的應用項目，采用專用載板搭配模塊也不失為一個通用策略。那么，面向未來大規模的應用項目，例如5G路側邊緣服務器等或消費類電動汽車，為何不采用類似的方法？首先實施用于研發的計算機模塊和載板設計，然后通過計算機模塊和載板集成實現全定制設計。嵌入式計算機供貨商，如康佳特，已準備好支持這種從專屬設計到采用開放式模塊化平臺的死循環設計的范式轉換。
圖4：不斷增加的5G路邊邊緣服務器和消費類電動汽車的性能需求，可通過基于嵌入式服務器模塊的模塊化設計得以完美匹配，其中首先實施用于研發的COM和載板設計，并隨后通過COM和載板集成實現全定制設計。
（來源：EDN電子技術設計，作者：Zeljko Loncaric，市場工程師，德國康佳特科技）
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