隨著物聯網或物聯網解決方案的出現，許多行業都從提高生產力和運營可靠性的物聯網技術中受益匪淺。物聯網解決方案提供了一種設置，其中包括傳感器、儀器、機器和許多其他連接設備，無需人工干預即可運行。本文將慢慢分解物聯網解決方案架構，以更多地了解物聯網實施的分步過程。

什么是物聯網解決方案架構?

物聯網簡而言之就是將事物都連上網絡，其中“事物”一詞可能指汽車、建筑物、機器，甚至是人。物聯網解決方案是一個由互連的傳感器、計算設備和機器組成的系統，它們通過網絡連接起來，形成一個完整的操作。因此，物聯網解決方案架構是從收集原始數據到獲得預測或結果的逐步數據流的設計。物聯網解決方案架構沒有通用標準，但通常該技術需要四個主要組件，包括：

• 傳感器/執行器
• 網關和網絡
• 云或數據服務器
• 應用層

第1 步：原始數據收集

作為每個物聯網系統的根，連接的設備負責提供物聯網系統的目的，即收集數據。因此，這項技術需要傳感器收集預測所需的所有原始數據。傳感器從過程或環境條件中收集數據，例如質量控制、溫度、濕度、裝配線的速度等等。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數據流，通知執行器采取控制或維護流程所需的任何操作。在某些情況下，傳感器可能會檢測到需要立即響應的情況，以便執行器可以實時執行補救措施。

在傳感器編譯完所有原始數據后，原始數據收集的物聯網解決方案：

• 溫度感應器
• GPS/接近
• 運動/速度傳感器
• 電動執行器
• 液壓馬達

第2 步：物聯網網關和數據采集系統 (DAS)

數據采集系統(DAS) 在將原始模擬數據轉換為可編程數字數據方面發揮著重要作用。互聯網網關在傳感器和網關之間提供網絡連接以執行 DAS。此網絡連接可以通過無線或有線連接，比如 LAN、USB 或 GPIO。在這一層 IoT 解決方案架構中，網關和 DAS 還有助于控制、過濾和選擇數據，以最大限度地減少發送到云端的信息量，從而影響功率和整體性能。

在功耗和性能之間找到適當的平衡對于優化整體性能至關重要。因此，功率預算起著重要作用。功率預算是一種考慮操作整個物聯網解決方案架構所需的可能功率的每個細節的行為。操作員必須考慮描述實際能量輸出和計算能量輸出之間關系的性能比或百分比。因此，通過比較理論和實際結果，可以更精確地計算功率預算。有人可能想知道為什么這如此重要。以下是物聯網解決方案架構中功率預算的一些要點：

• 功率可用性：功率預算確保它仍然足夠，并有足夠的功率來確保未來的運行。
• 發熱：滿足功率和性能之間的適當平衡將防止過熱。過熱可能對計算機組件有害或導致性能下降。
• 成本：更大的功率意味著更大的組件，這意味著操作計算機需要更高的成本。

物聯網網關和數據采集系統(DAS) 的物聯網解決方案：

1. SoC與Socket設計

在計算出整個物聯網解決方案架構所需的功率預算后，下一步就是要知道要使用哪個處理器。在這里，我們有SoC(片上系統)和Socket設計。SoC 或片上系統是將所有計算機組件組合到單個基板系統上的集成電路。例如，除了CPU之外，它還包括GPU和內存存儲等高級外圍設備。因此，這種處理器設計通常用于節能和空間受限的部署。

另一方面，插座設計是主板上的單個連接器，提供與CPU的機械連接和電氣接口。雖然插座芯片設計允許多個復雜的工藝，但由于它運行在高性能，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，插座式芯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。對于選擇哪種類型的處理器設計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. 性能加速——用于實時處理的 CPU、GPU 和 M.2 加速器

性能加速器是能夠從CPU 卸載任務并提高性能以獲得實時決策的微處理器。僅一個 CPU 可能不足以處理來自越來越多的物聯網設備的大量數據。因此，性能加速器利用并行計算，系統可以一次同時處理各種任務。物聯網解決方案架構可以利用的一些性能加速器包括多核 CPU、GPU、VPU、NVME M.2 存儲等等。在性能加速器的幫助下，邊緣計算機可以處理來自多個物聯網設備的所有數據，并在生成數據的地方執行復雜的分析。

第3步：邊緣處理

在這一層的物聯網解決方案架構中，所有前期已經數字化和積累的模擬數據都會歸結為這個過程，稱為預處理或邊緣處理。在這個階段，機器學習可以非常有助于向系統提供反饋并管理整個正在進行的過程，而無需等待來自云端的指令。因此，機器學習通過在邊緣處理一些數據來幫助減少發送到云或數據中心的數據量。

物聯網中的工作負載整合需要堅固的邊緣計算解決方案作為所有數據預處理的媒介。此外，堅固的邊緣計算解決方案通過多核處理器、巨大的數據存儲和各種I/O 選項提供可擴展的高級處理能力。因此，通過利用強大的邊緣計算解決方案連接所有傳感器、設備和物聯網基礎設施，可以在減少硬件占用的情況下執行物聯網解決方案架構流程。

第4 步：在云或數據中心進行進一步分析

在物聯網解決方案架構的第四步，云或數據中心作為整個物聯網架構流程的大腦延伸。數據中心或基于云的系統專門設計用于存儲、處理和分析來自多個傳感器或站點的大量數據，以進行更深入的分析。在這個階段，數據中心將收集到的所有數據結合起來，以獲得更全面的物聯網整體架構圖和可操作的預測。最后，預測可以直接傳回傳感器或執行器或最終用戶應用程序。

第5 步：用于狀態和數據管理的人機界面 (HMI)

這是物聯網解決方案架構的最后一步。如前所述，來自云或數據中心的最終預測將傳回傳感器/執行器或直接傳給最終用戶。因此，在與最終用戶直接接觸時，考慮物聯網平臺至關重要。HMI 或人機界面是提供人機交互的圖形用戶界面 (GUI)。HMI 允許操作員管理正在進行的流程并顯示數據可視化。因此，物聯網中的 HMI 對于實現來自機器系統的遠程交互和可視化是至關重要的。