设计可扩展的物联网架构
本文将讨论物联网的设计考量以及使用英特尔®处理器创建强大网络的新方法。
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设计物联网具有挑战性。技术正在迅速变化，为这些情况构建架构可能很复杂。本文将讨论物联网的设计考量以及使用英特尔®处理器创建强大网络的新方法。
延迟、带宽和可靠性
物联网 (IoT) 设备的开发实践正在发生变化。过去，开发人员只需远程监控进程，而现在我们实时控制它们。这一变化的结果是物联网网络的复杂性增加。对于依赖互联网连接的物联网设备，这可能导致在到达云服务器的网络路径方面出现若干挑战：高延迟、低带宽和可靠性下降。
这些趋势催生了物联网网络的新拓扑结构，例如边缘计算（云层下方的一个网络层）。将云元素部署到更靠近网络边缘（甚至现场）的地方可以降低延迟，同时还能防止带宽瓶颈。为了实现这些目标，边缘网络和边缘计算需要高性能计算资源，以及高速存储和网络。
可扩展设计
物联网的挑战是双重的
- 设计可扩展且可靠的设备
- 构建灵活的云元素，实现尽可能低的延迟、最高的带宽和最佳的可靠性。
使用英特尔®处理器进行物联网设计
英特尔提供广泛的处理器产品，使物联网设计人员能够扩展硬件和软件以满足这些设计目标（灵活、可扩展且可靠）。其中许多处理器系列还集成了 GPU，提供了额外的处理资源。
有四个主要产品系列
- 英特尔® Quark™ 处理器
- 英特尔®酷睿™ 处理器
- 英特尔凌动® 处理器
- 英特尔®至强® 处理器
早期大数据和当前物联网架构
早期大数据架构基于具有网络功能的传感器。这些传感器访问互联网并将数据传输到云应用程序，供以后检索和分析。
当前的物联网架构已演变为能够近乎实时地转发数据（以生成基于事件的响应）或充当传感器-执行器网络的网络。
关于传感器
传感器是检测或测量物理属性（温度、湿度、光照等）的设备。控制器接收来自传感器的输入并启动操作。这些操作通常包括使用执行器或致动器来调整或维护特定过程的期望输出。例如，让我们考虑一个基于传感器的植物浇水系统。湿度传感器测量土壤的水分饱和度，如果该水平低于某个阈值，控制器将启动操作以打开水阀。
不断发展的物联网网络
图 2 说明了当物联网网络变得更加复杂时（特别是传感器-执行器实时数据模型），延迟成为一个重要问题。物联网设计必须考虑两点：1）快速发展的传感器网络，以及 2）作用于网络的系统。将边缘计算架构集成到现有物联网网络中，有助于减少延迟问题，将云元素更靠近边缘！
随着物联网的发展和更复杂应用程序的设计，整个端到端的物联网链将需要更多的计算资源，同时仍然需要优化功耗。对处理能力的需求不断增长，这意味着设计人员需要为未来的软件升级预留一些额外的余量。
将云元素迁移到边缘网络或局域网（图 3）可以相应地减少网络延迟。到本地数据中心的实时数据路径绕过了接入网络，并带来了局域网的带宽和可靠性优势。
物联网网络堆栈
网络复杂性的增加以及对物联网日益增长的需求，导致了复杂网络堆栈的指数级增长。现在，网络堆栈不仅需要考虑物联网协议，还需要考虑安全、加密以及处理额外任务的独立处理器。
物联网网络架构
规划物联网网络架构时，考虑网络的下游处理非常重要。例如，考虑一个智能建筑，其中一个传感器连接到一个照明设备。该设备可能是更大建筑应用的一部分。智能建筑也可能是智能城市网络的一部分。在这种情况下，您需要考虑数据不仅在本地传输，而且还被传输到一个更大的建筑网络，并最终传输到一个更大的城市网络。
应用需求
随着传感器复杂性的增加以及其实现的普及，确保处理器能够满足额外需求（即，不仅仅是网络连接）非常重要。日益庞大的数据集现在正在与传感器通信。使用 GPIO 或模拟连接的数字传感器现在拥有大量数据需要实时运行和管理。在系统设计中扩展独立的微控制器和总线接口以满足应用需求非常重要。例如，为了跟上实时计算应用，当添加 LIDAR、雷达、超声波和视频（视觉）传感器时，将需要边缘节点或边缘计算。
自主系统
在当前或未来的物联网系统设计中，应考虑自主控制和自适应学习控制系统。自主系统的实现正变得越来越普遍。能够为未来使用扩展设计，就像在您的设计中提供解决方案一样有利，因为新兴技术不断进步。智能家居、联网汽车、人工智能和嵌入式深度学习即将在市场上推出。
英特尔®处理器家族的物联网功耗和性能
英特尔提供四大家族处理器，可在不增加功耗或影响性能的情况下，实现低延迟、高带宽和提高可靠性。物联网是一个快速发展且复杂的系统，存在许多设计考量，例如延迟问题或 ISP 瓶颈。这些都可以通过英特尔®处理器得到解决。将大数据计算移至边缘（并在局域网边缘节点内），可以增加现场计算资源、传感器能力，释放带宽并提高物联网网络的可靠性。