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網通架構完善與否 決定物聯網系統效能
 

【作者: 王明德】   2019年05月31日 星期五

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物聯網透過感測網路,將環境或第一線設備數據傳送至上層雲端平台,用以儲存、分析,並制定出系統的最佳化策略,而串聯系統中感測與雲端的網路架構,就成為物聯網運作效能的重要關鍵,由於物聯網的架構環境多元,所需解決的問題原本就複雜,再加上建構者的功能需求越來越多,瀚錸科技總經理許勝雄指出,這對系統整合與導入企業都帶來嚴峻挑戰。


圖說



圖1 :  通訊網路鏈結底層設備與上層雲端,是物聯網架構的重要環節,而隨著物聯網落地速度的加快,應用漸趨複雜,網通概念也逐步進化。(source: Net Foundry)
圖1 : 通訊網路鏈結底層設備與上層雲端,是物聯網架構的重要環節,而隨著物聯網落地速度的加快,應用漸趨複雜,網通概念也逐步進化。(source: Net Foundry)

現在物聯網要處理的數據眾多,包括現場底層感測器、IT端的ERP等企業軟體與系統中各類設備所傳回的各類影像等,這些數據過去均為獨立運作,近年來透過雲端與邊緣運算等數據將之整合,其中雲端以AI機器學習演算法,針對大數據進行長期分析,即時性需求高者,則由邊緣運算架構負責,而這也改變了物聯網的通訊架構。



圖2 : 瀚錸科技總經理許勝雄表示,好的產品加上好的服務,才能打造出最佳物聯網系統,協助企業提升競爭力。(攝影/王明德)
圖2 : 瀚錸科技總經理許勝雄表示,好的產品加上好的服務,才能打造出最佳物聯網系統,協助企業提升競爭力。(攝影/王明德)

許勝雄分析,現在物聯網通訊架構有幾大趨勢,首先是QoS頻寬管理需求提升,網路會依資料快慢分道,其次是為了快速連結雲端,更快的網速陸續出現,從過去的10Gbps、40Gbps,一路提升到現在的100~10Gbps。第3是路由架構已由過去的集中式演變為分散式,在部分區塊網路中,會以L3交換器做為路由。第4是上述的雲端加邊緣運算,最後則是更密集、分布更廣的Wi-Fi。


物聯網通訊架構再進化

這些趨勢也連帶影響了物聯網系統對網通的需求,除了既有的設備外,NAS資料儲存、雲端連線、資安架構等技術都需要進一步強化。例如企業計劃打造私有雲,就會需要高效能的核心交換器與儲存設備做為資料中心,而私有雲要與終端設備連結,現在主要作法是以SD-WAN(軟體定義廣域網路)建置網路,並使用PEPLINK之類的廣域網路負載平衡設備(WAN Load Balancing,WLB),提升連結不同地區廠房、辦公室的物聯網設備。



圖3 : 除了戶外的網路架構外,室內設備網路連結也是架構物聯網必須克服的挑戰。(source: TechSpective)
圖3 : 除了戶外的網路架構外,室內設備網路連結也是架構物聯網必須克服的挑戰。(source: TechSpective)

此外,系統需要透過交換器要串連物聯網中散置於各地的攝影機、工業電腦,這類型設備所設置的地點環境惡劣,因此規格與一般位於大型企業機房內,需要有完整空調的高效能交換器不同,這類型交換器對適地性與穩定度與極為重視,必須要可防水、防塵、無風扇的工規設計,同時要可快速安裝,以瀚錸科技代理的NETGEAR為例,所推出的可壁掛、通訊埠達48埠的工規交換器,就可滿足此需求。


MESH拓樸 讓室內物聯網傳輸無死角

除了戶外的網路架構外,室內設備網路連結也是架構物聯網必須克服的挑戰,以家庭設備連網為例,一般網路走的是1對多的Star拓樸(星狀),但是在智慧家庭中,Mesh拓樸(網狀)是更好的方式,簡單來說,Mesh網路設計成一個網狀,網內每個設備都可以互連。


網路內所有的設備都可以互連有甚麼好處?Mesh拓樸中的每1個設備都可以傳送和接收資料,而且每1點都同時與多點連結,因此如果其中1個設備故障,其他設備需要的資料就會繞過故障點,從另外的路徑傳過去,這種做法可以讓網路維持穩定運作,不至於因為網內單一設備故障,就整個停擺,對有多台設備連網的系統非常合適。


相對於Star拓樸,Mesh最大的好處是家裡的網路不會再有死角,常在家裡使用無線網路者應該都有相同狀況,在某處訊號特別差,要在該處上網的人,不是得拿著手持式裝置到處找訊號,就是將通訊模式切換成3G或4G,Mesh則可以徹底解決這個困擾。


不過,現在又出現另一個問題,Mesh拓樸其實不是新概念,很早之前就有了,一直沒被大量使用,除了之前物聯網概念還沒成熟外,系統建置不容易也是主因之一,尤其室內的隔間複雜、設備多,無線Wi-Fi容易有遮蔽和死角,讓訊號傳不過去,此一問題的最佳解答,是從設備著手。


對此,許勝雄建議可採用高效能三頻Wi-Fi延伸系統,這類型設備採用Mesh拓樸,所以可提供大範圍、無死角的Wi-Fi環境,並依室內的大小自由新增衛星節點,此外即便覆蓋範圍如此大,網速也不受影響。


SDVoE交換器 確保影像傳輸品質

至於在有高畫質影像建置的物聯網系統,如4K螢幕的數位看板、大型螢幕或安全監控攝影機,SDVoE交換器就會是必要選擇。許勝雄指出,現在Full HD雖然仍是主流,不過4K標準來勢洶洶,包括商店的數位看板、醫院手術室影像、各類大型指揮中心,都開始採用清晰的4K影像,不過如果網路頻寬不夠大,要讓此一高畫質影像在網路上串流,將會困難重重。


要讓4K影像可以無損串流,網路至少要達到每秒25Mbps的速率,也就是每小時大約會需要用到11.25GB的流量,現在高解析度的影像串流,多半採用HDMI,不過HDMI不僅成本相對較高,應用限制也多,因此多會配合HDMI轉網路的轉接盒使用,只不過這個做法的前提是網路頻寬必須達到10G。


要讓4K影像可以無損串流,現在主流技術是SDVoE(軟體定義乙太網路視訊),這個名詞看來複雜,此技術其實就是將本來都是從HDMI而來的的影音檔,轉變為網路化,不但可以降低成本,而且系統的彈性和擴充性也更佳。SDVoE將影音檔轉換為網路化,面對4K影像如此龐大的檔案,網路交換器的規格也須達到同一等級,現在市場上已有SDVoE交換器,讓企業的物聯網系統可達到無損4K影像願景。


智慧化雲端管理平台 讓物聯網效能倍增

最後則是網路管理,物聯網的節點和網通設備繁多,包括路由器、交換器、無線AP、NAS,要一一管理這些事就要大費周章,再加上人員異動的權限變更、系統擴張時設備與節點數增加,都會需要重新調整管理平台。


現在物聯網管理早已走向雲端化,透過遠端管理平台就可設定,不過多數大廠的管理平台,一旦超過使用期限,管理機制就不能再使用,所有網路設備只能動彈不得。



圖4 : 高畫質影像建置的物聯網系統,如4K螢幕的數位看板、大型螢幕或安全監控攝影機,SDVoE交換器是必要選擇。(source: Lightware)
圖4 : 高畫質影像建置的物聯網系統,如4K螢幕的數位看板、大型螢幕或安全監控攝影機,SDVoE交換器是必要選擇。(source: Lightware)

對此許勝雄建議,因此要讓物聯網系統的管理效能最佳化,必須注意其管理平台功能,首先雲端服務當然不可免,透過管理平台就可以連結並遠端控制公司所有網路設備,快速完成所有設定。其次要有智慧管理功能,不但可以同時管理多個據點,也可針對不同使用者身分設定功能權限。公司內部的IT人員可以快速進行維護設定,企業網路系統廠商的管理人員,也可在同一平台上分割不同企業的管理介面,在保證互不干擾的狀況下統一管理,有效提升管理效率。


對企業來說,合用的遠端智慧管理平台,必須可支援多租戶、多據點與多層次身分管理架構,可從遠端設定其他據點的設備,並針對不同身分員工設定所屬權限,多租戶管理則可讓系統公司在同一平台同時管理不同客戶設備,才能有效提升效能,讓物聯網的效益最佳化。


隨著物聯網的快速落地,網通設備的功能與管理平台逐漸受到企業重視,許勝雄表示,智慧、穩定與效能雖是選擇相關設備的重要考量,但設備供應商與系統整合業者的選擇也是重點,好的產品加上好的服務,才能打造出最佳物聯網系統,協助企業提升競爭力。


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