數位招牌使 L.A.Metro 順暢運行

數位顯示器是我們這個時代的招牌。從美國紐約時代廣場到日本東京,四處都有鮮艷的螢幕,顯示著娛樂內容、廣告,以及警報資訊。

但現今的顯示器能做的,遠遠不僅是切換幾張預先設定的影像。它們代表了背後隱藏著的數位網路。透過線上平台,管理員可以為目標觀眾提供合適的內容。並透過人工智慧工具與觸控螢幕,將資料由邊緣傳送至雲端。

顯示器、邊緣運算,以及連線能力都變得更加便宜,但一些市政管理員依然認為預算的限制使他們無法採用這樣的技術。廣告的收益流可以解決這樣的問題。

「為了推動數位招牌可行性,公用空間的營運者需要打造一套企業模式,」智慧城市與戶外媒體企業 Intersection 的營運長 Chris Grosso 這麼說:「而要實現這樣的目標,廣告的效用便更加關鍵。」

L.A. Metro 的成功招牌策略

洛杉磯郡都會運輸局 (Los Angeles County Metropolitan Transportation Authority, LACMTA) 的地鐵和輕軌系統是美國第二大的運輸系統。此運輸機關在兩條重型鐵路與四條輕軌路線中共有 93 個站點。在 2018 年的總乘客量超過了 1 百萬人次。週間的單日平均載客量則超過 34.4 萬人次。

L.A.Metro 投資了 1,200 億美元,要在接下來的 40 年間打造 21 世紀的大眾運輸系統,從根本上改變該區域的移動方式。

在這種更新過程中,運輸機關需要更多的方法來向乘客傳達資訊。他們已經部署了數百台用於廣告的螢幕。目標是在發生服務中斷時,能透過這些螢幕對鐵路線與站點管理公告與推送通知。

為了應對這樣的挑戰,L.A.Metro 選擇與 Intersection 成為合作夥伴,以規劃內容、互動服務,以及廣告銷售等業務。在共同合作之下,他們部署了採用 IxNConnect 公共空間通訊系統的互動式地圖使用案例網路。此解決方案運用數位顯示器與互動式多媒體資訊站,各自搭載小巧的 Intel® NUC 電腦。

這個解決方案每週能觸及數十萬名乘客,為他們提供關於抵達、延遲、站點關閉等各種資訊。

這樣的雲端內容管理系統 (CMS) 讓 L.A.Metro 能將更新傳送至個別螢幕。CMS 能自動化循環事件(例如公車與列車的抵達時間),包括因交通或其他因素導致排程延遲的調整(圖 1)。

IxNConnect 的 CMS 透過收集到的資料與直接編寫程式帶動此解決方案。
圖 1。IxNConnect 的 CMS 透過收集到的資料與直接編寫程式帶動此解決方案。

透過結合硬體與軟體,實現了即時通訊的管理系統。 L.A. Metro 可透過儀表板上傳內容,或是整合第三方廠商的內容,例如更新附近餐廳的空桌數量等。

互動式多媒體資訊站提供進階的導航工具,為乘客提供目的地的實際相片。每個螢幕都能同時顯示多種資訊類別,例如廣告、鐵路線更新消息,以及市政活動通知等。

在發生緊急情況時,L.A.Metro 可接管整個顯示器網路,快速準確地為乘客與員工提供資訊,以提高安全性。

此內容系統會根據天氣狀況或當下時間等因素自動調整資訊。當天氣 API 指出下午的氣候宜人,顯示器便可顯示冰涼茶飲的廣告。若稍晚氣候轉冷,便會顯示熱飲的廣告。

「對運輸機關來說,能即時與使用者溝通的能力是極為強大的工具,」Grosso 說:「因為其中包含列車抵達時間等關鍵資訊,消費者會格外注意這些螢幕,使這些螢幕成為完美的廣告投放點。」

當其他傳統模式的媒體不斷衰落,戶外數位廣告正不斷地茁壯,逐漸成為商業模式的解決方案核心。根據 Grosso 表示,這在觸及城市中的千禧世代人群方面最為有效。

「他們不會閱讀報紙或看電視。他們會避開網站上的廣告。但他們需要搭乘地下鐵或公車。因此,我們許多廣告特許權能產生每年數千萬的收益,」Grosso 這麼說。

市區的數位顯示器系統需要數百台螢幕,有些情況下更需要上千台。為了維持系統長時間運行,這需要強固的硬體、軟體,以及遠端管理能力。

「Intel® 技術可靠、可預測,又十分穩定,」Grosso 說:「他們更為我們媒合能互補的合作夥伴,以支援我們的研究與開發過程。最重要的是,他們跟我們擁有相同的願景,就是打造更優異的公共空間體驗。」

位於邊緣的資料與 AI

物聯網功能可加深數位招牌解決方案的影響力,並強化其能力。

互動式多媒體資訊站所產生的資訊是深入見解中很重要的一層。系統管理員可分析資料,以瞭解客戶對賣場中特定零售商的興趣。

此外,螢幕亦可根據系統在其他位置所產生的資料,即時觸發資訊。舉例來說,當某一個站點發生問題時,便可觸發警報,要求乘客使用其他站點。

最後,透過在螢幕上覆蓋地理柵欄,便可透過所收集到的匿名地點資訊獲得重要的見解,進一步瞭解人們在看到招牌上的廣告或內容後所採取的行為。

隨著時間推進,這些螢幕會變得更加智慧。隨著 IxNConnect 從大量的來源收集資料,他們將能使用這些資訊來改善每個螢幕的內容相關性。此外,透過標準化並在使用者儀表板上顯示這些資料,IxNConnect 可讓運輸操作員擁有一系列全新見解,以瞭解系統正在發生什麼事。

下一階段是使用這些分析見解來帶動行為,舉例來說,他們可以引導乘客遠離過於擁擠的月台。「就像 Google 或 Facebook 在數位世界對人們的影響,我們能在現實世界做到一樣的事情,」Grosso 說:「隨著螢幕變得更加聰明,它們可以促使人們選擇替代路線,或者選擇本地餐廳用餐。在營運公共空間時,這樣的影響力能為消費者與營運人員提供極大的優勢。」

視覺 + AI + 深度學習,打造更安全的城市

雖然影片成為價值越來越高的安全性工具,但它的效用其實是取決於進行監控的人員。

一份知名的 Harvard 研究指出,人們可能會發生「不注意盲視」。著重於單一物件上,可能會讓他們忽略其他狀況,即使是在視線範圍內也一樣。而且當人們注意到意外發生時,通常也已經來不及採取回應。

「操作疲勞通常會發生在人員的注意範圍受限的情況下,尤其是在觀看影片或識別模式時,」AllGoVision 的銷售主管兼行銷總長 Aji Anirudhan 說:「我看過一些數據,指出在主動監控 20 分鐘後,CCTV 操作人員便可能發生『影片盲視』。」

人工智慧與機器學習技術可解決這樣的挑戰。透過臉部與物件識別等運用 AI 的應用程式,城市可改善安全性,並降低成本。而在邊緣部署分析能力,也能強化決策能力,並提供更快速的反應。

臉部識別可辨認已知的不肖之徒,或是為進入保全區域的人員提供驗證。牌照與車輛識別功能則可強化停車與交通管理能力。使用物件識別,操作人員可在發現可疑行動或包裹時收到通知。

AI 與深度學習提供更快的決策能力

AllGoVisionAI 影片分析解決方案提供全面的平台,支援各式各樣的安全、交通,以及人員管理應用。

在需要高準確率和非侵入式技術的情況下,此系統的臉部識別功能格外實用。它能從多個角度擷取影像,運用臉部最重要的特徵建立 3D 模型,並建立資料庫。透過將即時影片中所偵測到的臉孔與資料庫比對,即可識別主體。隨後,便可根據特定的條件觸發警報。

在一個案例中,有一間投資銀行使用智慧讀卡機,作為進入保全建築的驗證手段。但這很難偵測是否有未經授權的人員嘗試使用偷來的卡片。保全系統有一套持卡人的臉孔圖片資料庫,但人力檢查卻過於耗時費工。

此外,他們還需要在大廳的不同出入管控點安排四個人員,以驗證卡片。「維持高效率的安全性十分困難,這帶動了將自動化臉孔識別技術整合至現有系統的需求,」Anirudhan 說。

AllGoVision 的軟體經過訓練,可識別資料庫中的所有人員。在刷卡的同時,便會驗證臉孔影像。比對符合時即可通過驗證,比對失敗時便會通知人員進行進一步調查。

此解決方案減少了手動驗證的需求,可改善安全性,並提供順暢的雙因素驗證方法。

邊緣到雲端的分析功能

AllGoVision 平台的建構模塊包括影片分析功能,具有適合不同應用的軟體模組,可以隨需求增加。「我們有一個應用程式框架,可適用多種使用案例,」Anirudhan 說:「我們可輕鬆地插入或移除演算法,但維持標準化的使用者介面。」

此分析解決方案是開放式的平台,整合現有的影片管理系統 (VMS) 與 IP 攝影機。AI 功能可運作於邊緣與雲端,順暢連接管理用戶端。可搭配影片整合並分析來自其他物聯網裝置的輸入資料,以進行即時決策(圖 1)。

AllGoVision VMS 可整合於雲端與邊緣之中。
圖 1。AllGoVision VMS

城市安全性即服務

相較於傳統的解決方案供應商,AllGoVision 可提供獨特的優勢。其中一個範例,就是他們全面的 AI 分析能力,可運行於內部伺服器、邊緣,或是雲端。此解決方案運用持續進行的深度學習演算法訓練,可不斷強化效能與準確度。

加上其以雲端為基礎的 SaaS(軟體即服務)模式提供即時的軟體更新,可輕鬆地新增或移除攝影機和其他裝置。

運用適用於多種使用類別的單一應用程式框架,客戶可由全面的規劃受惠。「他們可輕易整合現有的 VMS 系統、加入隨插即用演算法,並使用 API 新增其他裝置與軟體,」Anirudhan 說:「城市可透過在安全性、交通,到人員管理等多種應用上使用單一系統,從而降低成本。」

Alarm Center 提供檢視、搜尋,以及報告等選項,皆由 AllGoVision 分析功能所產生。操作人員可以點選通知、查看即時影片,並判斷是否需要採取進一步的動作(圖 2)。

Alarm Center 可讓安全人員檢視、搜尋,並分析警報
圖 2。Alarm Center 可讓安全人員檢視、搜尋,並分析警報。

透過他們超過 100 個合作夥伴的網路,AllGoVision 可評估客戶的需求,並提供客製化的解決方案。

運用 Intel® 技術最佳化 AI 與深度學習能力

在強化整體解決方案方面,Intel® 技術是極為關鍵的一環。「我們與 Intel 的關聯十分強固,因為在最一開始,我們的解決方案採用了 CPU 加 GPU 的架構,」Anirudhan 表示:「當我們採用 Intel® Movidius VPU 後,我們便可將大量的處理作業分攤到這些硬體加速器上。」

此解決方案亦運用了 Intel® OpenVINO 工具組架構,提供了一種有效率的方式,能在多種 Intel 平台上運行深度學習演算法。這樣的成果,就是大幅減少了部署所需的成本。

Anirudhan 的結論是:「我們可以打造一種運用深度學習演算法的應用程式,並加上許多使用案例,或訓練它識別更多物件、臉孔,或牌照等。」

AI 和物聯網推動自助式醫療診所

中國生活水準的進步,讓更多人得以獲得醫療保健。然而,現代人的預期壽命平均為 76.5 年,使得醫療成本節節上升。

雖然國內一級醫院的數量增加了一倍以上,但同一時期的年度門診就醫次數則是幾乎增加了四倍。如今,病患結果的改善有賴於即時分析、臉部辨識和物聯網等新技術。

創新技術讓更多人不必前往醫院或等候醫師看診,就能更有效地取得醫護資訊和建議。藉由自動收集、傳輸和儲存病患記錄中所使用的醫護資料,還能協助減輕醫療人員和資源過度負荷的狀況。

自助式健康評估

深圳市鼎盛智能技術有限公司 (Shenzhen Dingsheng Intelligent Technology) 推出的智慧醫療管理解決方案有助於達成這項使命 (圖 1)。

智慧醫療管理解決方案能簡化醫療建議的取得方式
圖 1。智慧醫療管理解決方案能簡化醫療建議的取得方式。

深圳市鼎盛智能技術有限公司 (Shenzhen Dingsheng Intelligent Technology) 業務處長 Jessica Hsu,說明這項解決方案如何提供全方位的自助式健康檢查。

「這套系統包含大約 50 項體檢指標,可用於測量生命徵象並監控重大慢性疾病。」Hsu 表示。「透過將這套系統設置在藥妝店、社區中心和購物中心等日常場所,大眾都能輕鬆地進行完整的健康檢查。」

為了說明這套系統的運作方式,請想像一位名為 John 的 68 歲男性,在購物中心剛好看到此醫療管理解決方案。由於自己遲遲未進行健康檢查,而且也不想在診所久候,他決定試用這套系統。

首先,John 會掃描智慧型手機上的 QR 碼進行登入。直覺性的介面可協助他輸入背景資訊,並且引導他進行血壓、心率和身體組成的檢查。他無須任何協助,便能利用這套系統內建的模組進行這些檢測。

軟體會比較 John 的檢查結果與標準參考點,並且提供一份內含醫療保健建議的報告。當報告上傳至 John 的帳戶時,他也可以列印報告副本。

由於 John 有些問題,他能夠透過視訊通話方式,與具有他本人報告的遠端醫療專業人員取得聯繫。他們兩人進行對話後,John 收到如何提升個人身心健康的相關建議。他也得知哪些機構可以提供戒菸方面的協助。

AI 簡化體檢程序

為了加快進行這項程序,臉部辨識和人工智慧 (AI) 功能會判斷一個人的約略年齡、性別和族裔。這項技術會自動辨識已有設定檔的使用者。

在非使用狀態時,這套系統可透過臉部辨識來比對周圍路人的人口統計資料,依照自訂內容在高畫質顯示器上播放廣告影片。由於廣告收益足以負擔整體投資成本,因此企業能夠讓客戶免費使用系統,或向客戶收取低廉的使用費用。

該公司最全方位的機型包含多種感應器和醫療裝置。這套系統搭載嵌入式電腦,可透過觸控螢幕、高畫質顯示器、HD 攝影機和喇叭等裝置進行互動 (圖 2)。

這款解決方案具備可執行多種自我評估檢測的功能
圖 2。這款解決方案具備可執行多種自我評估檢測的功能。

資料儲存與保護

病患資訊會在使用期間儲存於本機,接著上傳至雲端進行分析,以便快速產生體檢報告。集中化的儲存方式也能讓使用者隨時透過手機或電腦存取歷史資料。由於傳統的作法是由病患留存紙本,因此這種儲存方式有助於避免使用者遺失醫療檔案。

「Intel® 處理器和 Intel® vPro 平台讓我們能夠提供各種廣泛的功能。」Hsu 表示。透過 vPro,為資料進行加密也不會減損效能。Intel® 身分辨識保護技術提供以角色為基礎的安全保障,可防止未經授權的使用者存取系統。這項技術也能增強遠端管理功能,這在不同位置部署上百種解決方案時極為重要。

除了個別的健康評估之外,智慧醫療管理解決方案這類的系統還能提供全人口的資料分析供政府使用。這有助於官方實施旨在改善全國公民健康的區域特定計畫。對於每年會對大眾造成影響的疾病,這類行動有助於中國降低這些疾病的發生率。

「我們的許多解決方案已由藥妝店、療養院、購物中心和健康中心購置,並且可供人免費使用。」 Hsu 表示。「這些場所購置的目的在於促進客戶、居民和社會整體的福祉。同時也展現出良善的立意。」

運用工業物聯網保護電力網

氣候的轉變帶動了全球對重新塑造能源系統的需求。其中一種正在進行的方式,就是將再生能源與間歇性能源連接至電力網。

但加入這些能源也可能會帶來全新風險。公用事業想要支持再生能源,但不希望影響到電力網路的控制。這代表變電所自動化系統必須具備彈性,能夠管理舊型裝置。

舉例來說,芬蘭正設法在應付猛烈冬季風暴的同時加入再生能源,這會導致長期停電。為了防止這種情況發生,公用事業正在鋪設地底纜線,因此必須更新變電所自動化設備。

除此之外,芬蘭政府也已推行相關法規,要求公用事業確實改善電力網的安全性。公用事業要如何因應這些挑戰,同時防止設備與營運的成本增加呢?

有一家公用事業採用了工業物聯網技術

Caruna 是芬蘭最大的配電營運商,他們正在努力滿足現在與未來的各種需求。該公司實施了各種計畫,改善其電力網的安全性、可靠性以及彈性。光是在 2018 年,他們就鋪設了 6,300 公里的地底纜線,確保極端冬季氣候中的電力輸送。

在部署地底纜線時,其中一項挑戰是精確偵測接地故障。對公用事業營運商來說,在配電系統中找出高阻抗故障一直都是一項挑戰。Caruna 原本透過傳統繼電器來監控和找出故障,但所獲得的成果好壞參半。

為了解決這個問題,Caruna 與 ABB 攜手合作,嘗試將 ABB Ability Smart Substation Control 與防護解決方案 (SSC600) 運用在他們的 Noormarkku 變電所中。採用 SSC600 系統後,Caruna 改進了精確性,能夠找出間歇性接地故障的位置(影片 1)。

影片 1. Caruna 部署 ABB Ability Smart Substation Control 解決方案。

ABB 開發繼電器防護演算法,無需變更現有系統即可運作。SSC600 控制器實現了這樣的技術,將功能集中在現有的繼電器上。

該解決方案運用 ABB Abilitycloud 服務來管理新舊防護與控制功能的組態及升級。就像許多公用事業,Caruna 也擔心雲端服務可能會增加網路安全性的風險,並可能會削弱網路的可靠性。

此系統符合國家專屬的安全性標準,透過安全連線連接至 Ability 雲端服務。此系統具備多重防護,從 Intel® Hardware-Enabled 安全性到 ABB 軟體,因此能夠消除公用事業的疑慮。

可透過遠端韌體更新來增加新功能。從此不再需要前往多個遙遠的現場更換裝置或派駐技術人員。此外,將多個繼電器整合到單一 SSC600 控制裝置,亦可降低複雜性。

結果無庸置疑:Caruna 獲得了更好的資料,讓他們能快速偵測發生故障的位置。這樣的功能有助於減少停電時間並提高生產力,營造更好的社區關係。最後,客戶能享有更高的安全性,也更滿意他們的公用事業供應商。

採用 Intel® 技術的變電所控制

強固耐用的 SSC600 採用 Intel® 技術,是公用事業解決方案的核心。控制器的設計可因應各種防護應用,並將變電所設備的控制與監控能力集中在單一機箱(圖 1)。

SSC600 集中設備監控與管理能力
圖 1。SSC600 集中設備監控與管理能力。

ABB 全球產品行銷經理 Marco Nunes 表示:「與 Intel 合作讓我們能確保擁有強大的 CPU 技術,以支援所需的效能需求,」「Intel 讓我們確定系統能支援我們的需求。」

SSC600 透過 IEC61850 通訊協定來提供斷路器與相關設備的測量與 I/O 值。將變電所內的所有訊號數位化,使得 SSC600 能夠收集這些資料,並作為集中式防護、控制和區域性 HMI 裝置。

為了提供防護,變電所內的任何裝置都可使用範例資料。亦可透過在防護與控制裝置上虛擬配線,來設計新邏輯。這能減少百分之 90 的實體配線需求。

Nunes 表示:「此系統能發揮 IEC61850 的所有潛能,運用在裝置間廣播訊息的完整功能。」

邊緣到雲端的軟體與服務

Ability 雲端平台為系統部署提供彈性的 SaaS 數位服務措施。一系列應用與服務套件都是為了滿足各種規模的供應商需求而量身打造。

這些服務有助於盡可能提高系統效能與延長資產使用壽命,降低營運風險與整體成本。舉例來說,基本的服務可能包括:

  • 可將處理程序停機時間降到最低的個人化支援
  • 防護和控制資產的分析與監管能力
  • 維護排程
  • 升級與延長保固
  • 額外的工程支援
  • 自訂生命週期管理服務

而在未來,他們將會進一步整合 SSC600 與 ABB Ability 雲端服務。舉例來說,從網路組態到裝置所收集到的重要性與故障資料將會即時進行分析。

透過邊緣與雲端的人工智慧 (AI) 能力,讓解決方案找出能改善系統營運的方法。Nunes 表示:「一些公用事業想要根據即時資料分析來自動化設定,」「這需要經過一段時間的資料收集與分析,才能產生最佳化的建議。」

Nunes 簡單地總結:「當我們開始說明在相同的裝置中整合進階防護功能、集中化邏輯,以及本地 HMI 的概念時,就掌握了成功。」

物聯網模擬:通往成功的測試

我們在生活中的各種面向都會使用模擬器,以針對真實環境的摹本進行測試。這在預測複雜系統的動作與回應時極為重要,例如從飛行模擬器和電影佈景,到氣候模型與經濟預報等。物聯網也不例外。

在一般網路中,部署的複雜性及物聯網裝置的數量不斷成長。這使得發生意外問題而導致災難的機率增加。讓大家對物聯網部署趨之若鶩的彈性與擴充性,同時也使大規模測試變得十分困難。這樣的複雜性可能會使新專案毀於一旦。

一份 Cisco 報告指出,有百分之 60 的物聯網專案在概念性驗證階段便遭到停擺。只有極小的一部分能完全成功。這樣的報告顯示了將書面系統化為現實,並發揮完整潛力的困難度。確保專案成功的最佳方法之一,就是在將整個系統上線前,先針對網路中的多種元素進行模擬。

當連網裝置或其分流功能的數量持續大規模成長,或是擴展為大量產品時,模擬的重要也隨之增加。相較於實際打造大規模的網路,進行模擬是更符合成本效益的做法。此外,使用案例還可包括測試偶發情況、容錯評估,或是測量端對端延遲等。

隨著感應器的數量增加,發生意外狀況的機率也隨之增長。透過預先模擬這些事件,營運人員便可確保能妥善處理這些狀況。

MQTT 通訊協定:適用於物聯網

模擬器有各種形式與規模,包括商用軟體與開放原始碼的替代方案等。它們之間具有許多不同的因素,例如擴充性與支援的通訊協定等。

其中,MQTT(訊息佇列遙測傳輸協定,Message Queuing Telemetry Transport)是一種熱門的通訊協定,這是一種發佈-訂閱的訊息系統。這在物聯網網路中十分熱門,因為其屬於輕量級的協定,程式碼的規模也較小。同時也適合頻寬有限的領域。

Gambit Communications 所推出的 MIMIC MQTT 模擬器等應用程式經過專門設計,可建立大規模的感應器、觸發條件,以及其他 MQTT 用戶端。

物聯網模擬器可著重於 MQTT 等特定的訊息通訊協定,或是支援多種通訊協定,包括 CoAP、REST 和 AMQP。為了選擇合適的應用程式,您必須先瞭解需要哪一種模擬器,以及要針對完整解決方案的哪一個面向進行測試。

模擬獨立端點的架構行為時,用戶端代理模型有所不同。MQTT 標準使用此模型,在網路中傳遞訊息。Gambit 將 MQTT 作為進行模擬的介面。這能使其有效率地重現使用此通訊協定的裝置,並擴充至所需程度的總數。

大規模模擬

在某些環境下,模擬器可協助您瞭解在多種代理廠商部署通訊協定支援的方法中,存在著哪些微小差異。

當 Gambit 運用多種服務測試 MQTT 5.0 支援時,他們發現了一些情況,可能會在生產環境中導致預期外的行為。在部署前使用模擬器測試這些應用程式,便可避免不想要的意外。

這些元件可經過程式編寫,由使用者控制,以不同的方式進行互動。操作人員可即時在測試中向上或向下調整模擬規模、設計特殊事件,並測量這些變更對平台的影響。

MIMIC 模擬器可根據 Intel® 物聯網閘道平台,將硬體定位為受測裝置 (Device Under Test, DUT),並建立數千種虛擬感應器。每一種感應器皆可定義為不同的類型,例如溫度、壓力,以及位置感應器等。亦可編寫為可預測的獨特流量生成,或是模擬多種錯誤模型。

MIMIC 支援動態規則,可在模擬中調整及採用新參數。當評估分析引擎在現實條件下遭遇意外情況時的行為時,這樣的能力極為重要。這些情況可能包括感應器故障、一系列的感應器突發故障,或是無線電干擾等。僅支援靜態規則的工具無法進行調整,不足以測試這樣的情況(圖 1)。

運作中的 MIMIC MQTT 模擬器
圖 1。運作中的 MIMIC MQTT 模擬器,具有 40 萬個連線,並每秒收到 16,600 條訊息。

效能測試與邊緣案例評估

Gambit 解決方案可用於測試在連線裝置的數量增加時,其他物聯網元件的表現。客戶的分析引擎是否可有效地擴展,以滿足現在或未來的需求?是否能以合適的方式處理意外極端案例?

透過模擬不同的發佈者與訂閱者配置,或是大幅增加連線總數,能有效地評估物聯網解決方案之彈性與效能的效能標竿。

以下的影片(圖 1)顯示當 10,000 個感應器上線時,端對端延遲的效果。

影片 1.MIMIC 模擬影片

隨著感應器數量增加,所模擬的總流量也會增加。整體延遲開始漸漸增長。有多種變數可能會影響到延遲。這包括感應器到代理設備間的距離、訊息酬載大小,以及 QoS 設定等。物聯網模擬器應可提供隨需求變更這些設定的能力。

作為一種產業,物聯網還在它的初期階段。模擬器原本的設計為雲端測試使用,因為這是進行大部分物聯網處理程序的位置。轉變至雲端運算的過程,使物聯網模擬器必須增加整合邊緣服務的功能。Gambit 著重於為 MQTT 模擬器增加這些功能,以確保能涵蓋這個逐漸擴展的測試區域。

互動影片顯示器為員工賦予敏捷的工作效率

敏捷式軟體開發可改善品質、上市時間、生產力,並節省成本。即然有這樣的優勢,為什麼企業不在所有的商務流程中採用這樣的模式呢?事實上,許多企業已經這麼做。

吸取了敏捷式流程中的經驗,許多企業都採用了相似的營運方向。從 DevOps 到設計思維,有百分之 46 的專案運用了敏捷式工作流程。這樣的趨勢使得完善的通訊與協同合作變得更加重要。

成功的專案需要保持接觸,並不斷重新評估計畫。團隊間也需要暢通的通訊管道,讓參與者能自由分享想法與進行合作。至少,理論上應該如此。

在現實世界中,人們分散於園區、國家或世界各地多種不同位置,很難實現高生產力的敏捷式會議。因此,對協同合作來說,互動式白板、無像素限制顯示器,以及高品質音訊播放等技術就是最重要的角色。

互動數位顯示器實現高生產力會議

「企業正在重新思考進行會議的方法,」NEC Display Solutions 的業務開發經理 Gunnar Kyvik 表示:「他們提出一些關鍵的問題。參與者該如何準備?他們在一起花費的時間中可以產出什麼?他們能如何在最習慣的運算平台上運用該內容?」

Kyvik 描述了一間跨國企業在十分常見的方面所遇到的問題:員工花費在會議上的時間太長,公司認為這是浪費時間。此公司正在轉變為更精簡、回應更迅速的數位工作流程。這需要嶄新的技術以強化部門間的通訊能力。他們的最終目標?促進團隊合作與效率。

為了協助面對這些挑戰,公司決定在所有的會議室中使用單一的 UC 解決方案。但他們需要全程的支援,才能為特定需求打造解決方案。他們的管理部門選擇了 NEC Display Solutions 與其 InfinityBoard 協同合作解決方案

訓練極為重要。雖然一開始有所抗拒,但無論是數位時代的員工或傳統使用者,都能很快接受此解決方案。同時,企業領導者也瞭解,在全球會議室中使用標準化系統,能為他們帶來真正的價值。

在觸控螢幕協同合作中,有著各式各樣的優先事項。企業經常會切換不同的視訊會議平台,例如 Zoom 或 Webex 等。他們會使用多種生產力應用程式。根據企業針對合作夥伴與模組化設計的方針,系統能搭配許多第三方廠商的軟體運作。

「我們認為與最佳的軟硬體開發者結盟非常重要,」Kyvik 說:「當我們結合這些拼圖,我們就能為每一間公司的需求量身打造合適的解決方案。」

協同合作系統不僅適用於「傳統」企業。各種類型的組織都能透過跨距離合作而受惠,讓人員彷彿身處同一個空間之中。

舉例來說,災難管理專家可使用影像聊天功能,諮詢現場的前線救護人員。醫師可透過遠距醫療能力改善病患的治療成果。建築公司也能與承包商合作,設計與建立 3D 模型。

協調數位顯示器

解決方案的核心是超高解析度 (UHD) 的觸控螢幕,連接至音訊與視訊功能,並採用 Slot-in-PC 插槽(圖 1)。

NEC InfinityBoard 解決方案元件
圖 1。NEC InfinityBoard 解決方案元件。

身為該公司的同級最佳方案,此系統包含預先安裝的軟體,例如 FlatFrog Whiteboard、用於無線螢幕分享的 Mosaic Connect,以及適用於即時協同合作的 Hoylu Connected Workspaces。

互動式顯示器的規格從 55 吋到 86 吋,並安裝在牆面上。具有優秀的亮度,即使在環境光源強烈的情況下,也能讓人們清楚看到畫面。側面喇叭針對語音最佳化,並可嵌入或另外安裝具有 AI 功能的攝影機。內建的 OPS Slot-in-PC 採用 Intel® 技術,並預先安裝 Windows 10 專業版(圖 2)。

採用 Intel® 技術的 Slot-in-PC
圖 2。Slot-in-PC 採用 Intel® 技術

朝向資料分析的躍進

NEC 的 NaViSet Administrator 2 軟體是一款實用的工具,可提供集中化的設定、監控,以及資產管理功能。系統管理員可針對如 InfinityBoard 系統的數百台 NEC 顯示器進行遠端控制及疑難排解,並在設備需要維修時收到自動發出的電子郵件。

Kyvik 預測 NaViSet 將會在資料分析方面發生大幅的躍進。「這個領域將會繼續擴展,」他說:「解決方案硬體已經支援物聯網連線與資料收集能力,我們正在朝這樣的方向邁進。舉例來說,選購的 Huddly IQ 攝影機包含一套 AI 引擎,可收集並分析資訊。」

協同合作解決方案讓組織能採用敏捷式工作流程,並探索成長的全新管道。「在開發這些工具的過程中,使用者依然是最重要的因素,」Kyvik 強調:「您需要讓他們離開舒適圈,並開始運用新技術。」

結合雲端原生與嵌入式應用程式

打造混合關鍵度的基礎架構是很困難的作業,尤其是考量到企業與營運技術利益關係人來自不同背景。

Wind River Helix 虛擬化平台等解決方案可使功能安全性代碼與雲端原生應用程式共存,以簡化問題。(圖 1)。

Helix 虛擬化平台可分割靜態嵌入式程式碼與動態雲端原生程式碼
圖 1。Helix 虛擬化平台可分割靜態嵌入式程式碼與動態雲端原生程式碼。(資料來源:Wind River

Wind River 現場工程總監 Paul Parkinson 表示:「Helix 虛擬化平台使用全新設計的監管程式,不僅支援嵌入式即時應用程式,亦可滿足對安全性認證的需求。」

「[這款] 嵌入式虛擬化平台不僅高效又可擴充,亦可支援相同處理器所執行混合關鍵度系統,並提供多種不同安全性等級。」支援的組態包括:

  • 靜態組態:適用於規範重重且具決定性的應用程式
  • 動態組態:適用於結合多種未經認證工作負載的部署項目
  • 混合關鍵度組態:適用於包含靜態與動態工作負載的組合

「靜態組態可用於內含至少一個安全關鍵應用程式的系統。資源於系統組態與建制時分配,並在執行階段時以可預測的決定性方式加以運用」,Parkinson 對此解釋。

他補充道:「動態組態提供一種替代方法,可用於在執行階段需要更高彈性的系統,這包括針對應用程式數量與組態,以及分配給應用程式的資源進行變更的能力。」「根據外部環境或營運模式,可使用這個方法來動態變更系統組態與執行階段運作。」

Type 1 Wind River 監管程式位於 Helix 虛擬化平台的根目錄,可通過 DO-178C 航空電子標準、ISO/IEC-61508 SIL 3 功能安全性標準,以及 ISO 26262 車輛標準等標準認證。

同時,Helix 虛擬化平台支援幾乎所有的作業系統 (OS),包括 Wind River VxWorks、Wind River Linux、開放原始碼 Linux、Microsoft Windows、自製 OS、無修改的客體作業系統,甚至是裸機程式碼。

因此,在同一個硬體中,嵌入式工程師可以在某個決定性分割區內維護功能性安全軟體,而企業開發者也能同時在另一個分割區中部署雲端原生應用程式。

技術解密

Wind River Helix 虛擬化平台等解決方案需要可虛擬化的硬體。現代多核心處理器已經極為普遍,擁有原生支援虛擬化的運算平台十分重要。否則,即使是在多核心處理器上執行監管程式,亦可能需要修改客體作業系統,以確保其具有存取系統資源的權限。

Intel® 的多種虛擬化技術可協助這種抽象化作業,在最大化可攜性的同時維持安全性:

  • Intel® 虛擬化技術提供指令集虛擬化,使客體作業系統能順暢移轉至不同的虛擬分割區中。
  • Intel® Virtualization Technology for Directed I/O (Intel® VT-d) 可調節客體作業系統所要求的直接記憶體存取 (DMA)。這能提供分割區所執行的裝置驅動程式之存取權。亦能避免非法或未經授權的傳輸。

支援虛擬化邊緣環境的 Intel 處理器還有另外一項功能,就是延伸的分頁表 (EPT)。這能最佳化將客體作業系統記憶體虛擬位址轉譯為主機作業系統實體位址的方法。因為轉譯使用的負荷較少且處理速度更快,客體作業系統可更快速地存取資源,並以更高的效率運作。

特定 Intel 處理器提供這些功能,為 Helix 虛擬化平台的使用者提供可擴充的部署基礎架構。

適合所有對象的物聯網邊緣環境

乍看之下,雲端原生部署的概念可能會對工業工程師與企業開發者帶來困擾。畢竟此架構發源於資料中心,可能會讓嵌入式開發者想到遠端桌面的概念。對 IT 開發者來說,要在物聯網邊緣等不熟悉的環境中套用企業開發實作,也可能讓他們感到痛苦萬分。

但混合關鍵度系統所能帶來的 ROI 很明顯,因為這能大幅降低總持有成本 (TCO),同時透過現有應用程式提供全新的產品與服務。以 Wind River Helix 虛擬化平台等解決方案的角度來看,這也能為 IT 和 OT 設計師帶來益處:

  • 工業工程師可保留現有的韌體與應用程式程式碼,並在隔離且獨立的虛擬機器 (VM) 中執行。雖然為系統增加了企業功能,但不需要重新編寫多年來運作良好的程式碼。
  • 企業工程師也同樣可運用自己的 VM 照常作業。這代表可繼續進行雲端原生應用程式開發實作,無需擔心廣泛的系統影響。

透過可滿足兩個領域需求的現成硬體與軟體解決方案,現在就是加速進化您物聯網邊緣基礎架構的好時機。

進一步瞭解此主題:物聯網軟體採用雲端原生技術

適用於物聯網邊緣的雲端原生開發

物聯網軟體開始採用雲端原生技術。這對舊型程式碼有何影響?

我們先由名詞定義開始。「雲端原生」方法將一個應用程式分解為一系列的微型服務(圖 1)。由於雲端基礎架構具有同質性,使這些微型服務擁有極高的可攜性。因此,它們可部署在幾乎任何位置,且更新極為快速。

雲端原生應用程式將單體應用程式分解為數個微型服務
圖 1。雲端原生應用程式將單體應用程式分解為數個微型服務。(資料來源:DZone

雲端原生工程提供更優異的擴充性、敏捷性,以及重新使用軟體的機會。這也讓工程師更加輕鬆。相較於單一的大型應用程式,小型服務的部署、管理和維護都更加簡單。

企業與嵌入式的交叉處

但雲端原生方法與舊型嵌入式程式碼並不對盤。嵌入式程式碼通常是靜態的,且針對特定平台量身打造。它們經過精心縝密的測試,以確保安全、穩固、可靠且具決定性的運作能力。

要讓舊型程式碼與雲端原生程式碼一同結合並不容易。想想認證方面的諸多問題。

Wind River 現場工程總監 Paul Parkinson 表示:「安全關鍵應用程式需要處在安全關鍵環境中進行代管。」「所有基礎軟體在開發時,其安全整合層級必須至少達到最關鍵應用程式的相同等級。」

雲端原生應用程式會在非決定性的 Linux 上運行,具有許多隱藏的依存性。它們通常無法通過 IEC 61508、ISO 26262,或是 DO-178C 等標準認證。

即使可以,認證的成本「與系統所使用的有效原始碼行數 (eLOC) 成正比」。舉例來說,Linux 的核心部份就有超過 2,500 萬行程式碼。

雲端原生或擁有安全認證?

雲端原生與嵌入式工程的差異可能無法解決,但這沒有關係。這兩者仍然可透過虛擬化與容器化技術結合。

圖 2 所示,虛擬化可在監管程式層級上執行多個作業系統。容器化則僅需要單一作業系統。這使容器更加輕便,因為其中僅包含了作業系統與其依存元素。

虛擬化提供啟動額外作業系統的環境,而容器則將應用程式依存的一切封裝至作業系統上的套件組合中
圖 2。虛擬化提供啟動額外作業系統的環境,而容器則將應用程式依存的一切封裝至作業系統上的套件組合中。(資料來源:Wind River)

容器是雲端原生設計的基礎,虛擬化則更適合嵌入式設計。但透過合適的監管程式,便可讓這兩種方法得以結合。

尤其是 Type 1 的「裸機」監管程式,可提供嵌入式系統所需的決定性。因為 Type 1 監管程式直接在硬體上運行,可完整存取系統資源,使其具有高效率的同時保有可靠度。

另一個同樣重要的特點,在於它們可用於分割安全關鍵與非安全性關鍵功能。

Parkinson 表示:「在即時作業系統平台上,使用分割功能代管安全關鍵功能與無安全性需求之一般用途功能的能力,已經過實證證明有效。」「使用硬體虛擬化則能將此提升到另一個層次。」

舉例來說,透過具有安全性認證的監管程式,便可能在即時控制器上雲端原生分析。透過此方法,便可妥善地將雲端原生功能增加至現有的嵌入式設計上。因為並未變更原始程式碼,可將認證成本降到最低,並維持決定性。

但我們要把眼光放得更廣。雲端原生技術可能成為數位轉型的基礎(影片 1)。

影片 1. 虛擬化協助製造商達成數位轉型。(資料來源:Wind River

在結合 IT 與營運技術時,已經可以看到這樣的轉型。事實上,到 2020 年時,在物聯網產品部份,有百分之 50 的 OT 供應商將會與 IT 公司結成合作夥伴

當然,這一切都要仰賴可支援雲端原生應用程式的虛擬化平台。好消息是,最新的監管程式便是為此而生。Parkinson 表示:「在近幾年中,我們透過開發、認證,以及部署安全關鍵系統獲得了許多經驗。」

進一步瞭解此主題:物聯網軟體採用雲端原生技術

從農場到冷凍庫,利用即時分析減少食物浪費

如果食物製造商能在從農場到冷藏庫之間的每個步驟中追蹤他們的產品,那會怎麼樣?會有更多新鮮且準備好販售的肉類與產品送抵零售商。這也能有助於節省每年超過 12 億噸因腐敗而無法提供給消費者的食物。創新的冷鏈(冷凍冷藏供應鏈)監控解決方案可對付這些挑戰。

例如,對肉類製造商來說,一切都由健康的家畜開始。物聯網感應器可測量溫度和濕度等環境條件,亦可監控動物的行動、位置和健康狀況。製造商也能針對異常情況立即採取動作,例如重新安置家畜、調整溫濕度,甚至進行疾病測試。

透過感應器、AI 及雲端分析能力,可從運輸、處理到送達冷藏庫之間完整的供應鏈內監控這些條件,並採取適當動作。

「當熱浪來襲,使我們其中一家客戶的冷藏裝置瀕臨極限時,」Webee 的銷售副總裁 Ralph Aceves 說:「感應器預測若惡劣天氣持續下去,壓縮機很可能會發生故障。客戶收到警示,並快速將價值數千美元的肉品移動到其他設施,避免了可能發生的財損。」

AI 監督冷鏈

Webee 開發了一款冷鏈監控解決方案,在整個供應鏈上簡化食物檢查的流程。它會即時收集、分析並傳輸包括溫度、濕度和位置等資料,讓使用者能立即進行決策(圖 1)

IoT-Real-Time-Analytics-AI-0
圖 1.使用單一端對端解決方案部署及管理冷鏈監控。

客戶可預先設定參數,偵測不利食物保存的條件。系統亦有助於避免誤報。舉例來說,大型(人可進出的)冷藏庫在送貨期間若溫度升高將不會觸發警報。但如果在設施關閉時發生相同的溫度升提高狀況,便會自動傳送警報。

「使用者可以設定在偵測到冰櫃門開啟超過多少分鐘後傳送警示,」Aceves 說:「動作感應器會識別雞蛋棧板等脆弱物件是否掉落。」

系統可提供跨多廠商網路的即時溫濕度監控與邊緣分析能力。透過多種 API 和通訊協定介面來與 CRM、ERP 及其他系統整合。這建立了一個端對端的解決方案,能在整個運輸、配送和客戶遞送過程中追蹤產品(影片 1)。

影片 1. 端對端溫濕度監控。

將設定設備溫度範圍和送出稽查記錄等程序自動化,可消除潛在的人為錯誤。全新的聯邦法規對產品溫度稽查記錄的觀察要求更嚴格,這同時也能簡化這項法規遵循的難度。

「傳統的冷鏈監控解決方案已經過時,而且需要許多的人力操作,」Webee 的共同創辦人 Cecilia Flores 表示:「我們的客戶想提供高品質的食物,同時減少浪費。他們不想因未經處理的資訊拖慢進度。」

系統儀表板讓檢視資料並視需要採取校正動作變得簡單。這讓使用者能將變更推送至感應器、為不同的使用者分配應用程式、存取歷史資料,以及建立警示(圖 2)。

圖 2。掌握對資產、事件、維護、解決方法,以及分析趨勢的可見度。

解決方案包括採用 Intel® 技術的內部部署閘道。感應器經由 Wi-Fi、ZigBee 或其他無線通訊協定來與閘道通訊。資料會透過 4G-LTE、3G、2G 行動數據、乙太網路,以及 LoRa 長程無線功能回載至雲端。

LoRa 低功率通訊協定能在視線範圍內傳輸長達 10 英哩的距離。它能穿過建築物延伸三英哩的傳輸距離,提供長程的資產管理能力。若失去連線,Webee 的邊緣感應器會持續收集資料,並將資料傳輸至閘道。當連線恢復後,便會分批將資料傳送到雲端。

效率就是關鍵。「以電池供電的感應器預設以每 30 秒一次的頻率記錄並傳送溫度讀數,這會經常喚醒感應器,」Aceves 說:「我們的解決方案可提供較長的電池續航力。使用者能改變讀取溫度並傳送的頻率,比方說變更為每分鐘一次,或是每 10 分鐘一次。」

此軟體透過 Kubernetes 或 Docker 進行容器化和編配。這使得它們能攜帶至多種平台。在設定方面亦不需要專業的程式設計能力。系統會自動部署、擴充及管理工作流程。

此外,客戶能使用拖放式應用程式,而不需要從零開始編碼,讓解決方案的部署與維護變得更加容易。

為了將來,Webee 與 Intel 攜手合作,開發運用電腦視覺的解決方案。這能使系統識別色彩與形狀等微小的視覺改變,並警示使用者。創新發展持續降低物聯網與其他技術的成本。因此,冷鏈解決方案能讓供應商專心在食物品質、客戶滿意度,以及減少浪費上。

時效性網路:炒作 vs. 現實

您大概有聽過時效性網路 (Time-Sensitive Networking, TSN)。這是一種針對工業控制應用而開發出來的乙太網路標準,有些人將其吹捧為終極的網路解決方案。

有些人則採取謹慎的態度看待。「過度吹捧任何事情很正常,」TenAsys 銷售與行銷副總裁 Kim Hartman 表示:「過去曾有人暗示 TSN 將取代所有專屬領域的通訊協定。」但沒有任何技術是完美無缺的。Hartman 說道:「這讓我們回到現實層面探討什麼是實際能夠達成的目標」

那麼真實情況到底是如何呢?在這篇文章中,讓我們瞭解一下 TSN 的發展簡史、它為自動化技術帶來的好處,以及一窺其未來的發展。

TSN 發展簡史

讓我們先從 Audio Video Bridging (AVB) 開始介紹,這是一組透過乙太網路傳輸音訊與視訊的標準。「AVB 的設計目的是為了讓錄音室、影音相關生產設施和娛樂場所能精準地將媒體同步,」Hartman 解釋。

但是在分散四處的機械需要同步化的任何時候就必須達到資料精確傳送。公用事業、大眾運輸、航太科技、工業機器人及醫療裝置只是眾多產業其中的幾個例子。

問題是,要將 AVB 整合至標準企業網路中並不容易。這時 TSN 就能夠派上用場。在 AVB 發展為「IT 友善」(IT-friendly) 的技術之下,TSN 將為工業物聯網帶來更具決定性的乙太網路。

(這顛覆了大眾見解,TSN 不是一種通訊協定,它是乙太網路標準的一部分,而其他通訊協定可根據它加以實作。)

TSN 優於 AVB 與標準乙太網路的好處

相較於標準乙太網路,TSN 更適合應用在測量、監控與控制方面的需求。它也比其他工業網路技術擁有更多優勢。TSN 的優勢包括:

  • 安全性提升。由於 TSN 使用標準乙太網路,現在能在控制網路方面採取適用的 IT 安全措施。
  • 開放式標準。由 IEEE 802.1 標準委員會管理,許多技術供應商支援 TSN。
  • 成本降低。運用發展成熟的乙太網路技術,TSN 能有效降低成本。
  • 企業相容性。TSN 不像其他網路,它能順利地與 IT 系統整合。

TSN 漸漸地成為比 AVB 用途更多元的解決方案。「TSN 開發商在討論一系列比基本串流功能更廣泛的服務,」Hartman 表示。

TSN 準備好推行到您的應用領域了嗎?

儘管一些 TSN 支持者大幅炒作這項技術,要運用在商業用途上仍需幾年的時間。但已經有多家集團正加速實現這個可能性。比方說,以 AVB 技術起家的 Avnu Alliance 正積極協助新標準的開發與測試。

Intel® 是 Avnu Alliance 的主要貢獻者之一,而且也在其他像是 IEEE 802.1 委員會及 Industrial Internet Consortium (IIC) 等組織中表現活躍。「Intel 一直是推動發展 AVB 功能的幕後推手,」Hartman 表示。

這些集團正協助帶領整個產業向前發展。舉例來說,IIC 為工業插拔測試 (Plugfest) 建立了測試平台影片 1)。在測試大會期間,相關成員企業能測試實作性與互通性,並處理更新與整合事宜。

影片 1。時效性網路 (TSN) 測試平台用於工業插拔測試。(資料來源:IIC)

Hartman 提到:「如果沒有讓每個人以標準化方式參加的能力,那我們就無法大步向前邁進,脫離專屬架構的限制。」

那麼 TSN 何時會準備就緒?Hartman 預測我們還需要兩年的時間才能將其推行至商業用途上。事實上,我們大概再一年的時間就能推出更高階的原型。基金會與集團正努力確定概念性驗證的發表日期,但在那之前還有許多工作尚待完成。

TSN 第一個用途可能會是 OPC 統一架構 (OPC Unified Architecture, OPC UA)。OPC 基金會 (OPC Foundation) 最近宣布支持現場級通訊 (Field Level Communications, FLC) 計畫。這項計畫會將 OPC UA 擴展到像是感應器等現場裝置。目標是建立標準化、決定性的連線能力,達成從邊緣延伸到雲端的目的(圖 1)。

OPC UA FLC 能樹立一致的 TSN 乙太網路基礎架構
圖 1。OPC UA FLC 能樹立一致的 TSN 乙太網路基礎架構。(資料來源:The Industrial Ethernet Book)

將有重大突破

TenAsys 本身是 TSN 聯盟的一員,包括在內的還有 OPC 基金會 (OPC Foundation)、Sercos International 和 EtherCAT Technology Group。TenAsys 也參與了 IIC 在德國司徒加特的 TSN 測試平台計畫。

該公司的目標是在他們的客戶無論使用何種通訊協定時都能提供支援。現今,EtherCAT、SERCOS、Profinet 與 EthernetIP 等通訊協定都包括在內。TSN 的加入是必然採取的下一步。

「它不一定會造成導入控制系統的各種方法都過時,」Hartman 表示。「但這將會讓每個人無論工作地點在何處都能與邊緣、霧運算或雲端服務更加密切相關。」

撇開炒作不談,TSN 在未來將扮演重要角色。當您考慮生產設施需要在極短的時間內,有效率地交換資料時,這絕對會有所影響。