一种边缘计算网关的研究

一种边缘计算网关的研究

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王玮、徐安舒、邵流河、谢杰峰

深圳市亿威尔信息技术股份有限公司 深圳 518057

摘 要：边缘计算网关（又叫物联网边缘计算网关），简称 Edge-Gateway，是一种可以在设备上运行本地计算、消息通信、数据缓存等功能的工业智能网关，可以在无需联网的情况实现设备的本地联动以及数据处理分析。边缘计算网关，人们希望是接口丰富，支持海量连接，数据采集和数据清洗，支持MQTT协议，支持多种工业通讯规约，支持web配置方式，支持云端远程配置。但是，现有设计中的边缘计算网关，一般接口拓展性受限，本论文着眼于进行一种边缘计算网关的研究，希望能够提供一种接口拓展性强、散热能力强的边缘计算网关。

1 前言

本项目产品边缘计算网关，基于飞腾D2000/8核的高性能整机，无风扇被动散热使用铝块把CPU的热量导入机壳，利用机壳鳍片进行散热。D2000/8为飞腾首款支持8核桌面平台处理器，支持DDR4-3200双通道内存，芯片内置国密SM2/SM3/SM4/SM9加速引擎，支持单精度、双精度浮点运算指令，加速网络数据运算，可广泛应用于边缘计算网关、物联网关、入侵检测、VPN、网络监控等应用领域。

产品特点是：主控为国产化飞腾D2000/8 +飞腾X100桥片，双通道DDR4 SO-DIMM高速内存插槽，最高可支持32G内存，支持丰富的无线通讯接口，支持zigbee/lora/wifi/BLE/4G，支持丰富的IO接口，8*UART，2路RJ45 GE，8路GPIO，支持UOS、银河麒麟等操作系统等。

2 系统设计

图1位本系统结构示意图。边缘计算网关设有主板，主板上设有处理器、BIOS、网络接口、USB接口、硬盘、WIFI模块、北斗定位模块、4G/5G接口、串口、GPIO、实时时钟控制、电源等。本实施例中，处理器选为飞腾D2000/8，8核心，主频2.3GHz，TDP：25W，封装：35X35mm FCLBGA。BIOS选为飞腾UEFI BIOS，网络接口面板支持2个千兆电口，通过CPU集成2个RGMII输出。USB接口，设于前面板上4个USB3.0接口。定位模块包括USB转北斗定位模块。硬盘支持1个M.2 KEY-M 2240/2280 硬盘接口，支持2个标准SATA端子。WIFI模块采用MINI-PCIE接口，支持蓝牙技术。北斗定位模块采用MINI-PCIE接口 （IO扩展板）。4G/5G接口采用MINI-PCIE接口，支持4G，板载SIM卡槽(可拆卸窗口后安装SIM卡) （IO扩展板）。串口设有1个RS-232 串口，用于扩展Zigbee3.0；1个TTL串口，用于扩展LoRa；1个RS-232串口，用于扩展韦根；2个RS-232串口，其中1个CPU引出的调试口，1个RS-485串口。GPIO支持8路数字GPIO，2路数字量输入DI（光隔离）；2路干接点控制接口；3路数字量/脉冲输出DO（继电器隔离）；1路数字量输出（支持3.3V、5V跳选）。实时时钟外置3V锂电池进行供电。电源采用DC 12V电源供电。硬盘支持 1个2.5寸SSD硬盘和1个M.2 sata硬盘。本实施例中，桥片为飞腾X100桥片。处理器可以选为支持DDR4-3200双通道内存，处理器芯片可内置国密SM2/SM3/SM4/SM9加速引擎，能够支持单精度、双精度浮点运算指令，可加速网络数据运算。

图1 系统结构示意图

图2 前面图 图3后面图

如图2、图3所示，分别为本边缘计算网关的前面图和后面图。边缘计算网关设有机箱。机箱通过铝型材一体成型。机箱设有前面板和后面板。9个指示灯（电源、硬盘、zigbee、lora、wifi、BLE、4G、韦根、北斗）：串口数据指示灯、WIFI指示灯、4G指示灯、蓝牙指示灯，整机依赖面板指示灯进行故障判别。前面板设有1路调试串口 RS-232（凤凰端子TX,RX,GND）、4路USB 2.0/3.0接口、2路RJ45千兆电口、1路VGA和1路HDMI接口、12V电源输入(靠边布局)、1路触发开关、1路RS-232（DB-9）和1路RS-485(凤凰端子)、4路DI和4路DO(凤凰端子)、1组韦根等。后面板设有1路zigbee无线通讯、1 路WIFI和BLE模块、1 路4G和GPS及北斗、1 个 LoRa模块等。机箱设有壁挂结构。在继续后面板中间位置设有通心孔。墙壁上设置现有技术中通用的壁挂支架，通过通心孔，将机箱固定壁挂支架上，这样方便本实用新型边缘计算网关安放，使用方便。机箱内部设有铝块，所述铝块通过螺丝均匀分散设置在所述机箱内部，通过所述铝块把所述处理器产生的热量导入机壳，利用机壳鳍片对所述边缘计算网关进行散热。这样可以实现无风扇无噪音被动散热，加快本实用新型边缘计算网关内部热量的挥发。

图4 IO接口板

图4为本边缘计算网关的IO接口板。调试串口可以采用凤凰端子 RS-232调试串口，RS485可以采用485隔离串口，干接点可以采用2路光耦隔离干接点，DI可以采用2路光耦隔离DI采集，输出为4路继电器隔离DO输出，RS232可以采用1路板载DB9全串口，1路输出至韦根模块。SIM卡支持机箱外之间插拔功能。指示灯可以设置为zigbee、lora、wifi、BLE、4G、韦根、北斗等颜色均为绿色。4G模块可以设置为移远EC20MINIPCIE-C MINI-PCIE接口4G模块，支持全网通和北斗。Zigbee模块可以选择亿佰特E180-ZG120B模块，可通过GPIO控制模式配置，TTL输入。Lora模块可以选择亿佰特E22-400T22S1B可通过GPIO控制模式配置，TTL输入。可见，本实用新型边缘计算网关中输入输出接口丰富，可以满足与多外部电子设备连接的需要。

3 结语

此项目属于边缘计算技术领域，通过使用铝块把CPU的热量导入机壳，利用机壳鳍片进行无风扇被动散热，通过机箱壁挂式设置，使用方便，处理器可以选为支持DDR4-3200双通道内存，处理器芯片可内置国密SM2/SM3/SM4/SM9加速引擎，能够支持单精度、双精度浮点运算指令，可加速网络数据运算，IO接口拓展性强，可广泛应用于边缘计算、物联网、入侵检测、VPN、网络监控等应用领域。

王玮，University College London (伦敦大学学院) 宽带通信技术专业，科学硕士学位，1981年5月，男，汉，陕西省西安市，深圳市亿威尔信息技术股份有限公司，深圳市高新技术产业园中区科技中三路软件园5栋4楼402，518057

研究方向：通信技术；职务：总经理