Интеграция аналоговых радиочастотных датчиков с устройствами обработки данных
Граничные вычисления — это модное слово с расплывчатым и меняющимся определением, особенно в сочетании с Интернетом вещей (IoT). Но ясно одно: это подчеркивает бурный рост генерации, сбора и анализа данных. Нам нужны новые методологии, чтобы справиться с этим взрывом, отчасти потому, что возможности центров обработки данных и облачных вычислений слишком далеки от источника данных. Предоставление инженерам новых возможностей для размещения датчиков и их обработки на периферии приведет к появлению новых решений, использующих эти новые технологии.
Это важно, потому что до 70 % данных, генерируемых такими источниками, как автомобильные датчики или изображения видеонаблюдения, по прогнозам, поступают на периферию — за пределы непосредственной досягаемости центров обработки данных. Должна ли эта необработанная информация перемещаться на большие расстояния в центры обработки данных или данные должны фильтроваться, предварительно обрабатываться и анализироваться в режиме реального времени прямо там, где они генерируются?
Имейте в виду, что в дополнение к переполнению сетей и облаков данными существуют и другие недостатки переноса всей информации с датчиков на стойки серверов с контролируемой средой передачи, включая дополнительную задержку, более высокие требования к пропускной способности и снижение безопасности. Кроме того, после всех проблем, связанных с перемещением данных, серверы все равно должны отфильтровывать большие объемы данных перед дальнейшей обработкой.
Представляя новые вычислительные проблемы, очевидно, выгодно выполнять основную обработку данных в источнике. Новый подход уже был смоделирован на видеодатчиках наблюдения. Информацию с миллионов камер видеонаблюдения невозможно просмотреть людьми, но и отправка всех необработанных видеоданных в облако для тщательного анализа также несостоятельна.
Именно по этой причине периферийные видеосистемы используют фильтры и методы сокращения данных, такие как распознавание лиц, чтобы сократить видеокадр только до лиц. Затем эти выбранные изображения могут быть отправлены с гораздо меньшей пропускной способностью. Кроме того, сами лица могут быть дополнительно обработаны на периферии с помощью более совершенных процессорных систем для распознавания и хранения таких вещей, как параметры лица, до отправки более релевантных результатов или предупреждений с более низкой пропускной способностью.
Новые инструменты для обработки RF Edge
Видео — это всего лишь одна полезная граничная область датчика/обработки. Для предоставления ценной информации можно использовать множество других, но, как и в примере с видео, необходимо реализовать интеллектуальное сокращение данных в реальном времени, чтобы пользователи могли отфильтровывать наиболее значимую и полезную информацию.
Появление новых устройств под названием RFSoC (RF-системы на кристалле), которые сочетают в себе высокоскоростные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) для приема и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) для передачи с матрицами FPGA и ядрами микропроцессоров в одном чипе, теперь включены в домен RF.
Компания Molex, разработала карты RFX-8440 и RFX-8441 на основе RFSoC третьего поколения от Xilinx (рис. 1). В результате появилась стандартная готовая коммерческая карта PCIe, которая подключается к аналоговым датчикам и серверам, предназначенным для периферийных устройств (рис. 2).
Рис. 1. Плата BittWare RFX-8440, основанная на Xilinx RFSoC, представляет собой стандартную готовую коммерческую карту PCIe, которая подключается к аналоговым датчикам и серверам, предназначенным для периферийных устройств
Рис. 2. Блок-схема демонстрирует порты платы (как аналоговые входы и выходы с несколькими цифровыми интерфейсами, включая PCIe Gen4). Интерфейсы, связанные с RFSoC, обеспечивают достаточно бюджетный способ обработки радиочастотных сигналов вблизи источника
Граничные серверы
Услышав «серверы» возле датчика, любой может задаться вопросом: речь идет о создании полностью контролируемого центра обработки данных рядом с антенной? Или речь идет о специальной технике для военных и оборонных целей? Оба соображения являются слишком экстремальными.
На самом деле появляется новый ряд платформ граничных серверов от известных производителей, таких как Dell, HPE и SuperMicro. Серверные системы специально созданы для периферийных сред без необходимости настройки, соответствующие военным спецификациям. Одним из примеров этого является сервер TeraBox 200DE от BittWare. Основанный на сервере Dell Technologies PowerEdge XE2420 для суровых условий эксплуатации, он включает в себя такие функции, как пылевые фильтры и возможность работы в расширенном диапазоне температуры.
Очевидно, что условия эксплуатации серверов вблизи датчиков не могут быть такими как в дата центре (с охлаждением и чистым воздухом). Поэтому новые серверы рассчитаны на развертывание на опорах или наружных шкафах, где важно предотвратить попадание пыли и других загрязняющих веществ, выдерживать высокие температуры и обеспечивать надежность в более жестких условиях. Точно так же продуманная организация подключения кабелей и доступ к разъемам необходимы для простоты настройки и обслуживания.
Новые возможности
Благодаря решениям на уровне карт, использующим RFSoC и бюджетные серверы на основе PCIe, появляются новые возможности для коммерческих приложений. Теперь можно развертывать обработку широкополосных аналоговых радиочастотных датчиков, как в современных камерах и видеодатчиках.
Хотя сбор, настройка и обработки данных — это одна задача, совсем другая — что делать с этими возможностями. Именно здесь необходимы поставщики инновационных решений, чтобы открыть двери для инженерного творчества. Если представить карту RFSoC, развернутую на коммерческом граничном сервере, какие типы приложений приходят на ум?
Одной из возможных задач, может быть спектральный анализ для обнаружения излучающих устройств. Большое внимание было сосредоточено на обнаружении границ с использованием видео для таких задач, как распознавание лиц, но радиочастотный спектр открывает дополнительные возможности. В радиочастотах такие предметы, как дроны, сотовые телефоны и устройства Bluetooth, можно «увидеть», и их может быть легче обнаружить и идентифицировать по их излучениям, чем по видео.
Другое потенциальное применение — сканирование RFID. Если приложение запрашивает сигналы опроса, проблем нет. RFSoC может генерировать их непосредственно на антенну, а затем прослушивать ответ. Существует множество возможностей и приложений для разработки решений, позволяющих в полной мере воспользоваться доступом в реальном времени к аналоговым радиочастотным данным.
Источник: www.mwrf.com