不久前，我們宣佈了[物聯網邊緣工業協議閘道器軟體 Neuron 正式開源](https://www.emqx.com/zh/news/industrial-protocols-gateway-neuron-officially-open-source)的訊息。隨著 Neuron v2.0 的正式釋出，大家現在已經可以在 GitHub 倉庫（https://github.com/emqx/neuron ) 中找到這一開源專案，根據自己的需求進行定製和修改。

與之前的 v1.x 相比，Neuron v2.0 無論是在產品功能定位還是架構設計上都進行了較大的改動。在今天這篇文章中，我將為大家進行詳細解讀，幫助大家更好地理解和使用 Neuron v2.0。

## 專案簡介

Neuron 是執行在各類物聯網邊緣閘道器硬體上的工業協議閘道器軟體，旨在解決工業 4.0 背景下裝置資料統一接入難的問題。透過將來自繁雜多樣工業裝置的不同協議型別資料轉換為統一標準的物聯網 MQTT 訊息，實現裝置與工業物聯網系統之間、裝置彼此之間的互聯互通，進行遠端的直接控制和資訊獲取，為智慧生產製造提供資料支撐。

Neuron 支援同時為多個不同通訊協議裝置、數十種工業協議進行一站式接入及 [MQTT 協議](https://www.emqx.com/zh/mqtt)轉換，僅佔用超低資源，即可以原生或容器的方式部署在 X86、ARM 等架構的各類邊緣硬體中。同時，使用者可以透過基於 Web 的管理控制檯實現線上的閘道器配置管理。

## 發展歷程

Neuron 的產品雛形始於工業物聯網 IIoT 尚在起步階段的 2018 年，那時 IIoT 場景中的資料採集很多都是透過 SCADA 去完成，簡單說就是在 SCADA 中增加將資料上報到 IIoT 平臺的功能，從而實現裝置操作員操作裝置的資料同步實時上報。

所以我們最早將 Neuron 定位成 SCADA 軟體+MQTT 協議資料上報功能。在功能上，我們選擇了單連線裝置，因為一般 SCADA 軟體都只會連線一臺 PLC 或裝置，但可替換各種協議，以便對接不同品牌 PLC 或裝置，進行資料交換。一般情況下，SCADA 必須具有一定基本資料處理能力，包括警報系統、業務規則處理及歷史資料。這些功能在 Neuron v1.x 中均得到實現。

Neuron v1.0 釋出後，我們持續進行著維護與升級，也根據很多使用者的需求反饋陸續增加了不少功能，包括Dashboard 頁面重整最佳化、API 增加 JWT 鑑權認證、新的驅動、DTU Server 模式連線、字串支援、與 EMQ 其他產品整合等等。Neuron 開始被廣泛應用到油田服務、半導體生產等工業專案中，發揮了裝置資料採集的作用。

隨著使用者與應用場景的不斷增加，我們逐漸發現最初多協議、單連線的設計開始無法適應多樣的場景需求。以油田服務資料採集為例，要將所有油井資料匯聚到同一伺服器上，需要 Neuron 同時提供多個連線到不同地區的油井。這是流程型工業生產，和離散型工業利用 SCADA 批次生產的情況有很大不同。而為了滿足這些場景需求提供多連線功能，則需要在設計上重構整個 Neuron 的架構。

同時，有越來越多的使用者希望在 Neuron 的基礎上進行私有協議、個性化功能等的二次開發，而現有的 Neuron v1.x 為閉源專案，沒有將驅動程式的資料交換做成統一介面，小部分驅動程式程式碼放在核心層內。

除了多連線和定製開發需求，我們還注意到 Neuron v1.x 中的 SCADA 相關功能（如工業級警報系統、業務規則）並未得到使用者很充分的使用。Neuron 更多地被應用於與 EMQ 生態內其他產品（如雲原生分散式 MQTT 訊息中介軟體 [EMQX](https://www.emqx.com/zh/products/emqx) 和輕量級物聯網邊緣分析/流式處理軟體 eKuiper）整合，構建一套完整的資料採集、邊緣計算與雲邊協同方案。因此我們也開始思考是否需要對 Neuron 的部分功能進行精簡，使其更輕巧、更專注於資料採集功能。

綜合以上諸多考慮，我們決定從 v2.0 開始對 Neuron 的架構進行重新設計，同時將其開源，以滿足更多使用者的多樣化需求。

## 全新設計理念與架構

隨著技術的演進，現代的硬體大都採用是多核 CPU 架構，即便是用在嵌入式系統中比較低端的 ARM 和 Risc-V 架構的 CPU，也都擁有多核心的晶片。因此我們能夠利用這些多核心 CPU 能力去處理併發任務，在 Neuron v2.0 架構設計中我們也充分考慮支援多核多執行緒。為此，我們使用了 NNG 這個基礎訊息庫，這是一個多執行緒的 IO 處理和訊息處理的非同步併發庫，能夠充分利用 CPU 的多個核心。

我們採用了星型匯流排這一組織形式：有一個訊息路由中心，該訊息路由基於 NNG 提供高效率的訊息轉發。訊息的傳送和接收是執行緒間通訊，使用共享 Buffer 和智慧指標，沒有任何的記憶體複製，具有非常高的效率。圍繞著這個路由中心，是各個具體功能的節點，由 Adapter 和 Plugin 組成。這些節點既可以是內建固有的，如輕量級的 Web Server；也可以是動態增加的，如各種裝置驅動、MQTT 客戶端、eKuiper 介面等。這樣的設計隔離了各個裝置驅動和北向應用的功能模組之間的耦合，另外採用訂閱-釋出機制來實現資料流的分發和聚合，使得 Neuron v2.0 有著極大的靈活性。使用者可以根據現場的工作情況動態增加和減少裝置驅動的節點，具有良好的可配置性。另外，當執行 Neuron v2.0 的硬體 CPU 效能好、核心多、記憶體大時，Neuron v2.0 能支援更多的裝置驅動節點、海量的資料點位、更大的資料吞吐量、更低的響應時間，具有良好的系統可伸縮性。

Neuron v2.0 採用了外掛機制來支援變化多端的使用者功能需求，使用者可以根據應用場景的功能需求動態的載入不同功能的外掛，得到有不同功能的節點。當裝置驅動有 Bug 需要修復，或者有新的功能需要升級時，可以透過動態更新外掛來解決問題，升級新功能。每個節點的執行是獨立的，當升級一個節點的外掛時，不會影響其他節點的執行，Neuron 2.0 也不需要重新啟動。

[![Neuron v2.0 總體架構概覽](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/05/16/e7a60c252a526a8b.jpeg?x-oss-process=style/bb "Neuron v2.0 總體架構概覽")](https://www.emqx.com/zh/blog/neuron-v-2-0-product-introduction "Neuron v2.0 總體架構概覽")

## Neuron v2.0 亮點特性

### 支援多種工業裝置協議

南向支援從各類品牌 PLC 製造商到全球技術標準委員會發布的數十種協議接入，包括：西門子、羅克韋爾自動化、歐姆龍、三菱、Modbus、OPC、Siemens、Mitshibishi、Omron、IEC、EtherNet/IP 等。北向支援網際網路協議，如 MQTT、HTTP、HTTPS 等。

### 支援同時連線多個裝置

支援南北向同時接入多個相同或不同協議的裝置，無需購買大量硬體閘道器，只需部署一套 Neuron 伺服器即可對海量裝置進行管理。同時支援執行期更新裝置驅動，可隨時動態更改應用和驅動，便於及時響應業務需求調整。

### 超低記憶體佔用

Neuron 具有極少的記憶體佔用和極低的 CPU 佔用，既可以在低端嵌入式 Linux 裝置中執行，也可以執行在有較大記憶體的 Linux 主機中，以支援大規模的連線裝置和海量的資料點位。同時具有良好的可伸縮性，可滿足不同執行資源條件下的需求。

### 外掛服務擴充套件

透過載入更多的外掛模組來擴充套件更多的功能服務，例如北向資料處理引擎和南向 PLC 驅動程式。支援 Neuron 執行期更新裝置驅動外掛。

### 提供 SDK 二次外掛

開源後使用者也可基於 Neuron 外掛框架進行二次開發，定製自己的私有協議。這樣滿足了使用者在不同專案中對私有協議與其他工業廠商協議的擴充套件需求。

### 基於 Web 的人機介面

透過友好的 Web UI 提供視覺化的閘道器配置以及採集資料檢視功能。使用者可以很方便地使用瀏覽器直接在本地網路內檢視裝置的狀態和資料，並可以透過 Web UI 來控制和配置 Neuron。

### Restful API 控制和配置

內建有輕量級的 Web Server，可以透過瀏覽器來配置和控制、監聽裝置，或透過 API 服務控制工業裝置或更改引數或標籤配置。

### 內建流處理引擎

在整合的 eKuiper 引擎中建立流式 SQL 指令碼，透過 AI/ML、控制邏輯、公式和交易，可以處理所有從各種連線源收集的工業資料。

### 高度融合 EMQ 產品生態

Neuron 可與 EMQ 其他產品高度融合，包括 [EMQX](https://www.emqx.com/zh/products/emqx)、[NanoMQ](https://www.emqx.com/zh/products/nanomq)、eKuiper（由 EMQ 發起，現歸屬於 LF Edge 基金會維護運營） 等。無縫產品整合使用體驗，統一管理控制檯，實現線上多節點管理與產品配置，安全控制，統一使用者認證、操作許可權控制。

## 未來規劃

未來 Neuron v2.0 將與 v1.x 分別獨立運營維護，EMQ 對現有的商業版 Neuron v1.x 仍提供缺陷修復與維護，但後續將不再基於 1.x 版本提供功能更新。

在後續的 2.1 版本中，我們將實現 eKuiper 流式處理引擎與 Neuron 的整合，eKuiper 的功能將會統一無縫整合在 Neuron 的 Dashboard 頁面。

和 eKuiper 整合後，Neuron 將成為一個功能強大且非常輕巧的邊緣資料流處理伺服器。使用者可以為自己的控制邏輯、公式和事務在 eKuiper 內建立一些 SQL 規則。eKuiper 流處理引擎會對每個由 Neuron 採集到的資料流進行每秒數個迴圈掃描，實現使用者定義的業務邏輯，輸出的數值可以發回 PLC 進行反控。這些 SQL 指令碼支援在機器執行時進行即時修改，業務處理和計算基本上已在本地邊緣側完成並且存入回本地 eKuiper 連線資料庫。使用者亦可以選擇將資料傳送到 IIoT 平臺，並在傳送前進行預處理。

在 2.2 版本，我們則計劃提供統一驅動介面包 SDK，使用者可透過其自行為私有協議開發驅動外掛，或針對某些特定行業、功能去開發應用外掛。

## 寫在最後

Neuron 是我們開發團隊十幾年行業經驗的結晶。我們的目標是使 Neuron 更加可靠、靈活、易用、可擴充套件、易遷移，儘可能多地適應各類自動化系統與工業裝置，幫助解決工業物聯網中海量異構裝置的連線問題。同時與 EMQ 生態內其他產品一起，組成構建現代工業物聯網平臺的堅實資料基礎設施，推動工業物聯網行業發展。

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>原文連結：[https://www.emqx.com/zh/blog/neuron-v-2-0-product-introduction](https://www.emqx.com/zh/blog/neuron-v-2-0-product-introduction0)

國內首個開源物聯網邊緣工業協議閘道器軟體，Neuron v2.0 產品解讀

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