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                物聯網平臺推動工業互聯網發展

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                物聯網平臺推動工業互聯網發展

                分類:
                行業動態
                發布時間:
                2016/10/25
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                摘要:物聯網(IoT)是工業互聯網的關鍵技術之一。物聯網平臺(IoT Platform)是近兩年剛出現的一種物聯網基礎設施解決方案。物聯網平臺作為物聯網為用戶提供服務的基礎,承擔連網的“物”的管理、數據的采集、應用服務的使能等功能,物聯網平臺的出現將推動工業互聯網的發展。

                關鍵字:物聯網平臺、工業互聯網

                 

                 物聯網(IoT)是工業互聯網的關鍵技術之一。物聯網平臺(IoT Platform)是近兩年剛出現的一種物聯網基礎設施解決方案。物聯網平臺作為物聯網為用戶提供服務的基礎,承擔連網的“物”的管理、數據的采集、應用服務的使能等功能,物聯網平臺的出現將推動工業互聯網的發展。

                  工業互聯網是物聯網、大數據及云計算等新一代IT技術與工業系統深度融合集成而形成的一種新的應用生態。在工業互聯網的“采集、傳輸、計算”三要素中,采集端通過物聯網技術實現機器、物品、人、控制系統的數據收集與相關聯結。物聯網(IoT)已經成為當前工業互聯網發展的關鍵技術。

                  ITU在2012年出版的《物聯網概述》中,明確物聯網定義為全球信息社會的基礎設施;以物質互連(物理和虛擬)的方式,在現有和新興互操作信息通信技術(ICT)的基礎上提供先進的業務;通過識別、數據捕獲、處理和通信能力,充分利用“物”為各種應用提供服務,同時確保安全和隱私方面的要求。即物聯網重在提供服務,而不是簡單的將物接入網絡。由此可見,物聯網技術的發展將使得智能化深入到生產生活之中,給人們提供更多場景化的有益的服務。

                  為實現物聯網的服務功能,ITU定義了物聯網的參考模型(如圖1)?! ?/span>

                  圖1.物聯網參考模型

                  目前對物聯網發展影響比較關鍵的是服務和應用支持層、設備層兩部分。設備層主要關注“物”側的聯網,以及邊緣計算能力,同時要注意低能耗和傳輸距離。服務和應用支持層為物聯網應用的基礎,通過對設備層設備的控制、數據采集和分析及邊緣計算能力(即設備應用程序)的定制等,為物聯網應用提供基礎平臺支撐,與管理能力和安全能力結合后,即成為物聯網平臺,是在物聯網領域的PaaS平臺。

                  我國作為潛力巨大的物聯網市場,政府和民間一直在努力發展物聯網產業,在核心技術研發、標準制定、產業推動等方面,已經大大縮短了與國外的差距,特別是在國家出臺“中國制造2025”戰略后,智能制造的關鍵支撐技術“工業互聯網”受到越來越多的關注,由此也推動了物聯網技術的應用普及。目前由于物聯網涉及的場景和行業遠超過傳統的人際互聯網,其標準眾多而繁雜,且由于大多數行業的物聯網還處在萌牙期,相關的數據采集、業務處理都相關封閉,多為豎井式解決方案,企業要針對不同的傳感器,不同的應用場景部署相互割裂的解決方案,這些都嚴重影響了企業部署物聯網積極性。采用統一的物聯網平臺有望徹底解決企業的這些問題。

                  一、物聯網平臺架構

                  物聯網平臺架構包括如圖2所示功能,主要由物聯網平臺層和物聯網網關中間件組成。在物聯網平臺層統一給物聯網應用提供了接口,可以方便用戶編寫自己的特色應用,并部署到物聯網平臺上,從而達到簡化物聯網系統開發、快速提供物聯網應用的目的,實現“應用驅動物聯網”的物聯網使能平臺?! ?/span>

                  圖2.物聯網平臺基礎架構

                  這里的網關層是兼容目前多種傳感層網絡協議的關鍵層次,能夠屏蔽傳感層差異,并實現邊緣計算能力。隨著傳感器發展,部分傳感器也可能跳過網關層直接與平臺對接,相關的功能將分別移到平臺層或傳感層實現。

                  1. 物聯網平臺

                  物聯網平臺是物聯網應用和服務支撐的基礎平臺,承擔起眾多“物”側的管理和數據采集,以及邊緣計算的定制等功能,為物聯網應用提供完善的PaaS平臺支持。進入萬物互聯時代,連接數目將遠超傳統的人際互聯時代,巨大的連接數量對傳統的平臺技術提出了新的挑戰。

                  物聯網網關和傳感器是“物”接入互聯網的關鍵設備,“物”的各種屬性都由它們收集,然后傳遞到物聯網平臺上。物聯網平臺要對所有的“物”的屬性進行保存,比如位置、能力、電池余量等,對于需要控制的物,還需要有相應的控制能力。因為“物”的特點,有可能并不是實時在線,因此平臺要能夠在“物”不在線時仍然可以查詢,并進行相應的設置,等“物”上線后再自動配置。如此巨大的“物”的管理,特別是安全的管理,需要平臺具備高可擴展性、高冗余度和健壯性。

                  大量的“物”接入平臺后,隨著時間變化,其傳感的大量數據將不斷的涌向平臺,將很快達到TB甚至PB級數量。平臺首先要處理大量的網絡連接,其次要從大量的網絡連接中提取大量數據,并進行初步分析。平臺需要具有千萬甚至上億級的連接處理能力,能夠方便的橫向擴展,以支持更多的“物”的連接,以及相應的數據的初步處理和篩選。

                  數據在經過初步處理后,將存儲到大數據平臺中,進行后續的分析,為物聯網應用提供數據基礎。平臺需要具備平臺級別的應用開發環境支持,為應用提供API,可以方便的調用平臺的各種接口,生成各種場景化的應用,比如查看整個工廠的機器使用狀態,用電量,對機器的維護需求進行預測,對生產的物料進行提前安排等。

                  對于實時要求比較高,或者數據產生量比較大的傳感網絡,在網關上還需要有邊緣計算能力,以便在邊緣直接對傳感器的請求進行處理,并過濾部分噪音數據,或對數據進行某些指定的預處理。平臺需要具備這些邊緣計算能力的定制和下發,即作為網關應用的管理平臺。作為場景化應用的一個重要環節,這個網關應用的管理要能夠和平臺的應用開發環境集成,使得物聯網應用能夠統一在平臺和網關上進行處理。

                  比如一個典型的物聯網應用——溫度變化通知功能,由應用開發者開發網關上的應用程序,在溫度變化時向某一群組發送消息,將網關應用由平臺下發到網關;在平臺上定義群組,其成員可以是其它網關、某個物聯網APP、或者手機短消息等,通過物聯網平臺統一下發到各物聯網關;網關在感知到溫度變化時,直接通過應用發送消息到群組內成員,比如相鄰網關,某用戶手機等。

                  2. 物聯網關中間件及融合物聯網關

                  物聯網網關是傳感器與互聯網連接的重要設備。傳感器的使用場景千差萬別,對傳感網的技術要求各異,因此需要有區別的采用不同的技術。網關硬件平臺可能會有多種形態,傳感網協議也可能多種多樣。通過物聯網關中間件融合的物聯網關將提供多種多樣的網關形態。

                <  目前傳感網根據場景大致分為有線傳感接入、無線傳感接入。

                  有線主要是各種工業現場總線,包括RS485、CAN、Ethernet/IP、ControlNet、LonWorks、EIB、Interbus、Profibus、FF HSE、Profinet、P-net、CC_Link、DeviceNet等,其物理接口和協議棧都不一致,現有的網絡中都需要不同的網關設備進行聯接,導致工廠網絡割裂,維護復雜。

                  無線網絡按距離來分,包括短距離的個域網協議和長距離的LPWA協議。個域網協議如Zigbee,Bluetooth,Wi-Fi等,其特點是傳輸距離短,帶寬高,功耗高。LPWA協議如LoRaWAN, LTE-M, NB-IoT,以及正在研究的5G技術等,這些協議的特點是傳輸距離長,帶寬低,功耗低,支持終端數量多。

                  物聯網網關要考慮兼容上述物聯網協議,同時能夠低成本實現包括工業現場、戶外等極端環境的設備防護性等問題,以及功耗問題。為不同場景提供個性化的綜合物聯網解決方案。

                  二、平臺應用場景

                  應用一:智能制造

                  物聯網平臺在工業制造領域,可以將生產網絡與辦公網絡安全連接,機器設備與產品數據互聯互通,與用戶數據互通,促進數據化支撐下的企業生產全流程可視、用戶信息可視,實現IT與OT的融合,提供智能制造能力。

                  機器的能耗管理:時刻記錄機器的能耗狀態,對其能耗歷史數據進行展示和分析,形成機器開工率的直觀展示,為企業決策提供服務支持。

                  預測性運維服務:根據設備運行數據,監視機器、零件的使用次數,根據歷史壽命來預測性的提供運維建議。

                  另外,還可以利用物聯網平臺跟蹤庫存,與供應鏈集成零庫存管理;基于實時監測和高級分析的生產過程優化;柔性生產、軟件定義機器低成本實現個性化需求等。

                  應用二:智能電網

                  智能電網可以達成供應者與使用者之間無障礙的溝通,進而提升能源使用效率、減少消耗與浪費。遠程抄表系統(AMR/AMI) (Automatic Meter Reading/Automated Metering Infrastructure)是其中最重要的基礎建設(Infrastructure),其原理是利用各種通信方式將使用者的用電信息傳遞到遠方的管理端,省卻人力抄表的不便以及實時性的問題?;诓煌牡乩憝h境以及不同使用程度的使用者,遠程抄表必須因地制宜。通信方式大體包括有線、無線等方式。

                  有線通信網絡的通信方式包括RS232/422/485等串行通信方式,其上運行Modbus等協議用于電表數據的讀取。不同的智能電表,其寄存器的地址和內容都或多或少存在差別,傳統的電表數據采集,需要專門的采集設備進行電表數據讀取,不同電表廠商都有自己的配套采集設備。通過在物聯網網關中間件中加載電表讀取模塊,可以實現動態支持多種電表種類,軟件上即可方便擴展,從而避免了采集器的采購和維護成本。

                  在無線通信網絡應用方面又可分為Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g/n)、蜂窩通信(GSM、GPRS、3G)、LoRaWAN等多種,其中以蜂窩技術最為常見。多種技術的通信協議不同,通過網關中間件的動態協議擴展機制,可以方便的擴展新的協議支持,而不需要更新網關本身的操作系統。

                  物聯網平臺在收集到電網數據后,支持數據的分布式冗余存儲,同時結合大數據平臺快速進行用電數據的分析,進而進行配電、售電的相關決策,動態調整相關的策略,保證電網穩定運行,為能源互聯網提供基礎。

                  物聯網平臺是物聯網為用戶提供服務的基礎設施平臺,作為工業互聯網重要組成部分,物聯網平臺與融合物聯網網關、傳統數據通信設備、云計算基礎設施、大數據平臺等一起形成完整“采、傳、算”工業互聯網架構,幫助企業實現IT與OT的融合,從而推動企業向工業4.0的轉變,進而提升我國制造業的智能化水平,提升我國在國際制造領域的地位。

                來源:OFweek工控網  

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