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什麽是IIoT工業物聯網?

2019-07-11 09:55 ioter

導讀:IIoT本質上是擴展到雲的機器對機器(M2M)的支持。在這個意義上,IIoT不是個真正的新想法,而是現有系統的新術語描述。最大的區別是:現有系統如何改變?以及這些技術的可用性爲何?

IIoT本質上是擴展到雲的機器對機器(M2M)的支持。在這個意義上,IIoT不是個真正的新想法,而是現有系統的新術語描述。最大的區別是:現有系統如何改變?以及這些技術的可用性爲何?

相同的是——兩者都是像“雲”和“互聯網”這些高大上的詞,它們都幾乎囊括了任何互聯的設備,但IIoT更多是指工業應用。挑戰是,許多計劃被歸類爲IIoT的應用將只局限于工業布局領域,如工廠或倉儲自動化。同時,像工業照明應用則歸爲消費者或企業側,因爲至少是借助用戶的智能手機或平板電腦來控制應用運行。

基本的IoT環境(圖1)將設備(或邊緣節點)連接到雲,通常是通過網關實現。眼下,雲通常是指連接到互聯網的計算和存儲資源。像分析和管理工具等IoT服務利用雲中的數據。借助智能手機和PC等通過用戶界面可訪問原始和處理後的信息。


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圖1:在高層,IoT和IIoT具有使用相同協議的相同架構。IIoT通常有更具合作性的設備環境,而IoT的設備往往與用戶配對。


那麽,什麽是IIoT?

就最普遍的觀點,IIoT本質上是擴展到雲的機器對機器(M2M)的支持。在這個意義上,IIoT不是個真正的新想法,而是現有系統的新術語描述。最大的區別是:現有系統如何改變?以及這些技術的可用性爲何?

例如,大的工業組織通常具有對其系統的網絡化控制和管理,這又被整合進可提供信息的公司服務器環境,信息可用于跟蹤系統。這又支持可預測性分析來預測故障,事先采取措施、防患于未然。這些系統可構建于較底層的標准,如以太網、TCP/IP和SQL,但它們通常是公司內部開發的。

在任何有關IoT的討論中,總是會扯上IIoT的原因是:兩者的工具和總體架構往往趨同。它們在TCP/IP上,采用用于數據交換的像MQTT和COAP等更高層級的協議。

傳統的雲架構(圖2)在運營技術(OT)平台上簡單使用嵌入式軟件將數據推送到雲;在雲中,信息技術(IT)環境既可處理數據,又可將數據提供給用戶。這大概只比非雲環境前進了一小步。

先進的IIoT環境(圖3)將更多的系統智能從IT側轉移到OT側。這使得微控制器和嵌入式平台可以方便地接入雲環境,以及訪問向授權設備和用戶開放的數據。

風河公司(Wind River)航空及國防業務資深總監Chip Downing指出:“先進的傳感器到雲架構使系統智能貫通于BI/' target='_blank'>商業智能的整個鏈路,所以,可在OT側、在每天的日常運作側自動進行決策,以使IT側的商業智能更專注于業務分析、戰略和所需資産和資金的流程優化。”


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圖2:傳統雲架構的數據是從右移到左,從傳感器到嵌入式平台聚合再到IT系統,然後被推送到雲環境,並最終到達用戶。這大概只比非雲環境前進了一小步。 (來源:風河公司)


這些更先進的IIoT環境定位從智能工廠到智能城市等一系列應用。其想法是貫通整個環境提供更多信息,並允許對數據和應用實施更動態的分配。

一般情況,IIoT往往有更結構化的連接環境,因爲與典型的IoT應用相比,IIoT 系統履行的職責更事關重大。響應時間往往是個問題,像健身跟蹤那樣的IoT應用通常可以先在本地存儲數據,無線鏈路可用時再行處理。IIoT還通常針對現有的設備和標准,而消費者IoT設備一般是新産品。

IIoT標准

與以前的形態比,IoT環境跨接更廣泛的通信和服務。這意味著有更多的公司參與其中。這也是爲什麽IoT的開發和部署往往更複雜更昂貴,雖然,在理論上,最後實現的系統應更高效、更靈活、最終成本更低,並同時提供更多功能。

圍繞IoT和IIoT誕生出各種願景和組織。例如,工業4.0平台(Platform Industrie 4.0)或工業4.0(Industry 4.0),就是與智能工廠相關的第四次工業革命背後的願景。工業4.0的四個主要特征包括:智能系統的垂直整合;全球價值鏈網絡的水平整合;集成的産品生命周期管理;新的和現有技術的結合。

工業4.0有六個設計原則:互操作性、虛擬化、去中心化、實時支持、服務導向、模塊化。


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1.IIoT是一個融合了IT、OT和雲的更加一體化的架構,這樣,彙總的數據和計算就不再偏重于一側或另一側。 (來源:風河)


出現了各種針對不同IIoT側面的組織。例如,開放連接基金會(Open Connectivity Foundation,OCF)整合了開放互聯協會(Open Interconnect Consortium,OIC)規範和IoTivity開源IoT架構。由于可用替代方案的規模,它凸顯了IIoT工作的難度。例如,IoTivity就是衆多IoT框架之一。

也有致力于IoT和IIoT其它方面的其它組織,如AllSeen聯盟和Thread組織。這些組織專注于IoT和IIoT的特定方面,且其標准經常被其它組織引用作爲更高層級IoT/IIoT標准的一部分。AllSeen聯盟提供將IoT設備連接在一起的服務;而Thread組織爲萬物的OT設備側定義了無線生態系統。

工業互聯網聯盟(IIC)是對象管理組織(OMG)的一部分。IIC專注于IIoT或工業互聯網系統(IIS,IIC的叫法),它位于系統級,而不是像OCF的IoTivity那種特定層面。IIS分爲五個域:控制、運營、信息、應用和業務。IIC的工業互聯網參考架構討論了IIS,它更以可以利用不同底層技術(如Thread或IoTivity)的系統模型爲導向。

IIoT系統面臨的挑戰是,他們需要諸如IIC等的高層級規範,因爲IIoT系統往往龐大而複雜,整合了終端到終端的過程控制和管理。針對各層級功能或通信的規範也是需要的,因此將其限定在如Thread組織和本地無線通信等具體領域,就使得標准成爲可管理和可理解的。

IIoT的安全和保障

IIoT的一個最大挑戰是安全保障,因爲IIoT通常要將以往相當孤立的設備和服務連接到雲。在許多情況,在未連接的設備和企業網絡或因特網之間會存在“氣隙”。提供網絡鏈路允許實時通信並常常將數據推送到(過去沒有的)雲。

大多數IoT框架或協議整合了一種或多種安全功能,如在認證數據或命令時,對 通信鏈路實施加密。有些框架甚至支持安全策略和其它安全和保障管理。問題是,IIoT環境可以包含具有不同安全功能和管理方法的多種框架和協議,從而使情況變得複雜並可能出現配置錯誤,進而産生安全漏洞。

像安全引導、安全操作系統以及安全通信等特性是安全IoT環境的基礎,但即使這些特性存在,也可能因爲應用、操作系統或設備驅動程序的錯誤,而突然出現安全問題。這就是爲什麽對IIoT應用來說,分層級的安全環境很重要;爲什麽設計和實現系統時要考慮安全因素。它不能僅是利用底層的安全功能或在出現問題後才增加加密通信等功能。

IIoT是大勢所趨,但要將現有網絡系統納入一個大一統的IIoT環境將面臨挑戰。尚沒有IIoT標准,鑒于各供應商業已提供的相互沖突的産品和服務,一個統一的IIoT標准也不太可能出現。然而,由于針對大數據分析的信息越來越多,以及支持更多准時(just-in-time,JIT)功能的實時信息越來越多,將會有持續動力來推動IIoT的實現;JIT功能包括産品和原材料配送、預防性維護,以及在智能工廠或智能城市環境的整體過程的實時信息等。