工业物联网与工业互联网的典型架构

工业物联网与工业互联网的典型架构,第1张

工业互联网不是工业的互联网,而是工业互联的网。它是把工业生产过程中的人、数据和机器连接起来,使工业生产流程数字化、自动化、智能化和网络化,实现数据的流通,提升生产效率、降低生产成本。

从技术架构层面看,工业互联网包含设备层、网络层、平台层、软件层、应用层以及整体的工业安全体系。与传统互联网相比,多了一个设备层。

工业物联网是工业互联网中的「基建」,它连接了设备层和网络层,为平台层、软件层和应用层奠定了坚实的基础。设备层又包含边缘层,总体上,工业物联网涵盖了云计算、网络、边缘计算和终端,自下而上打通工业互联网中的关键数据流。

工业物联网从架构上分为感知层、通信层、平台层和应用层。

按照数据采集功能分的话,有条码采集的手持终端,RFID读取的手持终端,NFC识读手持终端,DPM手持终端,指纹识别手持终端等等。这要看你需要哪个方面的数据采集功能了。我们超市之前用的是东大集成的,主要用来盘点货物,扫条码。

工业是物联网应用的重要领域。具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节,可大幅提高制造效率,改善产品质量,降低产品成本和资源消耗,将传统工业提升到智能工业的新阶段。物联网在工业领域的主要应用环保监测及能源管理、工业安全生产管理、制造业供应链管理、生产过程工艺优化、中国计算机报制图等等方面。物联网在工业应用领域的应用,构成了“工业物联网”,它是广域的物联网的具体化的实例,也是最容易被世人接受的物联网。工业物联网的核心理念是交叉学科的组合,涉及到信息安全、网络通信、自动化,是跨学科的,其特征为:嵌入式、互通和实时性、经济性和便利性。
工业用传感网络层:即以二维码、RFID、传感器为主,实现对“物”或环境状态的识别以及感知信号的摄入;
传输网络层:即通过现有的互联网、广电网、通信网或者下一代互联网(1Pv6),实现数据的传输和计算,尤其是现在流行的概念:云计算:
应用网络层:即输入输出控制终端,包括电脑、手机等终端等等。
从整体上来看,物联网还处于起步阶段,而工业物联网的真正达到实用化、大规模应用,必须解决如下关键技术问题:
工业用传感器:工业用传感器是一种检测装置,能够测量或感知特定物体的状态和变化,并转化为可传输、可处理、可存储的电子信号或其他形式信息。工业用传感器是实现工业自动检测和自动控制的首要环节。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。可以说,没有众多质优价廉的工业传感器,就没有现代化工业生产体系,更谈不上工业物联网。
工业无线网络技术:工业无线网络是一种由大量随机分布的、具有实时感知和自组织能力的传感器节点组成的网状(Mesh)网络,综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,具有低耗自组、泛在协同、异构互连的特点。工业无线网络技术是继现场总线之后工业控制系统领域的又一热点技术,是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术,也是未来几年工业自动化产品新的增长点,已经引起许多国家学术界和工业界的高度莺视。
工业过程建模:没有模型就不可能实施先进有效的控制,传统的集中式、封闭式的仿真系统结构已不能满足现代工业发展的需要。工业过程建模是系统设计、分析、仿真和先进控制必不可少的基础。

2018年中国物联网行业发展现状与2019年前景预测 边缘计算+AI推动行业新一轮增长

LoRa“涅槃”:与NB-IoT各撑“半边天”

纵观2018年,物联网行业最热闹的就是NB-IoT与LoRa技术之争,NB-IoT与LoRa都适用于低速率、低成本、低功耗、广覆盖、大连接的物联网应用场景。

不同的是,NB-IOT有国家政策支持,国内三大运营商都积极部署;而LoRa属于企业私有技术,工作在未授权频段上,存在被清频的风险。

在NB-IoT的建设上,近年来,我国物联网政策频频出台,《关于全面推进移动物联网(NB-IOT)建设发展通知》指出,到2020年,NB-IoT网络实现全国普遍覆盖,基站规模达到150万个,因此,三大运营商各显神通全力部署NB-IOT建设。

据悉,中国电信发力物联网较早,率先率先建成了全球最大的NB-IoT网络,实现城乡全覆盖,NB-IoT基站规模超过40余万个;中国联通紧随其后,在2018年5月实现物联网全国覆盖,完成30万个NB-IoT基站升级工作;中国移动也已实现了348个城市NB-IoT连续覆盖和全面商用,物联网连接数突破5亿。

值得一提的是,在模组采集方面,中国联通与中国移动在去年分别开出300万片与500万片NB-IoT通信模块项目大单,加速布局物联网。

2019年NB-IoT模组将出现大爆发,届时NB-IoT模组价格会进一步下调,随着模组市场的成本压力增大,利润空间越来越小,预计模组行业会重新洗牌,落后产能、落后规模模组厂商会被淘汰,模组厂家会进行一次大洗牌。

而对于LoRa来说,2018年像是坐了一次“过山车”。

2017年年底,工信部无线电管理局发布《微功率短距离无线电发射设备技术要求(征求意见稿)》,一时给耕耘LoRa技术的企业泼了盆“冷水”,引起了市场的极大反响,转年11月,工信部无线电管理局在认真梳理分析反馈意见建议,并与相关单位协调和沟通基础上,参考微功率短距离无线电发射设备国际使用和管理情况,对征求意见稿进行了完善和修改,让LoRa获得了“重生”。

与NB-IoT不同,LoRa凭借其网络结构简单,实现成本较低,可以按需部署的优势获得了大量企业的青睐,阿里、谷歌、腾讯、京东等互联网巨头纷纷加入LoRa联盟则是一个代表。

近年来,互联网企业纷纷将物联网作为未来重要方向进行布局,以阿里巴巴为例,曾公开表示互联网的下半场是将整个物理世界数字化,并且宣布阿里巴巴将正式进军IoT,同年阿里巴巴获得Semtech的LoRa
IP授权,在各地展开了智慧小镇园区等项目的实施,在互联网企业强势推进物联网业务和国内低功耗广域网络快速发展背景下,这一IP授权合作在很大程度上将加速国内LoRa产业链的完善。

总的来看,一年以来,NB-IoT由于政策、运营商招标及补贴等原因在表类、烟感等市场取得了不错的成绩,占据大量市场份额,没有政策支持的LoRa,凭借其网络结构简单,实现成本较低,可以按需部署的优势也从险些出局到获得业内巨头站台,实现了“涅槃重生”,日前艾瑞咨询发布报告中指出,从应用场景需求角度分析,预计到2025年NB-IoT与LoRa在国内的发展将趋于6:4的格局。

专家预测,2019年,随着技术的成熟、NB-IoT与LoRa技术优势的不断凸显,将会有根据技术特点设计的实际应用落地,其中,NB-IoT具备了规模爆发的必要条件,预计2019年将会以移动物联网为突破口,产业加速转型升级,引爆新的经济增长点。

2019年物联网行业将迎来新一轮增长

2018无疑是物联网应用落地的一年,作为这个时代下最伟大的科技产物,物联网正在取代移动互联网成为信息产业的主要驱动,统观市场,近年我国物联网市场持续保持高速增长。据前瞻产业研究院发布的《2019-2024年中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》统计数据显示,2015年我国物联网链接数量为639亿个,截止至到2017年我国物联网链接数量达到了1535亿个,相比2016年增长了698%。初步预计2018年我国物联网链接数量突破20亿个,在2019年我国物联网链接数量将达3125亿个,同比增长3852%。并预测在2020年我国物联网链接数量将达到40亿个。可以说,2019年将是物联网真正由示范到实际应用转化的起始年,诸多物联网环节领域都将在今年迎来新一轮增长。

2015-2020年我国物联网链接数量统计及增长情况预测

数据来源:前瞻产业研究院整理

物联网的下一赛道:边缘计算+AI

2018年物联网产业所表现的最大特征是市场格局基本形成,核心技术区域成熟,目前最重要的是要解决各种碎片化的物联网应用和相应的智能传感器采集终端产品的技术突破和产业化问题,如何把AI和IoT紧密结合,把边缘计算和物联网融合发展正成为物联网的下一个赛道。

物联网正在从万物互联走向万物智能的阶段,像消费、医疗等众多行业数据都将在边缘进行处理,强大的边缘计算将是物联网发展的必备能力。

据悉,随着5G临近,行业转型以及敏捷连接、智能应用等方面的需求剧增,数据量的增长速度已超过网络带宽的增长速度。预计到2020年,50%数据需要在网络边缘进行处理,以BAT为首的互联网巨头也已纷纷布局AI+边缘计算这一环节。

以百度为例,2018年百度发布智能边缘产品智能边缘BIE、智能家居云平台度家DuHome等产品,用边缘计算+AI的能力在各产业落地,腾讯则是在2018年提出人+物联网+智能网的“三张网”概念,以“一云两端”模式,打通物联网全生态链路,构筑设备、云、应用一体化应用体系。

边缘计算将作为物联网设备与远端云设备的桥梁,将数据处理、存储、应用在靠近实物的边缘上,为物联网设备提供边缘智能服务,满足行业数字化在敏捷连接,实时业务,数据优化,应用智能等方面的关键需求,使得用户可以获得更快的响应,解决设备与云端的数据传输问题,2019年,边缘计算将逐渐渗透于物联网各主要领域,根据各领域物联网技术的不同发展状态,边缘计算呈现不同的渗透率。

数据增长也大幅提升了实时性数据处理需求,因此数据在边缘进行处理将成为刚需,物联网将按照物联、智能到自主三个阶段发展。随着人工智能技术被越来越多地运用到物联网领域,AI在边缘计算领域的重要性也将越来越大。

工业物联网与智慧城市:落地爆发场景

物联网一直被视作互联网的延伸,但与商业模式极度成熟的互联网不同,物联网商业落地难、盈利路径不清晰等问题一直影响物联网的发展,随着移动互联网人口红利消耗殆尽,传统制造业瓶颈等问题日益严重,智慧城市与工业物联网正成为下一个重要的流量入口。

智慧城市正成为全球国家发展的大趋势,智慧小镇作为智慧城市建设理念的延伸和拓展,物联网智慧小镇的投入和建设、管理和运维相比于智慧城市更具优势,而且可以更好的与地方特色文化、产业相融合,更加充分的运用物联网技术,2019年随着物联网智慧小镇投入和建设的不断推进,物联网智慧小镇将实现应用和推广。

传统行业在寒冬之下,必然寻找新的出路,而网联化,一定是给传统行业提供了新的发展契机。企业普遍渴望通过新技术解放生产力,降本增效,加快转型升级,工业物联网云平台无疑成为他们转型发展的主要抓手。

2019年,随着工业物联网平台大规模的使用,平台建设将日渐成熟完善。工业物联网时代客户的个性化需求信息更加透明,以网络为主的工业物联网平台则将分布式、模块化、开放式的微服务架构,与第三方公有云或者私有云进行对接、部署和开发,将数据、软件、平台、服务等资料都聚集在平台做资源整合。

伴随着工业互联网创新发展工程示范带动,工业互联网平台设备管理能力、工业机理模型封装能力、应用服务开发能力以及跨平台服务调用能力将会大大提高,推动工业互联网平台性能优化、兼容适配和规模应用,加速技术产业成熟、打造协同创新生态。

主要包括单一功能终端和通用智能终端两种。
单一功能终端该类终端一般外部接口较少,设计简单,仅满足单一应用或单一应用的部分扩展,除了这种应用外,在不经过硬件修改的情况下无法应用在其他场合中。目前市场上此类终端较多,如汽车监控用的图像传输服务终端、电力监测用的终端、物流用的RFID终端,这些终端的功能单一,仅适用在特定场合,不能随应用变化进行功能改造和扩充等。因功能单一,所以该类终端的成本较低,也比较好标准化。
通用智能终端该类终端因考虑到行业应用的通用性,所以外部接口较多,设计复杂,能满足两种或更多场合的应用。它可以通过内部软件的设置、修改应用参数,或通过硬件模块的拆卸来满足不同的应用需求。该类模块一般涵盖了大部分应用对接口的需求,并具有网络连接的有线、无线多种接口方式,还扩展了如蓝牙、WIFI、Zigbee等接口,甚至预留一定的输出接口用于物联网应用中对“物”的控制等。该类终端开发难度大,成本高,未标准化,目前市面很少。 主要包括数据透传终端和非数据透传终端。
数据透传终端该类终端将输入口与应用软件之间建立起数据传输通路,使数据可以通过模块的输入口输入,通过软件原封不动的输出,表现给外界的方式相当于一个透明的通道,因此叫数据透传终端。目前,该类终端在物联网集成项目中得到大量采用。优点是很容易构建出符合应用的物联网系统,缺点是功能单一。在一些多路数据或多类型数据传输时,需要使用多个采集模块进行数据的合并处理后,才可通过该终端传输。否则,每一路数据都需要一个数据透传终端,这样会加大使用成本和系统的复杂程度。目前市面上的大部分通用终端都是数据透传终端。
非数据透传终端 该类终端一般将外部多接口的采集数据通过终端内的处理器合并后传输,因此具有多路同时传输优点,同时减少了终端数量。缺点是只能根据终端的外围接口选择应用,如果满足所有应用,该终端的外围接口种类就需要很多,在不太复杂的应用中会造成很多接口资源的浪费,因此接口的可插拔设计是此类终端的共同特点,前文提到的通用智能终端就属于此类终端。数据传输应用协议在终端内已集成,作为多功能应用,通常需要提供二次开发接口。目前市面上该类终端较少。

1、工业物联网设备基于工业环境制造,要求比消费物联网高。

工业物联网的设备位于工业环境中,或许是在工厂车间内,也有可能在高速运行的铁路系统里,或者在酒店餐厅里,或市政照明系统里面,也有可能在电网里面。相比消费级物联网,工业物联网有着更加严格的要求,包括无时无刻的控制,坚如磐石的安全性能,复杂环境下(无论是极热或极冷,多尘,潮湿,嘈杂,不方便)运行的能力,以及无人自动化的 *** 作能力。不像大多数近期设计的消费者级别的设备,现有的很多工业设备已经运行了很长一段时间,通常以几十年衡量。

2、工业物联网系统必须具有可扩展性。

由于工业物联网应用环境更为复杂,使得工业物联网对扩展性的要求较高,比消费者家庭自动化项目复杂得多。工业物联网系统会产生数十亿个数据点,必须考虑将信息从传感器传输到最终目的地的方式 ——通常是工业控制系统,如SCADA(监控和数据采集) 平台。而消费者物联网应用涉及较少的设备和数据点,如何最大限度地减少中央服务器的吞吐量,并不算什么大问题。

3、工业物联网安全要求更高。

根据Hewlett Packard研究,有70%的物联网设备存在安全漏洞。如攻击者获得了客户财产相关的实时视频资料,那么对智能家居进行黑客攻击可能会对个人隐私造成重大影响,但网络入侵的影响是局部的。而工业物联网中就不同,这些系统通常要将传感器连接到关键的基础设施资源,如发电厂和水资源管理设施,那么其潜在的影响要严重得多。因此,工业物联网必须满足更严苛的网络安全要求,才能获得批准使用。


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