什么是IIoT工业物联网?

IIoT本质上是扩展到云的机器对机器(M2M)的支持。在这个意义上,IIoT不是个真正的新想法,而是现有系统的新术语描述。最大的区别是:现有系统如何改变?以及这些技术的可用性为何?
相同的是——两者都是像“云”和“互联网”这些高大上的词,它们都几乎囊括了任何互联的设备,但IIoT更多是指工业应用。挑战是,许多计划被归类为IIoT的应用将只局限于工业布局领域,如工厂或仓储自动化。同时,像工业照明应用则归为消费者或企业侧,因为至少是借助用户的智能手机或平板电脑来控制应用运行。
基本的IoT环境(图1)将设备(或边缘节点)连接到云,通常是通过网关实现。眼下,云通常是指连接到互联网的计算和存储资源。像分析和管理工具等IoT服务利用云中的数据。借助智能手机和PC等通过用户界面可访问原始和处理后的信息。
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图1:在高层,IoT和IIoT具有使用相同协议的相同架构。IIoT通常有更具合作性的设备环境,而IoT的设备往往与用户配对。

那么,什么是IIoT?

就最普遍的观点,IIoT本质上是扩展到云的机器对机器(M2M)的支持。在这个意义上,IIoT不是个真正的新想法,而是现有系统的新术语描述。最大的区别是:现有系统如何改变?以及这些技术的可用性为何?
例如,大的工业组织通常具有对其系统的网络化控制和管理,这又被整合进可提供信息的公司服务器环境,信息可用于跟踪系统。这又支持可预测性分析来预测故障,事先采取措施、防患于未然。这些系统可构建于较底层的标准,如以太网、TCP/IP和SQL,但它们通常是公司内部开发的。
在任何有关IoT的讨论中,总是会扯上IIoT的原因是:两者的工具和总体架构往往趋同。它们在TCP/IP上,采用用于数据交换的像MQTT和COAP等更高层级的协议。
传统的云架构(图2)在运营技术(OT)平台上简单使用嵌入式软件将数据推送到云;在云中,信息技术(IT)环境既可处理数据,又可将数据提供给用户。这大概只比非云环境前进了一小步。
先进的IIoT环境(图3)将更多的系统智能从IT侧转移到OT侧。这使得微控制器和嵌入式平台可以方便地接入云环境,以及访问向授权设备和用户开放的数据。
风河公司(Wind River)航空及国防业务资深总监Chip Downing指出:“先进的传感器到云架构使系统智能贯通于BI/' target='_blank'>商业智能的整个链路,所以,可在OT侧、在每天的日常运作侧自动进行决策,以使IT侧的商业智能更专注于业务分析、战略和所需资产和资金的流程优化。”
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图2:传统云架构的数据是从右移到左,从传感器到嵌入式平台聚合再到IT系统,然后被推送到云环境,并最终到达用户。这大概只比非云环境前进了一小步。 (来源:风河公司)
这些更先进的IIoT环境定位从智能工厂到智能城市等一系列应用。其想法是贯通整个环境提供更多信息,并允许对数据和应用实施更动态的分配。
一般情况,IIoT往往有更结构化的连接环境,因为与典型的IoT应用相比,IIoT 系统履行的职责更事关重大。响应时间往往是个问题,像健身跟踪那样的IoT应用通常可以先在本地存储数据,无线链路可用时再行处理。IIoT还通常针对现有的设备和标准,而消费者IoT设备一般是新产品。

IIoT标准

与以前的形态比,IoT环境跨接更广泛的通信和服务。这意味着有更多的公司参与其中。这也是为什么IoT的开发和部署往往更复杂更昂贵,虽然,在理论上,最后实现的系统应更高效、更灵活、最终成本更低,并同时提供更多功能。
围绕IoT和IIoT诞生出各种愿景和组织。例如,工业4.0平台(Platform Industrie 4.0)或工业4.0(Industry 4.0),就是与智能工厂相关的第四次工业革命背后的愿景。工业4.0的四个主要特征包括:智能系统的垂直整合;全球价值链网络的水平整合;集成的产品生命周期管理;新的和现有技术的结合。
工业4.0有六个设计原则:互操作性、虚拟化、去中心化、实时支持、服务导向、模块化。
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1.IIoT是一个融合了IT、OT和云的更加一体化的架构,这样,汇总的数据和计算就不再偏重于一侧或另一侧。 (来源:风河)
出现了各种针对不同IIoT侧面的组织。例如,开放连接基金会(Open Connectivity Foundation,OCF)整合了开放互联协会(Open Interconnect Consortium,OIC)规范和IoTivity开源IoT架构。由于可用替代方案的规模,它凸显了IIoT工作的难度。例如,IoTivity就是众多IoT框架之一。
也有致力于IoT和IIoT其它方面的其它组织,如AllSeen联盟和Thread组织。这些组织专注于IoT和IIoT的特定方面,且其标准经常被其它组织引用作为更高层级IoT/IIoT标准的一部分。AllSeen联盟提供将IoT设备连接在一起的服务;而Thread组织为万物的OT设备侧定义了无线生态系统。
工业互联网联盟(IIC)是对象管理组织(OMG)的一部分。IIC专注于IIoT或工业互联网系统(IIS,IIC的叫法),它位于系统级,而不是像OCF的IoTivity那种特定层面。IIS分为五个域:控制、运营、信息、应用和业务。IIC的工业互联网参考架构讨论了IIS,它更以可以利用不同底层技术(如Thread或IoTivity)的系统模型为导向。
IIoT系统面临的挑战是,他们需要诸如IIC等的高层级规范,因为IIoT系统往往庞大而复杂,整合了终端到终端的过程控制和管理。针对各层级功能或通信的规范也是需要的,因此将其限定在如Thread组织和本地无线通信等具体领域,就使得标准成为可管理和可理解的。

IIoT的安全和保障

IIoT的一个最大挑战是安全保障,因为IIoT通常要将以往相当孤立的设备和服务连接到云。在许多情况,在未连接的设备和企业网络或因特网之间会存在“气隙”。提供网络链路允许实时通信并常常将数据推送到(过去没有的)云。
大多数IoT框架或协议整合了一种或多种安全功能,如在认证数据或命令时,对 通信链路实施加密。有些框架甚至支持安全策略和其它安全和保障管理。问题是,IIoT环境可以包含具有不同安全功能和管理方法的多种框架和协议,从而使情况变得复杂并可能出现配置错误,进而产生安全漏洞。
像安全引导、安全操作系统以及安全通信等特性是安全IoT环境的基础,但即使这些特性存在,也可能因为应用、操作系统或设备驱动程序的错误,而突然出现安全问题。这就是为什么对IIoT应用来说,分层级的安全环境很重要;为什么设计和实现系统时要考虑安全因素。它不能仅是利用底层的安全功能或在出现问题后才增加加密通信等功能。
IIoT是大势所趋,但要将现有网络系统纳入一个大一统的IIoT环境将面临挑战。尚没有IIoT标准,鉴于各供应商业已提供的相互冲突的产品和服务,一个统一的IIoT标准也不太可能出现。然而,由于针对大数据分析的信息越来越多,以及支持更多准时(just-in-time,JIT)功能的实时信息越来越多,将会有持续动力来推动IIoT的实现;JIT功能包括产品和原材料配送、预防性维护,以及在智能工厂或智能城市环境的整体过程的实时信息等。

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