工業物聯網（IIoT）

1工業物聯網是什么
2工業物聯網系統架構

3工業物聯網主要特點
4工業物聯網的實施

5工業物聯網相關技術
6工業物聯網安全

工業物聯網是什么

工業物聯網（Industrial Internet of Things，簡稱IIoT）是物聯網系統和數據與制造和其他工業過程相結合，即物聯網技術與工業自動化系統的融合，旨在提高自動化、效率和生產率，具有全面感知、可靠傳輸、智能處理以及自組織與自維護等特點，其應用遍及智能交通、智慧電網、智能工廠、智能環境檢測等眾多領域。

工業物聯網系統架構

工業物聯網為工業自動化系統與物聯網系統的融合，其具有全面感知、互聯傳輸、智能處理、智能處理以及自組織與維護的特點，其應用遍及智能交通、智慧工廠、智能電網、智能環境檢測等眾多領域，工業物聯網可以視作是物聯網的子集，在結構上可以分為四層。

(1) 數據采集層。在工業物聯網中，工業控制系統為感知層提供信息來源，采集的信息包括設備的運行參數、監控數據等，采集的生產數據可以為現場調度管理提供信息反饋，現場監控管理站能夠根據數據處理層反饋回來的信息進行控制反饋，及時對生產設備的狀態進行調整。

(2) 數據傳輸層。工業物聯網的網絡傳輸層稱為數據傳輸層，是一個融合了傳感網絡、移動網絡和互聯網的開放性網絡，一般按國際標準或行業標準搭建其通信網絡，如Wi-Fi、藍牙、ZigBee等短距離的無線通信技術，并且一些專門針對物聯網行業的低功耗廣域網也逐步得到應用，為工業現場和遠端的數據處理中心搭建起了數據傳輸通道。

(3)數據處理層。在工業物聯網系統中，經過處理后的感知數據不直接提供給終端用戶使用，通常是反饋回工業控制系統中，對數據的處理占據了主要過程，數據的應用過程相對單一，工業物聯網中的應用層被稱為數據處理層。工業物聯網的數據處理層主要包括通信服務器、歷史數據服務器、遠程監控端，都采用了云計算平臺作為大量感知信息的存儲和分析平臺。

(4)綜合應用層。工業物聯網的應用層主要針對實際應用服務，具有信息管理、智能終端、認證授權等特點，主要面向用戶提供個性化服務，應用對象有智能物流、智能交通、制造業等，需要保證用戶訪問安全、秘鑰隱私等。

工業物聯網主要特點

工業物聯網是工業自動化與工業信息化的融合，充分地發揮了機器和人在企業中的內在潛能，從而提高了生產效率。它的特點主要包括以下幾個方面：

(1) 全面感知：工業物聯網是利用了射頻識別技術、傳感器、二維碼等技術隨時獲取產品從生產過程直到銷售到終端用戶使用的各個階段信息數據。傳統的工業自動化系統信息采集，只存在于生產質檢，企業信息化并不太關注具體生產過程。

(2) 互聯傳輸：工業物聯網是需將專用網絡和互聯網相連的方式，實時將設備信息準確無誤地傳遞出去。它對網絡極強的依賴性，且要比傳統工業自動化信息化系統都更注重數據交互。

(3) 智能處理：工業物聯網是利用云計算、云存儲、模糊識別及神經網絡等智能的技術，對數據和信息進行分析并處理，結合大數據，深挖數據的價值。

(4)自組織與自維護：一個功能完善的工業物聯網系統應具有自組織與自維護的功能。其每個節點都要為整個系統提供自身處理獲得的信息及決策數據，一旦某個節點失效或數據發生異?；蜃兓瘯r，那么整個系統是要全方位互相連通的^[1]。

工業物聯網的實施

工業物聯網的實施一般包括四個實施階段：

第一階段：智能感知控制。該階段利用基于末端的智能感知，由多樣化采集和控制模塊組成，如傳感器、RFID、無線傳感網絡等，實現進行工業數據的采集和設備控制的智能化；

第二階段：全面互聯互通。工業物聯網借助各類傳感器、RFID等實現數據采集，利用多種通信網絡互聯互通技術(互聯網、移動通信網、工業專網、低功耗廣域網、短距離無線通信等)，通過整合信息化共性技術與行業特征，實現無線通信網絡、移動通信網絡等異構網絡的安全、高效融合，將采集到的數據實時、安全、高效地傳遞出去；

第三階段：深度數據應用。利用數據挖掘、數據倉庫等技術手段，基于大數據、云計算平臺技術，進行數據建模、分析和優化，實現多源異構數據的深度開發應用。通過集成化收集和處理數據，解決數據提取、集成及數據性能優化問題。從數據倉庫中提取隱藏的預測信息，挖掘數據間潛在的關系，快速準確地找出有價值的信息，有效提高系統的決策支持能力。

第四階段：創新服務模式。利用信息管理、智能終端和平臺集成等技術，提供創新服務，例如智能物流、智能工廠、智慧醫療等，全方位構建工業物聯網創新的服務模式生態，提升產業價值，優化服務資源^[2]。

工業物聯網相關技術

工業物聯網所需要必不可少的技術，如工業傳感器技術、工業信息采集技術、工業信息數傳輸、軟件平臺開發、人工智能等技術，正是這些技術的緊密結合應用，是使得工業信息化、智能化得以實現的基礎。

(1)工業傳感器技術

工業傳感器的相關技術是工業物聯網技術中至關重要的一環，傳感器的精準程度直接決定的了采集到的數據的質量好壞，同一個物理量或者狀態量通常有多種物理化學測量采集原理的傳感器能采集其數據，在不同生產環境下選取適當的傳感器能極大提升數據采集效率與精度同時降低傳感器安裝采集的成本。在一般的工業環境當中，常用的傳感器有電壓電流傳感器、溫濕度傳感器、振動傳感器、加速度傳感器、光線傳感器等

(2)工業信息采集技術

工業現場中的信息采集是工業互聯網中代表性的應用場景的其中一個。工業現場中的信息采集一般包含三個部分分別是設備接入、通信協議變換以及邊緣計算。工業信息數據采一般起著承上啟下的作用，往上延伸可以對接企業SaaS系統或者設備云平臺，往下發展可以接入各式工業生產設備和控制設備以及其他設備工具，具體的結構可見圖

工業中目前常用的物聯網設備接入網絡通常所使用的網絡通信技術主要有專用光纖網絡、工業以太網等有線連接的網絡技術，還有以3G/4G、窄帶物聯網(Narrow Band Internet of Things)等技術為代表的無線技術。通信協議變換具體解釋是將通過ModBus總線、CAN總線、Profinet總線等接收到的物聯網設備端的通信傳輸協議變換為以MQTT、HTTP等為代表的可連接外部網絡通信傳輸協議，實現將采集到的設備端數據輸送到工業互聯網云平臺進行設備運行狀態展示已經設備運行數據的存儲、統計分析、故障診斷等功能。這里的邊緣數據計算具體是將數據在數據源頭的一側也就是接近實際工業場景的這一邊通過應用于高性能計算機或服務器率先完成數據具體的預處理與算法分析以及故障診斷，邊緣數據計算完成后的計算結果將通過專用網絡通道上傳到工業互聯網云平臺，這樣做達到的具體作用是緩解工業互聯網云平臺后臺的計算壓力可以起到平衡計算開銷、節約網絡帶寬、減少成本。

(3)工業物聯網數據傳輸協議

工業互聯網中所使用的數據傳輸網絡依據是否與手機、計算機等終端進行通信將其分為外網數據傳輸協議要內網數據傳輸協議。內網數據傳輸協議又被稱呼為工業通訊協議，工業通訊協議顧名思義指的是在工廠內各個設備之間相互通訊以及數據傳輸依賴使用的數據傳輸協議，包含工業現場一側的所以設備的接入端到網關系統一端所使用的網絡數據傳輸協議的統稱。當前在工業信息采集所應用的范圍內，因為工業生產中設備更新較慢，存在多代工業通訊協議或者標準共存的現象，目前工業界應用較為廣泛的協議或者標準有ModBus總線、Profinet總線和CAN總線等，ModBus協議或者標準是在工業現場當中被應用范圍最廣、應用實踐最早的總線協議或標準，而且在中國ModBus協議或者標準已經成為工業界的國家標準之一，它的國家標準編號為GBAT/T1952.3-2008^[3]。