一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)核心要素

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的本質(zhì)是工業(yè)云平臺(tái),，它基于應(yīng)用需求,，搭建對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ),、分析和應(yīng)用的模塊體系,，實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)輔助的生產(chǎn)功能。其核心由基礎(chǔ)設(shè)施層（IaaS）,、平臺(tái)層（PaaS）,、應(yīng)用層（SaaS）三層組成，再加上端層,、邊緣層,，共同組成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的基本架構(gòu)。

1,、端層

端層也稱(chēng)設(shè)備層,，指生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種物聯(lián)網(wǎng)型工業(yè)設(shè)備,，如數(shù)控機(jī)床、工業(yè)傳感器,、工業(yè)機(jī)器人等,，它們貫穿產(chǎn)品全生命周期，分別起到生產(chǎn),、檢測(cè),、監(jiān)控等不同作用，以監(jiān)測(cè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),，靈活處理生產(chǎn)過(guò)程中的不同情況,。端層以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，產(chǎn)生并匯聚大量的工業(yè)數(shù)據(jù),，包含歷史數(shù)據(jù)和即時(shí)數(shù)據(jù),，也使得端層成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的底層基礎(chǔ)。但是,，由于端層的工業(yè)數(shù)據(jù)來(lái)源于不同設(shè)備,、不同系統(tǒng)，因此需要進(jìn)一步處理,，才能向上層傳遞并利用,。

2、邊緣層

邊緣層對(duì)端層產(chǎn)生的工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,，并對(duì)不同來(lái)源的工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議解析和邊緣處理,。它兼容OPC/OPC UA、Mod-Bus等各類(lèi)工業(yè)通信協(xié)議,，把采集數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一,，再通過(guò)光纖、以太網(wǎng)等鏈路,，將相關(guān)數(shù)據(jù)以有線或無(wú)線方式（如5G,、NB-IoT等）遠(yuǎn)程傳輸?shù)焦I(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

邊緣計(jì)算技術(shù)是邊緣層的重要組成部分,。它基于高性能計(jì)算芯片,、實(shí)時(shí)高速處理方法、高精度計(jì)算系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)或工具支撐,，在工業(yè)設(shè)備,、智能終端等數(shù)據(jù)源頭一側(cè)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的先處理和預(yù)處理,，提升系統(tǒng)反應(yīng)速度和數(shù)據(jù)傳輸速度,，解決數(shù)據(jù)傳輸和通信的時(shí)延問(wèn)題。邊緣計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)是具有較低的延遲以實(shí)現(xiàn)較短的響應(yīng)時(shí)間,，以及解決能源消耗,、帶寬負(fù)擔(dān)和安全問(wèn)題的潛力,。

3、IaaS層

基礎(chǔ)設(shè)施層（IaaS）主要提供云基礎(chǔ)設(shè)施,，如計(jì)算資源,、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源等,，支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的整體運(yùn)行,。其核心是虛擬化技術(shù)，利用分布式存儲(chǔ),、并發(fā)式計(jì)算,、高負(fù)載調(diào)度等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源服務(wù)設(shè)施的動(dòng)態(tài)管理,，提升資源服務(wù)有效利用率,，也確保資源服務(wù)的安全。IaaS層作為設(shè)備和平臺(tái)應(yīng)用的連接層,，為PaaS層的功能運(yùn)行和SaaS層的應(yīng)用服務(wù)提供完整的底層基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù),。

4、PaaS層

平臺(tái)層（PaaS）是整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的核心,，它由云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建，不僅能接收存儲(chǔ)數(shù)據(jù),，還能提供強(qiáng)大的計(jì)算環(huán)境,，對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行云處理或云控制。它的根本是在IaaS平臺(tái)上構(gòu)建了一個(gè)擴(kuò)展性強(qiáng)的支持系統(tǒng),，也為工業(yè)應(yīng)用或軟件的開(kāi)發(fā)提供了良好的基礎(chǔ)平臺(tái),。

PaaS層能以平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，利用數(shù)據(jù)庫(kù),、算法分析等技術(shù),，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理與計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ),、應(yīng)用或微服務(wù)開(kāi)發(fā)等功能,，以疊加、擴(kuò)展的方式提供工業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā),、部署的基礎(chǔ)環(huán)境,，形成完整度高、定制性好,、移植復(fù)用程度高的工業(yè)操作系統(tǒng),。PaaS層還能根據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行資源調(diào)度，也能保障數(shù)據(jù)接入,、平臺(tái)運(yùn)營(yíng),、接口訪問(wèn)的安全機(jī)制,，保障業(yè)務(wù)正常開(kāi)展。

5,、SaaS層

應(yīng)用層（SaaS）是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的關(guān)鍵,，它是對(duì)外服務(wù)的關(guān)口，與用戶(hù)直接對(duì)接,，體現(xiàn)了工業(yè)數(shù)據(jù)最終的應(yīng)用價(jià)值,。SaaS層基于PaaS層平臺(tái)上豐富的工業(yè)微服務(wù)功能模塊，以高效,、便捷,、多端適配等方式實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的云改造，為平臺(tái)用戶(hù)提供各類(lèi)工業(yè)APP等數(shù)字化解決方案,，發(fā)展大數(shù)據(jù)分析等綜合應(yīng)用,，實(shí)現(xiàn)資源集中化、服務(wù)精準(zhǔn)化,、知識(shí)復(fù)用化,。

二、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)核心技術(shù)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)需要解決多類(lèi)工業(yè)設(shè)備接入,、多源工業(yè)數(shù)據(jù)集成,、海量數(shù)據(jù)管理與處理、工業(yè)數(shù)據(jù)建模分析,、工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新與集成,、工業(yè)知識(shí)積累迭代實(shí)現(xiàn)等一系列問(wèn)題，涉及七大類(lèi)關(guān)鍵技術(shù),，分別為數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術(shù),、IaaS技術(shù)、平臺(tái)使能技術(shù),、數(shù)據(jù)管理技術(shù),、工業(yè)數(shù)據(jù)建模與分析技術(shù)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)和微服務(wù)技術(shù),、安全技術(shù),。

1、數(shù)據(jù)集成與邊緣處理技術(shù)

設(shè)備接入：基于工業(yè)以太網(wǎng),、工業(yè)總線等工業(yè)通信協(xié)議,，以太網(wǎng)、光纖等通用協(xié)議,，3G/4G,、NB-IOT等無(wú)線協(xié)議將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入到平臺(tái)邊緣層。

協(xié)議轉(zhuǎn)換：一方面運(yùn)用協(xié)議解析,、中間件等技術(shù)兼容ModBus,、OPC,、CAN、Profibus等各類(lèi)工業(yè)通信協(xié)議和軟件通信接口,，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一,。另一方面利用HTTP、MQTT等方式從邊緣側(cè)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程接入,。邊緣數(shù)據(jù)處理：基于高性能計(jì)算芯片、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),、邊緣分析算法等技術(shù)支撐,，在靠近設(shè)備或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、存儲(chǔ)以及智能分析應(yīng)用,，提升操作響應(yīng)靈敏度,、消除網(wǎng)絡(luò)堵塞，并與云端分析形成協(xié)同,。

2,、IaaS技術(shù)

基于虛擬化、分布式存儲(chǔ),、并行計(jì)算,、負(fù)載調(diào)度等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò),、計(jì)算,、存儲(chǔ)等計(jì)算機(jī)資源的池化管理，根據(jù)需求進(jìn)行彈性分配,，并確保資源使用的安全與隔離，為用戶(hù)提供完善的云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù),。

3,、平臺(tái)使能技術(shù)

資源調(diào)度：通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控云端應(yīng)用的業(yè)務(wù)量動(dòng)態(tài)變化，結(jié)合相應(yīng)的調(diào)度算法為應(yīng)用程序分配相應(yīng)的底層資源,，從而使云端應(yīng)用可以自動(dòng)適應(yīng)業(yè)務(wù)量的變化,。

多租戶(hù)管理：通過(guò)虛擬化、數(shù)據(jù)庫(kù)隔離,、容器等技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同租戶(hù)應(yīng)用和服務(wù)的隔離,，保護(hù)其隱私與安全。

4,、數(shù)據(jù)管理技術(shù)

數(shù)據(jù)處理框架：借助Hadoop,、Spark、Storm等分布式處理架構(gòu),，滿(mǎn)足海量數(shù)據(jù)的批處理和流處理計(jì)算需求,。

數(shù)據(jù)預(yù)處理：運(yùn)用數(shù)據(jù)冗余剔除,、異常檢測(cè)、歸一化等方法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗,，為后續(xù)存儲(chǔ),、管理與分析提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)來(lái)源。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理：通過(guò)分布式文件系統(tǒng),、NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù),、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)等不同的數(shù)據(jù)管理引擎實(shí)現(xiàn)海量工業(yè)數(shù)據(jù)的分區(qū)選擇,、存儲(chǔ),、編目與索引等。

5,、應(yīng)用開(kāi)發(fā)和微服務(wù)技術(shù)

多語(yǔ)言與工具支持：支持Java,，Ruby和PHP等多種語(yǔ)言編譯環(huán)境，并提供Eclipse integration,，JBoss Developer Studio,、git 和Jenkins等各類(lèi)開(kāi)發(fā)工具，構(gòu)建高效便捷的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,。

微服務(wù)架構(gòu)：提供涵蓋服務(wù)注冊(cè),、發(fā)現(xiàn)、通信,、調(diào)用的管理機(jī)制和運(yùn)行環(huán)境,，支撐基于微型服務(wù)單元集成的“松耦合”應(yīng)用 開(kāi)發(fā)和部署。

圖形化編程：通過(guò)類(lèi)似Labview的圖形化編程工具,，簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)流程,，支持用戶(hù)采用拖拽方式進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)建、測(cè)試,、擴(kuò)展等,。

6、工業(yè)數(shù)據(jù)建模與分析技術(shù)

數(shù)據(jù)分析算法：運(yùn)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì),、機(jī)器學(xué)習(xí)及最新的人工智能算法實(shí)現(xiàn)面向歷史數(shù)據(jù),、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、時(shí)序數(shù)據(jù)的聚類(lèi),、關(guān)聯(lián)和預(yù)測(cè)分析,。

機(jī)理建模：利用機(jī)械、電子,、物理,、化學(xué)等領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，基于已知工業(yè)機(jī)理構(gòu)建各類(lèi)模型,，實(shí)現(xiàn)分析應(yīng)用,。

7、安全技術(shù)

數(shù)據(jù)接入安全：通過(guò)工業(yè)防火墻技術(shù),、工業(yè)網(wǎng)閘技術(shù),、加密隧道傳輸技術(shù)，防止數(shù)據(jù)泄漏,、被偵聽(tīng)或篡改,，保障數(shù)據(jù)在源頭和傳輸過(guò)程中安全。

平臺(tái)安全：通過(guò)平臺(tái)入侵實(shí)時(shí)檢測(cè),、網(wǎng)絡(luò)安全防御系統(tǒng),、惡意代碼防護(hù)、網(wǎng)站威脅防護(hù),、網(wǎng)頁(yè)防篡改等技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的代碼安全,、應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全,、網(wǎng)站安全,。

訪問(wèn)安全：通過(guò)建立統(tǒng)一的訪問(wèn)機(jī)制，限制用戶(hù)的訪問(wèn)權(quán)限和所能使用的計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)對(duì)云平臺(tái)重要資源的訪問(wèn)控制和管理,，防止非法訪問(wèn),。

在上述七大類(lèi)技術(shù)中，通用平臺(tái)使能技術(shù),、工業(yè)數(shù)據(jù)建模與分析技術(shù),、數(shù)據(jù)集成與邊緣處理技術(shù)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)和微服務(wù)技術(shù)正快速發(fā)展,，對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的構(gòu)建和發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,。在平臺(tái)層，PaaS技術(shù),、新型集成技術(shù)和容器技術(shù)正加速改變信息系統(tǒng)的構(gòu)建和組織方式,。在邊緣層，邊緣計(jì)算技術(shù)極大的拓展了平臺(tái)收集和管理數(shù)據(jù)的范圍和能力,。在應(yīng)用層，微服務(wù)等新型開(kāi)發(fā)框架驅(qū)動(dòng)工業(yè)軟件開(kāi)發(fā)方式不斷變革,，而工業(yè)機(jī)理與數(shù)據(jù)科學(xué)深度融合則正在引發(fā)工業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)新浪潮,。