【工業網際網路】工業網際網路
工業網際網路是連結工業全系統、全產業鏈、全價值鏈，支撐工業智慧化發展的關鍵基礎設施，是新一代資訊科技與製造業深度融合所形成的新興業態和應用模式，是網際網路從消費領域向生產領域、從虛擬經濟向實體經濟拓展的核心載體。
從本質來看，工業網際網路的本質是以機器、原材料、控制系統、資訊系統、產品及人之間的網路互聯為基礎，通過對工業資料的全面深度感知、實時傳輸交換、快速計算處理和高階建模分析，實現智慧控制、運營優化等生產組織方式變革。
以下是工業網際網路產業聯盟給出的參考功能架構圖：
從圖中可以直觀地看到，工業網際網路在底層邊緣層強調裝置的接入。從這個意義上說，工業網際網路和工業物聯網的定義更加擬合，可以交換使用。
工業網際網路與網際網路有何異同？
如圖 1所示，工業網際網路的架構相比網際網路架構體系，多了一層涉及到感測器等裝置接入的邊緣層，即從概念上多了把物理世界對映到電子世界的過程，對比網際網路，其本質則是完全線上的電子資訊的互動與分享。因此，工業網際網路在接入標準、業務模式、網路拓撲、資料特性等方面相比網際網路會有所不同。下面逐一做簡要分析：
1、標準化程度
就網際網路應用來說，HTTP、HTTPS協議已成為統一應用層接入協議，藉助底層TCP/IP協議族，使用者使用瀏覽器接入使用網際網路，同時利用DNS標識解析服務，可以有效的做到搜尋、定位到指定網站，進而完成資訊的獲取。
移動網際網路的發展，使得手機App形成另一種接入入口，但是其本質依然遵循網際網路網頁應用設計架構MVC原理，行業標準化程度高。
對比網際網路，工業網際網路標準碎片化較為突出。首先，對比網際網路本身就是單純的IT網路，工業網際網路涉及到IT網路和OT網路的融合，自然需要融合多通訊協議和標準。其次，工業網際網路IP化程度與網際網路不可同日而語，多種應用協議並存，如MQTT、CoAP、Modbus、PROFIBUS、私有TCP/UDP等，多數邊緣裝置無法支援HTTP協議族，這也是邊緣裝置計算能力差異化的側面反映。最後，工業網際網路在裝置、服務定址方面沒有類似DNS這樣的統一標識解析服務，解析服務同樣標準碎片化，例如Handle、OID、Ecode等分別由不同組織發起。
2、業務模式
網際網路行業屬於輕資產行業，而工業網際網路涉及到裝置投入，即涉及固定資產和庫存管理，屬於重資產
相比網際網路技術平均每隔3年迭代一次的高頻率更新換代，工業網際網路技術迭代需要同時發生在邊端裝置和伺服器兩端，涉及到的不僅是上層應用軟體方面的升級，還涉及到韌體甚至是硬體方面的升級，在技術換代成本和安全穩定性上是雙高門檻，很多企業不得不在技術先進性上妥協。
也正因為技術換代的高成本、高風險，企業在工業網際網路技術前期預研和選型上更為慎重，畢竟相比網際網路技術，工業網際網路（IIOT）的設計週期普遍較長。
3、網路拓撲和系統構成
傳統網際網路由於採用建立在TCP/IP上的HTTP通訊機制，使用B/S或C/S模式，對網路拓撲的敏感性和依賴性較低，其通訊轉換大多為埠轉發，基本不涉及協議轉換。
工業網際網路基於閘道器的多協議轉換正獲得普遍應用，例如GE推出的資料採集轉換模組Predix Machine。由於系統上下層通訊依賴閘道器，因此工業網際網路對網路拓撲較網際網路更敏感。同時，由於眾多裝置接入，資料成指數級增長，但是傳輸頻寬卻是有限的，因此邊緣計算節點在工業網際網路部署中，相比網際網路更具必要性。
4、資料特性
工業網際網路與網際網路相比，有著完全不同的資料特性。下面，以下表1為例，列舉工業網際網路與網際網路的資料特性對比。
如表 1所示，資料特性的不同直接導致系統架構設計側重點的不同，這也是為什麼網際網路架構不能直接應用於IIOT（工業網際網路）的原因之一，在此列舉以下幾個例子：
（1）併發連線。由於IIOT接入併發居多，這意味著工業網際網路接入設計需採用非同步通訊接入。相比Web接入，很多成熟的架構多以同步通訊為主。
（2）資料時序性。IIOT接入的資料有著很強的時間順序，資料產生頻率快，測點多，資料量巨大。傳統關係型資料庫無法滿足對時間序列資料的有效儲存與處理，因此需要使用專門的時序性資料庫例如InfluxDB等。
（3）資料關聯性。相比網際網路，IIOT接入的資料維度和型別多而廣。由於是時序資料，對於突發事件而言，資料間隱含著較強關聯性。這需要系統架構支援資料融合，以便深度挖掘資料間的關聯性，更好的支援上層業務系統決策。
（4）延時容忍度。工業網際網路由於涉及OT網路和實時控制，對系統的延時要求較網際網路要高得多。因此，系統延時往往需要從邊端裝置就開始規劃和設計，例如軟實時作業系統Linux有時不能滿足需求，基於硬實時的RTOS可有效降低邊端裝置資料採集的延時不確定性。
瞭解了上述工業網際網路與網際網路的差異，再去思考工業網際網路的未來，或許就能更加深刻地去理解其對工業製造業乃至國家發展的重要意義。
工業網際網路的未來
當前，伴隨著網路資訊科技與工業不斷深度融合，同時數字化、網路化、智慧化的新型工業形態不斷驅動，工業網際網路已成世界主要工業國家搶佔國際製造業競爭的重要板塊，同時也成為了各國尋求經濟新增長點的共同選擇。
目前的全球工業網際網路格局以美國、德國、日本為首，紛紛以龍頭企業引領工業網際網路的推進，迅速地推動著全球工業網際網路發展。
在我國，工業網際網路平臺為中國製造業提供了絕佳的“彎道超車”的歷史機遇，工業網際網路目前也已上升為我國“製造強國”的國家戰略，逐漸覆蓋到各個領域，如醫療、工廠、基建等等。
與此同時，工業網際網路也為金融領域帶來了眾多新的改變，例如它可以為產業供應鏈金融提供基礎資訊服務，有效解決資訊不透明問題，直接有利於金融機構對企業的授信和風險評估，進而解決企業融資問題。
工業網際網路的先行者
就目前而言，工業網際網路平臺提供e-works統計的已經超過150家。根據廠商背景的不同，工業網際網路平臺可以分為ICT、工業、創業3個類別，根據平臺定位又可分為資產優化、資源配置和通用使能3個類別（參見表2）。
其中，工業企業如西門子、三一根雲偏重於資產優化；海爾或美的這類企業的重點在資源配置的定位；阿里巴巴、Amazon、華為等ICT企業一般偏重於通用使能的定位。此外，大多數創業企業團隊都是從ICT和工業企業走出來，在三類平臺均有涉及。
需要說明的是，源自西門子、三一根雲等工業企業的工業網際網路平臺藉助其對行業的深入理解，在IT網路和OT網路的融合層面具有一定優勢，通用使能定位的工業網際網路平臺由於其在雲端計算、大資料以及軟體服務領域積累了較多經驗，在其工業對外資料網路中更具競爭力。
不過，隨著ICT企業和工業企業的跨界合作，工業網際網路平臺的劃分界限也開始趨近模糊。比如，施耐德公司提供的EcoStruxure工業網際網路平臺，其底層架構基於微軟的Microsoft Azure，還有如西門子的MindSphere則是基於SAP的Cloud Foundry開源架構。
更進一步，細化來說，我們還可以根據國內外工業網際網路平臺在部署模式、運營模式、主要功能和應用場景上的差異，進行更加細緻的分類和對比，如表 3、表 4所示，從中可以看出每個平臺在功能上的不同側重點。
工業網際網路的關鍵技術
從目前來看，我國的工業網際網路建設與歐美日等製造業強國處於同一起跑線，我國也高度重視，在《中國製造2025》、“網際網路+”、“十三五”規劃綱要、《深化製造業與網際網路融合發展的指導意見》、《深化“網際網路+先進製造業”發展工業網際網路的指導意見》等戰略中都明確提出加強工業網際網路建設。
然而，需要指出的是，工業網際網路（IIOT），區別於網際網路，也區別於傳統意義上的物聯網（IOT），是物聯網在工業領域的特殊應用。它是平臺型產品，平臺型產品天生具有高粘連性和高遷移成本，因此選擇合適的工業網際網路平臺對企業技術升級至關重要。
在筆者看來，一個優秀的工業網際網路平臺，支援了下述三大工業網際網路關鍵技術標準，才具有技術領先性和未來可擴充套件性：
1、OPC Unified Architecture 標準
OPC UA標準是工業網際網路OT網路的通訊標準協議與資料語義定義標準。利用OPC UA 技術可以實現工業乙太網、工業匯流排等物理連線的裝置、感測器、PLC、控制系統、管理軟體等不同來源的不同協議間的資料轉換。同時，OPC UA標準的支援將有利於OT網路與IT網路的融合。
2、IEEE Time Sensitive Network（TSN）網路
任何一個網路，只要處理多源時序資料，就需要有統一的時間認知，即統一全域性時間。 傳統網際網路和消費級物聯網，利用網路內基於GPS的基準時鐘，採用NTP時鐘同步演算法完成全網時間同步，精度一般在秒級。然而，工業網際網路由於需要實時控制，要求的時間精度往往在微秒級，這需要更加精確的同步演算法。比如，IEEE提出的TSN網路就是一個包含通用精準時間同步（gPTP）演算法的工業網際網路標準，此標準解決2個問題：
（1）工業通訊標準的碎片化。該標準定義了乙太網為統一物理層有線鏈路連線OT網路和IT網路，結合前文提到的OPC UA實現整體的IT與OT在有線網路接入層融合。
（2）基於Mac層的通用時間同步演算法gPTP。STN下定義的802.1AS時間同步標準可應用於有線和無線網路，同步精度達到微秒級，很好的滿足了工業網際網路對於時間控制精度的需求。如圖 2中綠框所示，可以看到嵌入式實時作業系統已經開始陸續支援PTP/gPTP時間同步演算法。
3、IPv6標準
IPv6協議海量定址空間與IOT裝置的海量基數天然匹配，是工業網際網路IP層的未來標準協議，在中國國務院釋出的《關於深化“網際網路+先進製造業”發展工業網際網路的指導意見》中，已經明確指出需要大力發展。
值得一提的是，新一代嵌入式實時作業系統大多已經原生相容IPv6協議對應的RPL路由協議（參見圖 3），這為底層異構協議間的IP層通訊，提供了作業系統級的支援。
以上簡要介紹了工業網際網路未來發展的核心技術。隨著國家對產業升級、創新、經濟新動能的進一步推動，隨著各大技術廠商對工業網際網路的持續投入，工業網際網路作為智慧製造的基礎平臺，將會在整個製造業發展過程中起到越來越關鍵的作用。
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