工业物联网架构

2023-05-25 11:35:22

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　　我们从不同角度对工业物联网架构进行阐述，以便更深入地把握其内涵。
　　1基于系统概念的IIoT架构描述
　　从工业系统的角度，给出了一个相对简单的IIoT体系结构，分为物理层、通信层、应用层三层。
　　物理层
　　它由广泛部署的物理设备组成，例如传感器、致动器、制造设备、设施实用程序和其他工业制造和自动化相关对象。
　　通信层
　　它结合了许多通信网络，如无线传感器网络、5G、M2M、SDN等。在智能工业应用中，各种网络技术必然支持相当数量的传感器和执行器的互联。
　　应用层
　　它由各种工业应用组成，包括智能工厂和智能供应链。这些智能工业应用利用大量传感器和执行器来实现实时监控、准确控制和有效管理。
　　以上结构简单明了，很容易理解IIoT的基本概念。
　　2面向服务的物联网架构描述
　　本文描述了面向服务(SOA)的物联网架构，该架构强调异构设备之间不同技术的可伸缩性、可扩展性、模块化和互操作性，有利于对IIoT的技术理解。该结构分为四层:感知层、网络层、服务层和接口层。
　　传感层
　　传感器层是物联网的基本特征，由传感器(如RFID和智能传感器)和相应的数据感知/采集协议组成。
　　物联网可以看作是一个可以在全球范围内进行远程连接和控制的网络。远程连接和控制对象的基本要求是传感。在传感器层，带有标签或传感器的无线智能系统可以自动感知并在不同设备之间交换信息。这些技术显著提高了物联网感知和识别物体或环境的能力。在某些行业中，有必要为每个可能的服务或设备分配一个通用的标识符(UUID ),带有UUID的设备可以很容易地被识别和检索。
　　网路层
　　网络层的作用是连接所有对象，并允许设备与其它连接的设备共享信息。网络层实际上是由各种网络组成的异构网络。
　　网络层可以从现有的IT基础设施(如商业系统、交通系统、电网、医疗系统、ICT系统等)获取信息。)和聚合信息。在IIoT中，提供服务的设备通常部署在异构网络中，所有相关设备都被引入到服务网络中。这个过程可能涉及QoS管理和满足用户应用程序的需求。另一方面，对于动态变化的网络，自动网络发现非常重要。设备需要自动分配用于部署、管理和调度的角色，并根据需要随时切换到任何其他角色。这些功能使设备能够协作完成任务。为了设计IIoT的网络层，设计人员需要解决异构网络的网络管理、能量效率、QoS要求、服务发现和检索、数据和信号处理、安全和隐私等技术问题。
　　服务层
　　服务层依赖于中间件技术，它提供了IOT服务和应用程序无缝集成的功能。中间件技术为物联网提供了一个低成本的平台，其中的硬件和软件平台可以重用。服务层主要提供不同组织开发的中间件的服务规范。一个好的服务层将能够识别常见的应用程序需求，并提供API和协议来支持和满足所需的服务、应用程序和用户需求。服务层还处理所有面向服务的问题，包括信息交换和存储、数据管理、搜索引擎和通信。
　　中间层
　　在IIoT中，大多数设备由不同的制造商/供应商制造，因此它们可能遵循不同的标准/协议。由于异构性的存在，不同设备之间的信息交换、通信以及协同事件处理存在很多交互问题。此外，参与物联网的设备越来越多，使得动态连接、通信、断开和操作变得更加困难。接口层也需要简化事物的管理和互联。通用即插即用(UPnP)定义了一种规范来促进所提供的各种服务的交互。接口配置文件用于描述应用程序和服务之间的规范。
　　3基于云的IIoT基础设施描述
　　典型的基于云的IIoT基础设施由三层组成:设备层、网关层和云服务层。
　　设备层
　　设备层包括异构IIoT设备，从功能强大的计算单元到功耗低的微控制器。这些设备通过各种有线和无线网络连接到网关层。
　　大多数IOT设备资源有限，包括内存大小、计算能力和通信带宽。此外，这些设备及其网络技术高度异构，给IIoT设备的互联带来了巨大挑战。由于异构性，应该把设备之间的互操作性放在要位，让异构设备在语法和语义上转换成用户可以接受的形式。
　　网关层
　　大多数公司和组织部署自己的定制网关来管理本地IIoT网络、聚合数据，并充当通往云的桥梁。这些定制的网关通常是部署的IIoT基础设施的一部分，这直接导致了“烟囱”解决方案。这进一步导致互操作性问题，即一个组织提供的数据和服务不能被其他组织的设备共享或使用(由于不同的网络协议、数据格式等。)，并且所采用的安全机制通常是专有的。
　　云服务层
　　云服务层提供与云相关的功能，如数据库服务和应用服务，来管理物联网提供的数据。本地物联网和云服务层共同构成了现有Z常见的基于云的物联网基础设施。