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

端層也稱設(shè)備層，指生產(chǎn)現(xiàn)場的各種物聯(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、監(jiān)控等不同作用，以監(jiān)測生產(chǎn)現(xiàn)場，靈活處理生產(chǎn)過程中的不同情況。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，再通過光纖、以太網(wǎng)等鏈路，將相關(guān)數(shù)據(jù)以有線或無線方式（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)用或軟件的開發(fā)提供了良好的基礎(chǔ)平臺(tái)。

PaaS層能以平臺(tái)優(yōu)勢，利用數(shù)據(jù)庫、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)開發(fā)等功能，以疊加、擴(kuò)展的方式提供工業(yè)應(yīng)用開發(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、接口訪問的安全機(jī)制，保障業(yè)務(wù)正常開展。

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)用戶提供各類工業(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)等一系列問題，涉及七大類關(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等無線協(xié)議將工業(yè)現(xiàn)場設(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。

多租戶管理：通過虛擬化、數(shù)據(jù)庫隔離、容器等技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同租戶應(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、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)來源。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理：通過分布式文件系統(tǒng)、NoSQL數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、時(shí)序數(shù)據(jù)庫等不同的數(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)用開發(fā)和微服務(wù)技術(shù)

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

圖形化編程：通過類似Labview的圖形化編程工具，簡化開發(fā)流程，支持用戶采用拖拽方式進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)建、測試、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、關(guān)聯(lián)和預(yù)測分析。

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、被偵聽或篡改，保障數(shù)據(jù)在源頭和傳輸過程中安全。

平臺(tái)安全：通過平臺(tái)入侵實(shí)時(shí)檢測、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。

訪問安全：通過建立統(tǒng)一的訪問機(jī)制，限制用戶的訪問權(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)重要資源的訪問控制和管理，防止非法訪問。

在上述七大類技術(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)等新型開發(fā)框架驅(qū)動(dòng)工業(yè)軟件開發(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。