工业物联网技术方案及发展大潮

适用于IIoT的边缘计算设备

　　IIoT的一个重要趋势是越来越多的厂商注意到了边缘的重要性。在以前的IIoT结构中，IT端通常扮演着更为重要的角色，所有的数据分析、数据挖掘和数据决策都在云端完成，而设备端只是用来收集数据。因此，以往的IIoT架构对设备端并没有特别高的要求。但对于工业设备而言，很多数据的分析和处理都具有实时性、低延迟的要求，例如协同、控制等时间敏感的信号，而数据与云端通信的低传输速度与带宽限制，是无法支持这些实时性的要求的。

　　因此，“边缘计算”的概念应运而生。边缘计算是指在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台，就近提供边缘智能服务。需要强调的是，真正适用于IIoT的“边缘计算”设备并不仅仅是传统的控制器或者网关，而是需要满足3个必备能力：采集边缘数据、智能的运算能力和可操作的决策反馈。

　　边缘计算将运算分散在靠近数据源的近端设备处理，分担云平台的工作量，具有更高的实时性、效率以及更低的延迟，随着汽车、工厂资产、医疗设备、机器人等工业设备连接数量的指数型增长，将会有越来越多的工业应用采用边缘计算。在未来，边缘计算将与云计算互相协同，共同助力各行各业的数字化转型。

　　NI的IIoT解决方案

　　到目前为止，NI已经联合生态系统，推出了从设备端到决策端的完整的IIoT解决方案。该方案解决了边缘计算最关键的两个技术要点：高性能的边缘节点和专业的数据管理。

　　首先，NI为工程师提供高性能的数据采集硬件平台，担任设备端边缘节点，可以同时完成对设备状态的数据收集与在线预处理。

　　其次，在数据管理方面，NI也推出了一系列专用的软件产品，包括企业级状态监测软件InsightCM，分布式系统集中管理软件SystemLink，海量数据管理及分析套件Diadem，以及在2017年新推出的LabVIEW机器学习工具包，能够在边缘侧或云端提供专用于垂直工业领域的集中化数据管理和数据挖掘。同时，NI还大力投入机器学习领域，将人工智能这一热点技术应用到IIoT中，通过对边缘节点收集到的设备信息进行模型训练和验证，实现预测性维护的优化商业决策，真正实现IT+OT的技术融合。

　　此外，对于IIoT的快速发展，NI一直在关注新的技术趋势，并不断做出创新。

无线与互联

无线连接技术将重塑工业应用

　　无线连接技术正在重塑许多工业应用，例如在过去是非常难以实现或是实现成本很高的连续监测传感器;像zigbee这样的无线网状网络在这些IIoT应用中做很多化繁为简的工作。一个很好的案例是绿色能源市场，目前许多国家正在将人工抄表电表升级为可持续读取计量值的自动电表。智能表计使得发电厂的操作员有能力去分析数据，并且在某些情况下还能控制整个电网的能耗，支持他们去优化电力生产以使其更加可靠和高效，同时为终端客户降低用电成本。

　　仅依靠无线连接还不足以从工艺流程或环境中提取有价值的数据。当然，传感器是必不可少的，Silicon Labs为工业应用提供一系列高精度的温度、湿度、光学和磁性传感器。终端节点上的无线微控制器也是一个关键组件。并不是所有的传感器部署位置都有可用的电源，且通常的无线终端节点都采用电池供电，也有可能利用能量采集来对电池进行充电。终端节点的功能现在是至关重要的，因为在许多情况下，传感器数据必须在终端节点上执行操作以提取有价值的信息，来尽可能减少无线传输数据的大小和频率。这种边缘计算方式对于节约能量至关重要，且在终端节点可根据传感器数据直接与其环境进行交互的这种情况中也很重要。该功能可以使响应时间大大缩短，而不是终端节点首先必须向中央服务器报告，然后接受一个命令后才在一个时间关键的工艺流程中执行该命令。

　　Silicon Labs无线解决方案

　　终端节点上的无线微控制器必须具备多种特性才能以更好的方式工作。其中，无线连接是一个重要的基石，因为它是无线传感器的主要保障者之一。Silicon Labs为其无线微控制器提供了zigbee、Thread、Bluetooth 5.0、Bluetooth mesh、Wi-Fi和一个强壮的专有无线协议平台，来支持任何无线通信场景，并提供各种有线连接选项，包括CAN、以太网和以太网供电(PoE)。另外，Silicon Labs也提供多协议无线解决方案及专门用于支持测量传感器的硬件。

传感器网络普及使诸多物联网应用成为可能

　　Molex工业解决方案业务部业务发展经理Linda Shan认为，在IIoT领域，包括有线和无线在内的传感器网络的大规模普及正在使数诸多应用成为可能。例如，这类传感器网络在人机接口(HMI)方面促进了智能手机的使用，可以监控并控制各种工业过程。典型情况是智能手机中可以整合十几种，乃至更多种传感器，以及多种无线电天线及其相关的天线。

　　在今后几年内，相信这一趋势很可能继续保持下去，而IIoT及工业 4.0 的发展将为行业带来挑战，需要部署具有移动性、微型化并且接入网状网络、采用了超低功率无线技术的各种“智能”设备。这类设备的设计将满足工业过程优化所提出的复杂挑战，并且以高效的 HMI 来推动一系列应用的发展。

　　高速的低延迟通信对于IIoT的功能将发挥至关重要的作用，尤其在于，海量的数据都将需要存储到数据中心，在采用飞速发展的数据分析领域的各种工具的情况下，接受一定的分析。

　　预计在 2018 年也将迎来一系列整合到IIoT中的新应用，其中就包括机器学习和人工智能(AI)。

　　IIoT 所寻求的是改善效率、提高灵活性并加快上市速度，而这些都是通过将智能设备整合到 IIoT 中来实现的。其中的一个范例就是通过远程状态监测及预测性维护来优化系统的可用性。这样可以使机器和系统的构建商为制造业的客户带来附加值，并且对他们的传统商业模式重新进行思考。

　　Molex的IIoT解决方案

　　对于IIoT基础设施内部基于传感器的通信所使用的智能手机和其他移动设备，Molex 提供种类齐全的连接器系统与天线产品。产品阵容包括小体积的板对板和柔性印刷电路(FPC)互连系统，以及用于I/O、摄像头插槽、内存和SIM卡以及天线应用的定制连接器与工业标准连接器。

　　印刷电子学现在正在为传感器部署提供突破性的解决方案，而Molex的Soligie印刷型电子元件具有在塑料、纸张和金属箔之类柔性基板上制作各种元件和互连系统的全部优势。

　　同时，Molex 还提供一系列适用于IIoT和M2M应用的标准天线。这些产品可以快速部署，加快上市速度。当前的Molex标准天线选择设计用于ISM和手机频段的M2M通信，以及运行Wi-Fi®和移动电视的应用。为了提高HMI的效率，在整合及组合了多种开关格式与布局的设计当中，Molex还提供包括液位传感器在内的多种电容式触控传感器。

使用NB-IoT或Cat-M的物联网设备

　　儒卓力每年为全球35000多个客户提供支持，因此，在即将到来的各种IIoT趋势中占据一定的地位。通过互联网使得工业物件能够相互沟通的其中一个趋势就是将新的窄带技术用于物联网设备(NB-IoT)或LTE的分类M(Cat-M)，视不同区域而定。这种新的无线技术允许设备直接连接到互联网，而无需通过智能手机、路由器或网关，与标准GSM、UMTS或LTE模块的区别在于功耗要低得多。

　　使用NB-IoT或Cat-M的物联网设备可以使用电池运行长达10年。在过去3年中，Sigfox、LoRa和其他一些远程技术被炒作，但在大部分的应用中，这些远程技术都将被替换。IIoT的另一个大趋势是欧洲数据保护法规(EU-GDPR)新框架的要求，特别是关于第25条和第32条。这对所有希望在欧洲市场推出新产品的客户都很重要。他们必须对产品进行重新设计，并且使用先进的组件和技术来保障所有个人数据的安全，个人数据意味着99%的所有可用数据。

　　另一个大趋势是边缘智能，在前端微控制器中将实现人工智能算法的转变。在没有基于云的集中式系统的情况下，这是保障IP和算法，并创造出具有独特功能的真正独特产品的唯一机会。

　　儒卓力提供来自不同供应商的第一代可用NB-IoT和Cat-M模块和芯片，客户可以选择家庭概念和个人解决方案。另外，关于EU-GDPR，儒卓力已经建立了一个技术团队，集中了来自不同产品类别的专家，让他们专注于应对GDPR问题。在拜访客户时，该技术团队支持销售团队，讨论这项新法规的不同方面，以及我们应对任何数据泄漏的解决方案。

　　参考文献：

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　　[3]Martha Zemede.无线技术和电子自动化设计软件的发展将打造物联网美好未来[J].电子产品世界,2016(5):12-14.

　　[4]王莹,王金旺.工业物联网浪潮下的嵌入式系统[J].电子产品世界,2017(11):20-22.

　　[5]Tom Pannell.物联网中的多协议、多频段连接的案例[J].电子产品世界,2017(11):31-33.

　　本文来源于《电子产品世界》2018年第3期第9页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。