一、工業互聯網平臺架構核心要素

工業互聯網平臺的(de)本(ben)質是工業云平臺(tai)，它基于應用需求，搭建對工業數據采集、存儲、分(fen)析和應用的(de)模塊(kuai)體系，實現工業互(hu)聯網輔助的(de)生(sheng)產功(gong)能。其核(he)心由基礎設(she)施層（IaaS）、平臺(tai)層（PaaS）、應用層（SaaS）三(san)層組成(cheng)，再加(jia)上端(duan)層、邊緣層，共同組成(cheng)工業互(hu)聯網平臺(tai)的(de)基本(ben)架構。

1、端層

端(duan)層(ceng)(ceng)也稱(cheng)設備層(ceng)(ceng)，指生產(chan)現場的(de)各種(zhong)物聯(lian)網(wang)型工業(ye)(ye)設備，如數(shu)(shu)控(kong)機床(chuang)、工業(ye)(ye)傳感(gan)器(qi)、工業(ye)(ye)機器(qi)人(ren)等，它們貫穿產(chan)品全生命周期，分別起到(dao)生產(chan)、檢測(ce)、監控(kong)等不同作用(yong)，以監測(ce)生產(chan)現場，靈活處理生產(chan)過程中的(de)不同情(qing)況(kuang)。端(duan)層(ceng)(ceng)以物聯(lian)網(wang)技術為(wei)基(ji)礎(chu)，產(chan)生并匯聚大量的(de)工業(ye)(ye)數(shu)(shu)據(ju)(ju)，包(bao)含歷史數(shu)(shu)據(ju)(ju)和(he)即時數(shu)(shu)據(ju)(ju)，也使得端(duan)層(ceng)(ceng)成為(wei)工業(ye)(ye)互聯(lian)網(wang)平臺(tai)的(de)底層(ceng)(ceng)基(ji)礎(chu)。但是，由(you)于端(duan)層(ceng)(ceng)的(de)工業(ye)(ye)數(shu)(shu)據(ju)(ju)來源于不同設備、不同系統(tong)，因(yin)此(ci)需要進一步處理，才(cai)能向上層(ceng)(ceng)傳遞并利用(yong)。

2、邊緣層

邊(bian)緣層(ceng)對端層(ceng)產(chan)生的工(gong)業數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)采集，并對不同來源的工(gong)業數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)協(xie)議解析和邊(bian)緣處理。它兼容OPC/OPC UA、Mod-Bus等各(ge)類工(gong)業通(tong)信協(xie)議，把采集數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)格式轉換(huan)和統一，再通(tong)過(guo)光纖、以太網(wang)等鏈路，將相關(guan)數(shu)據(ju)以有線或無(wu)線方式（如5G、NB-IoT等）遠(yuan)程傳(chuan)輸(shu)到工(gong)業互聯網(wang)平臺。

邊緣計(ji)算(suan)技術(shu)(shu)是(shi)邊緣層(ceng)的(de)(de)重要組成部分。它基于高(gao)性能(neng)計(ji)算(suan)芯片(pian)、實時高(gao)速處理方法、高(gao)精度(du)計(ji)算(suan)系統等先(xian)進技術(shu)(shu)或工具(ju)支撐(cheng)，在工業(ye)設備、智能(neng)終端(duan)等數據(ju)源頭一側，進行數據(ju)的(de)(de)先(xian)處理和預處理，提升系統反應速度(du)和數據(ju)傳輸(shu)速度(du)，解決(jue)數據(ju)傳輸(shu)和通信的(de)(de)時延問題。邊緣計(ji)算(suan)的(de)(de)優點是(shi)具(ju)有較低的(de)(de)延遲以實現(xian)較短的(de)(de)響(xiang)應時間，以及解決(jue)能(neng)源消耗、帶寬負擔(dan)和安(an)全問題的(de)(de)潛力(li)。

3、IaaS層

基礎(chu)設(she)(she)(she)施(shi)層(ceng)(ceng)（IaaS）主要(yao)提(ti)供云基礎(chu)設(she)(she)(she)施(shi)，如計(ji)算(suan)資(zi)源、網(wang)絡資(zi)源、存儲資(zi)源等，支撐工業互(hu)聯網(wang)平臺(tai)的整體運(yun)行。其核心是虛擬(ni)化技(ji)術，利用(yong)分布式存儲、并發式計(ji)算(suan)、高負載調(diao)度等新(xin)技(ji)術，實現資(zi)源服(fu)(fu)務設(she)(she)(she)施(shi)的動態管理，提(ti)升資(zi)源服(fu)(fu)務有效(xiao)利用(yong)率，也確(que)保(bao)資(zi)源服(fu)(fu)務的安全(quan)。IaaS層(ceng)(ceng)作為設(she)(she)(she)備和平臺(tai)應(ying)用(yong)的連接層(ceng)(ceng)，為PaaS層(ceng)(ceng)的功能運(yun)行和SaaS層(ceng)(ceng)的應(ying)用(yong)服(fu)(fu)務提(ti)供完整的底層(ceng)(ceng)基礎(chu)設(she)(she)(she)施(shi)服(fu)(fu)務。

4、PaaS層

平(ping)臺(tai)層（PaaS）是(shi)(shi)整個工業互聯網平(ping)臺(tai)的(de)核心(xin)，它(ta)由云(yun)計算技術構建(jian)，不僅能接收存儲數據(ju)，還能提供強大的(de)計算環境，對(dui)工業數據(ju)進行云(yun)處理或云(yun)控制(zhi)。它(ta)的(de)根本是(shi)(shi)在IaaS平(ping)臺(tai)上構建(jian)了一個擴展性強的(de)支持(chi)系統，也(ye)為(wei)工業應(ying)用(yong)或軟(ruan)件的(de)開發提供了良好的(de)基礎(chu)平(ping)臺(tai)。

PaaS層能(neng)以(yi)平臺優勢(shi)，利用(yong)數據(ju)庫、算(suan)法(fa)分析等技術，實現(xian)數據(ju)進(jin)一步處(chu)理(li)與計算(suan)、數據(ju)存儲、應(ying)用(yong)或微服務(wu)開發等功能(neng)，以(yi)疊(die)加、擴展(zhan)的(de)方式提供工業(ye)(ye)應(ying)用(yong)開發、部署的(de)基礎(chu)環境，形成完整(zheng)度高、定制(zhi)(zhi)性好(hao)、移植復用(yong)程度高的(de)工業(ye)(ye)操作系統(tong)。PaaS層還能(neng)根據(ju)業(ye)(ye)務(wu)進(jin)行資源調度，也能(neng)保障數據(ju)接(jie)入、平臺運(yun)營(ying)、接(jie)口訪問的(de)安全機制(zhi)(zhi)，保障業(ye)(ye)務(wu)正常開展(zhan)。

5、SaaS層

應(ying)用(yong)層(ceng)(ceng)（SaaS）是(shi)工業(ye)互聯網平(ping)臺的關(guan)鍵，它是(shi)對外(wai)服務(wu)的關(guan)口(kou)，與用(yong)戶直接對接，體現了工業(ye)數(shu)(shu)據(ju)最終的應(ying)用(yong)價(jia)值(zhi)。SaaS層(ceng)(ceng)基于PaaS層(ceng)(ceng)平(ping)臺上豐富的工業(ye)微服務(wu)功能模塊，以高效、便捷、多端適(shi)配等方式實(shi)現傳統信息(xi)系統的云(yun)改造，為平(ping)臺用(yong)戶提供各類工業(ye)APP等數(shu)(shu)字化解決(jue)方案，發展大數(shu)(shu)據(ju)分析等綜合應(ying)用(yong)，實(shi)現資源集中化、服務(wu)精準(zhun)化、知識復(fu)用(yong)化。

該圖片由注冊用戶"天空之城"提供，版權聲明反饋

二、工業互聯網平臺核心技術

工業(ye)互聯網平臺需要解決多類工業(ye)設備接入、多源工業(ye)數據集成(cheng)、海量(liang)數據管理(li)與處(chu)理(li)、工業(ye)數據建模分(fen)(fen)(fen)析、工業(ye)應用(yong)(yong)創新與集成(cheng)、工業(ye)知(zhi)識積累(lei)迭代實現等一系列問題，涉及(ji)七大類關鍵技(ji)術(shu)，分(fen)(fen)(fen)別為數據集成(cheng)和邊緣處(chu)理(li)技(ji)術(shu)、IaaS技(ji)術(shu)、平臺使能技(ji)術(shu)、數據管理(li)技(ji)術(shu)、工業(ye)數據建模與分(fen)(fen)(fen)析技(ji)術(shu)、應用(yong)(yong)開發和微服務技(ji)術(shu)、安全(quan)技(ji)術(shu)。

1、數據集成與邊緣處理技術

設備接入：基于工(gong)(gong)業以(yi)太網、工(gong)(gong)業總(zong)線等(deng)工(gong)(gong)業通(tong)信協議(yi)，以(yi)太網、光纖等(deng)通(tong)用(yong)協議(yi)，3G/4G、NB-IOT等(deng)無線協議(yi)將工(gong)(gong)業現(xian)場設備接入到平臺邊(bian)緣層。

協(xie)議轉(zhuan)換：一方(fang)面運(yun)用協(xie)議解(jie)析(xi)(xi)、中間件等(deng)技(ji)術(shu)兼容ModBus、OPC、CAN、Profibus等(deng)各類工業通信協(xie)議和軟件通信接口，實現(xian)數(shu)據格(ge)式轉(zhuan)換和統一。另一方(fang)面利(li)用HTTP、MQTT等(deng)方(fang)式從邊緣側將采集(ji)到(dao)的(de)數(shu)據傳輸到(dao)云(yun)端，實現(xian)數(shu)據的(de)遠程接入。邊緣數(shu)據處理：基(ji)于高性能計算芯(xin)片(pian)、實時(shi)操(cao)作(zuo)系統、邊緣分(fen)(fen)析(xi)(xi)算法(fa)等(deng)技(ji)術(shu)支撐，在靠近(jin)設備或數(shu)據源(yuan)頭的(de)網絡邊緣側進行數(shu)據預處理、存(cun)儲(chu)以(yi)及智(zhi)能分(fen)(fen)析(xi)(xi)應(ying)(ying)用，提升操(cao)作(zuo)響應(ying)(ying)靈敏度、消除網絡堵塞，并(bing)與云(yun)端分(fen)(fen)析(xi)(xi)形成協(xie)同(tong)。

2、IaaS技術

基于虛擬化(hua)、分布式存(cun)(cun)儲(chu)、并行(xing)(xing)計算(suan)、負載調(diao)度等技術，實現網絡、計算(suan)、存(cun)(cun)儲(chu)等計算(suan)機資(zi)源的池化(hua)管(guan)理，根據需求進行(xing)(xing)彈性分配，并確保資(zi)源使用(yong)的安全與(yu)隔離，為用(yong)戶提供完善的云基礎設施(shi)服務。

3、平臺使能技術

資源調度：通過實時監控云端應(ying)(ying)用的(de)業務量動態變(bian)化，結合(he)相應(ying)(ying)的(de)調度算法為應(ying)(ying)用程序分配相應(ying)(ying)的(de)底層資源，從(cong)而使云端應(ying)(ying)用可以自(zi)動適應(ying)(ying)業務量的(de)變(bian)化。

多(duo)租戶管(guan)理(li)：通(tong)過虛擬化、數據(ju)庫隔離、容器(qi)等技(ji)術實現不同租戶應用(yong)和服(fu)務的隔離，保護其隱私與安全。

4、數據管理技術

數據處(chu)理框(kuang)架：借助Hadoop、Spark、Storm等分布(bu)式(shi)處(chu)理架構，滿足海量(liang)數據的批處(chu)理和(he)流處(chu)理計算需求(qiu)。

數(shu)據(ju)預處理：運用數(shu)據(ju)冗(rong)余剔除、異常檢測、歸(gui)一化(hua)等方法對原始數(shu)據(ju)進行清洗，為后續存儲、管理與(yu)分析提供高(gao)質(zhi)量數(shu)據(ju)來源。

數(shu)(shu)據存儲與管理：通過分(fen)布式文件系統(tong)、NoSQL數(shu)(shu)據庫、關系數(shu)(shu)據庫、時序(xu)數(shu)(shu)據庫等不同(tong)的數(shu)(shu)據管理引擎實現(xian)海(hai)量(liang)工業數(shu)(shu)據的分(fen)區選擇、存儲、編目與索引等。

5、應用開發和微服務技術

多語言(yan)與工具支持：支持Java，Ruby和PHP等多種語言(yan)編譯環境，并提供Eclipse integration，JBoss Developer Studio、git 和Jenkins等各類開發工具，構(gou)建高效便捷的集成開發環境。

微服(fu)務(wu)架構(gou)：提供涵蓋服(fu)務(wu)注冊(ce)、發現、通信(xin)、調用(yong)的(de)管理機制和運行環境，支撐基于微型服(fu)務(wu)單元集成的(de)“松耦合”應用(yong) 開發和部署(shu)。

圖(tu)形化編程(cheng)：通過類似Labview的圖(tu)形化編程(cheng)工具，簡化開發流程(cheng)，支持用戶采用拖拽(zhuai)方式進行應用創建、測試、擴(kuo)展(zhan)等(deng)。

6、工業數據建模與分析技術

數(shu)據(ju)分析算法：運用數(shu)學(xue)統計、機器學(xue)習及最新(xin)的(de)人工智能算法實現面向(xiang)歷(li)史數(shu)據(ju)、實時數(shu)據(ju)、時序數(shu)據(ju)的(de)聚類、關聯和預測(ce)分析。

機理建模(mo)：利用機械、電子(zi)、物理、化(hua)學等領域專業知識(shi)，結合(he)工業生產實踐(jian)經驗，基于已(yi)知工業機理構(gou)建各類模(mo)型，實現分析應用。

7、安全技術

數(shu)據接入安全：通過工業(ye)防火墻(qiang)技(ji)(ji)術、工業(ye)網閘技(ji)(ji)術、加密隧(sui)道傳(chuan)輸技(ji)(ji)術，防止數(shu)據泄漏、被偵聽或(huo)篡改(gai)，保障數(shu)據在(zai)源頭(tou)和(he)傳(chuan)輸過程中安全。

平臺(tai)(tai)安(an)全(quan)(quan)(quan)：通過平臺(tai)(tai)入侵(qin)實時檢測、網(wang)(wang)絡安(an)全(quan)(quan)(quan)防御系統(tong)、惡意代(dai)碼防護、網(wang)(wang)站(zhan)威(wei)脅防護、網(wang)(wang)頁防篡改等技術實現工業互聯網(wang)(wang)平臺(tai)(tai)的代(dai)碼安(an)全(quan)(quan)(quan)、應用安(an)全(quan)(quan)(quan)、數據安(an)全(quan)(quan)(quan)、網(wang)(wang)站(zhan)安(an)全(quan)(quan)(quan)。

訪(fang)(fang)問(wen)(wen)安全：通(tong)過建立統一的訪(fang)(fang)問(wen)(wen)機制，限制用(yong)戶的訪(fang)(fang)問(wen)(wen)權限和(he)所能使用(yong)的計算資(zi)源(yuan)和(he)網絡(luo)資(zi)源(yuan)實現對云(yun)平臺重(zhong)要資(zi)源(yuan)的訪(fang)(fang)問(wen)(wen)控制和(he)管理(li)，防止非(fei)法訪(fang)(fang)問(wen)(wen)。

在上述七大類技術中，通用平臺使能技術、工業數據建模與分析技術、數據集成與邊緣處理技術、應用開發和微服務技術正快速發展，對工業互聯網平臺的(de)(de)構(gou)建和(he)發展產生深(shen)遠影響。在(zai)(zai)平(ping)臺(tai)層，PaaS技(ji)(ji)術(shu)、新型集(ji)成技(ji)(ji)術(shu)和(he)容器技(ji)(ji)術(shu)正加(jia)速(su)改變(bian)信(xin)息系統的(de)(de)構(gou)建和(he)組(zu)織(zhi)方(fang)(fang)式。在(zai)(zai)邊緣(yuan)層，邊緣(yuan)計算技(ji)(ji)術(shu)極大(da)的(de)(de)拓展了平(ping)臺(tai)收(shou)集(ji)和(he)管(guan)理(li)數據(ju)的(de)(de)范圍(wei)和(he)能力。在(zai)(zai)應用(yong)層，微服務等新型開(kai)發框架驅動工業軟件開(kai)發方(fang)(fang)式不(bu)斷變(bian)革，而工業機理(li)與(yu)數據(ju)科學深(shen)度融(rong)合則(ze)正在(zai)(zai)引發工業應用(yong)的(de)(de)創新浪潮(chao)。