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(shi)工業云平(ping)臺，它基于應用(yong)需求(qiu)，搭建對工業數據采集、存儲、分析(xi)和應用(yong)的(de)模塊體系，實現(xian)工業互聯(lian)網輔助的(de)生產功能。其核心由(you)基礎設施層(ceng)（IaaS）、平(ping)臺層(ceng)（PaaS）、應用(yong)層(ceng)（SaaS）三層(ceng)組成(cheng)，再加上端層(ceng)、邊緣層(ceng)，共同組成(cheng)工業互聯(lian)網平(ping)臺的(de)基本(ben)架構。

1、端層

端層(ceng)(ceng)也(ye)(ye)稱設備層(ceng)(ceng)，指(zhi)生產(chan)(chan)現場(chang)的(de)(de)(de)各(ge)種(zhong)物聯(lian)(lian)網型(xing)工(gong)(gong)業設備，如(ru)數控機床、工(gong)(gong)業傳感器、工(gong)(gong)業機器人等(deng)，它們貫穿產(chan)(chan)品全生命周(zhou)期，分別起(qi)到生產(chan)(chan)、檢測、監控等(deng)不(bu)(bu)(bu)同作用(yong)，以(yi)監測生產(chan)(chan)現場(chang)，靈活處理(li)生產(chan)(chan)過程中的(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)同情況。端層(ceng)(ceng)以(yi)物聯(lian)(lian)網技術為基礎，產(chan)(chan)生并匯聚(ju)大量的(de)(de)(de)工(gong)(gong)業數據(ju)，包(bao)含歷史數據(ju)和即時(shi)數據(ju)，也(ye)(ye)使得端層(ceng)(ceng)成為工(gong)(gong)業互聯(lian)(lian)網平臺的(de)(de)(de)底層(ceng)(ceng)基礎。但是，由于端層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)工(gong)(gong)業數據(ju)來源于不(bu)(bu)(bu)同設備、不(bu)(bu)(bu)同系統，因此(ci)需要(yao)進(jin)一步處理(li)，才能向上層(ceng)(ceng)傳遞并利(li)用(yong)。

2、邊緣層

邊緣(yuan)層對端層產生的工業(ye)數(shu)據進行采集(ji)，并對不(bu)同來(lai)源的工業(ye)數(shu)據進行協(xie)議解析和(he)(he)邊緣(yuan)處理。它兼容OPC/OPC UA、Mod-Bus等(deng)(deng)各類(lei)工業(ye)通信協(xie)議，把采集(ji)數(shu)據進行格式轉換和(he)(he)統一，再通過光纖、以(yi)太網等(deng)(deng)鏈路，將相關數(shu)據以(yi)有線或無線方式（如5G、NB-IoT等(deng)(deng)）遠(yuan)程傳輸(shu)到工業(ye)互聯網平臺。

邊緣計算(suan)技術是(shi)邊緣層的(de)(de)(de)(de)重要(yao)組成部分。它(ta)基于高(gao)性能(neng)計算(suan)芯(xin)片、實(shi)時高(gao)速(su)處理方法(fa)、高(gao)精(jing)度(du)計算(suan)系統(tong)等先進技術或工具(ju)支撐(cheng)，在工業(ye)設(she)備、智能(neng)終端(duan)等數據源頭一(yi)側(ce)，進行數據的(de)(de)(de)(de)先處理和預處理，提(ti)升系統(tong)反應速(su)度(du)和數據傳(chuan)輸速(su)度(du)，解決(jue)數據傳(chuan)輸和通信的(de)(de)(de)(de)時延(yan)問(wen)題。邊緣計算(suan)的(de)(de)(de)(de)優點是(shi)具(ju)有較低的(de)(de)(de)(de)延(yan)遲(chi)以(yi)實(shi)現較短(duan)的(de)(de)(de)(de)響應時間，以(yi)及解決(jue)能(neng)源消耗、帶(dai)寬負擔和安全問(wen)題的(de)(de)(de)(de)潛力。

3、IaaS層

基(ji)(ji)礎(chu)設(she)(she)施(shi)層(ceng)(ceng)(ceng)（IaaS）主要(yao)提(ti)供云(yun)基(ji)(ji)礎(chu)設(she)(she)施(shi)，如(ru)計算資(zi)(zi)源(yuan)、網絡資(zi)(zi)源(yuan)、存儲資(zi)(zi)源(yuan)等，支撐工業互聯(lian)網平臺(tai)的(de)整體運(yun)行(xing)。其核(he)心是虛擬化技術(shu)，利(li)用分布式存儲、并發式計算、高負載調度等新技術(shu)，實現資(zi)(zi)源(yuan)服(fu)(fu)務設(she)(she)施(shi)的(de)動態管理，提(ti)升資(zi)(zi)源(yuan)服(fu)(fu)務有(you)效利(li)用率，也確保資(zi)(zi)源(yuan)服(fu)(fu)務的(de)安全。IaaS層(ceng)(ceng)(ceng)作為設(she)(she)備和平臺(tai)應(ying)用的(de)連接層(ceng)(ceng)(ceng)，為PaaS層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)功(gong)能運(yun)行(xing)和SaaS層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)應(ying)用服(fu)(fu)務提(ti)供完(wan)整的(de)底層(ceng)(ceng)(ceng)基(ji)(ji)礎(chu)設(she)(she)施(shi)服(fu)(fu)務。

4、PaaS層

平(ping)臺(tai)層（PaaS）是整個(ge)工業(ye)(ye)互聯網平(ping)臺(tai)的核(he)心，它由云計算技術(shu)構建，不僅能(neng)接收(shou)存儲(chu)數據，還能(neng)提(ti)供強大的計算環境，對工業(ye)(ye)數據進行云處理或(huo)云控制。它的根(gen)本是在(zai)IaaS平(ping)臺(tai)上構建了一(yi)個(ge)擴(kuo)展性強的支持系統，也為(wei)工業(ye)(ye)應用或(huo)軟件的開發提(ti)供了良好的基礎(chu)平(ping)臺(tai)。

PaaS層能以(yi)平(ping)臺(tai)優勢，利(li)用(yong)數據庫(ku)、算法(fa)分析等(deng)技(ji)術，實現數據進一步(bu)處(chu)理與計算、數據存儲、應用(yong)或微服務(wu)開發(fa)等(deng)功能，以(yi)疊加、擴展的(de)方式提供工業(ye)(ye)(ye)應用(yong)開發(fa)、部署的(de)基礎環境，形成(cheng)完整度高、定制性好、移植復用(yong)程度高的(de)工業(ye)(ye)(ye)操(cao)作系統(tong)。PaaS層還能根據業(ye)(ye)(ye)務(wu)進行資源調度，也能保(bao)障數據接入、平(ping)臺(tai)運(yun)營(ying)、接口訪問的(de)安全機制，保(bao)障業(ye)(ye)(ye)務(wu)正常開展。

5、SaaS層

應(ying)用(yong)層(ceng)（SaaS）是工(gong)業(ye)互聯網平臺(tai)的(de)關(guan)鍵，它是對外服務的(de)關(guan)口，與用(yong)戶直(zhi)接對接，體現(xian)了工(gong)業(ye)數據(ju)最終的(de)應(ying)用(yong)價值(zhi)。SaaS層(ceng)基于PaaS層(ceng)平臺(tai)上豐富的(de)工(gong)業(ye)微服務功能模塊，以高效、便捷、多端適配(pei)等方式實(shi)現(xian)傳統(tong)信息系統(tong)的(de)云(yun)改造，為平臺(tai)用(yong)戶提(ti)供各類工(gong)業(ye)APP等數字化(hua)解決(jue)方案，發展(zhan)大數據(ju)分析等綜合應(ying)用(yong)，實(shi)現(xian)資(zi)源集中化(hua)、服務精(jing)準化(hua)、知(zhi)識復(fu)用(yong)化(hua)。

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(gong)業(ye)(ye)互(hu)聯網平臺(tai)需要解決多類工(gong)業(ye)(ye)設備接入、多源(yuan)工(gong)業(ye)(ye)數據(ju)(ju)集(ji)成、海(hai)量(liang)數據(ju)(ju)管理與處理、工(gong)業(ye)(ye)數據(ju)(ju)建模(mo)(mo)分(fen)析(xi)、工(gong)業(ye)(ye)應用創新與集(ji)成、工(gong)業(ye)(ye)知識積累迭(die)代實現等一系(xi)列問題，涉(she)及七(qi)大類關鍵(jian)技(ji)(ji)術(shu)(shu)，分(fen)別為數據(ju)(ju)集(ji)成和邊(bian)緣(yuan)處理技(ji)(ji)術(shu)(shu)、IaaS技(ji)(ji)術(shu)(shu)、平臺(tai)使能技(ji)(ji)術(shu)(shu)、數據(ju)(ju)管理技(ji)(ji)術(shu)(shu)、工(gong)業(ye)(ye)數據(ju)(ju)建模(mo)(mo)與分(fen)析(xi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)、應用開發(fa)和微服務(wu)技(ji)(ji)術(shu)(shu)、安全技(ji)(ji)術(shu)(shu)。

1、數據集成與邊緣處理技術

設(she)備(bei)(bei)接入：基于工業(ye)以(yi)太(tai)網、工業(ye)總線等工業(ye)通信協(xie)議，以(yi)太(tai)網、光(guang)纖等通用協(xie)議，3G/4G、NB-IOT等無線協(xie)議將工業(ye)現場(chang)設(she)備(bei)(bei)接入到(dao)平臺邊緣層(ceng)。

協議(yi)轉(zhuan)換(huan)：一方面運用協議(yi)解析、中間件等(deng)技術(shu)兼容ModBus、OPC、CAN、Profibus等(deng)各類(lei)工業通(tong)信(xin)協議(yi)和(he)軟(ruan)件通(tong)信(xin)接口，實現數據(ju)格式轉(zhuan)換(huan)和(he)統一。另一方面利用HTTP、MQTT等(deng)方式從邊(bian)緣(yuan)側將采集(ji)到的數據(ju)傳輸到云端(duan)，實現數據(ju)的遠程接入。邊(bian)緣(yuan)數據(ju)處理：基于高(gao)性能計(ji)算芯片、實時(shi)操作系統、邊(bian)緣(yuan)分析算法等(deng)技術(shu)支撐，在(zai)靠(kao)近設備或(huo)數據(ju)源頭的網絡邊(bian)緣(yuan)側進(jin)行數據(ju)預(yu)處理、存儲以及智(zhi)能分析應用，提升操作響應靈敏度、消(xiao)除網絡堵塞，并與云端(duan)分析形成協同。

2、IaaS技術

基于虛擬化、分(fen)布式(shi)存儲(chu)、并(bing)行(xing)計算、負(fu)載調(diao)度等技術，實現網(wang)絡、計算、存儲(chu)等計算機(ji)資(zi)源的池(chi)化管理，根(gen)據需求進(jin)行(xing)彈(dan)性分(fen)配，并(bing)確保資(zi)源使用的安全與隔離，為用戶提供完善的云基礎設施服務。

3、平臺使能技術

資(zi)源(yuan)調度：通過實時監控(kong)云端(duan)應(ying)(ying)(ying)用的(de)業務(wu)量(liang)動態變(bian)(bian)化，結合相應(ying)(ying)(ying)的(de)調度算法為應(ying)(ying)(ying)用程序分配相應(ying)(ying)(ying)的(de)底層(ceng)資(zi)源(yuan)，從而使云端(duan)應(ying)(ying)(ying)用可(ke)以(yi)自動適(shi)應(ying)(ying)(ying)業務(wu)量(liang)的(de)變(bian)(bian)化。

多租戶(hu)管理：通過虛擬化、數據庫(ku)隔離(li)、容器等技術實現(xian)不同租戶(hu)應用和服務的隔離(li)，保(bao)護其(qi)隱(yin)私與安全。

4、數據管理技術

數(shu)據處理(li)(li)框架(jia)(jia)：借助Hadoop、Spark、Storm等分布式處理(li)(li)架(jia)(jia)構(gou)，滿足海(hai)量(liang)數(shu)據的批(pi)處理(li)(li)和流處理(li)(li)計算(suan)需求(qiu)。

數(shu)(shu)據(ju)(ju)預處理(li)：運用數(shu)(shu)據(ju)(ju)冗(rong)余剔(ti)除、異常檢(jian)測(ce)、歸一化等方(fang)法對原始數(shu)(shu)據(ju)(ju)進行(xing)清洗，為后續存儲、管理(li)與分析(xi)提供高質量數(shu)(shu)據(ju)(ju)來(lai)源。

數(shu)據(ju)存(cun)儲與管理(li)：通過分(fen)布式文件系統、NoSQL數(shu)據(ju)庫、關系數(shu)據(ju)庫、時序數(shu)據(ju)庫等(deng)不同的(de)數(shu)據(ju)管理(li)引(yin)擎實現海量工(gong)業數(shu)據(ju)的(de)分(fen)區選擇(ze)、存(cun)儲、編目與索引(yin)等(deng)。

5、應用開發和微服務技術

多語(yu)(yu)言與工(gong)具支持(chi)：支持(chi)Java，Ruby和(he)PHP等多種語(yu)(yu)言編譯(yi)環(huan)境，并提供Eclipse integration，JBoss Developer Studio、git 和(he)Jenkins等各類開發工(gong)具，構(gou)建高效便捷的集(ji)成(cheng)開發環(huan)境。

微(wei)服(fu)務架構：提供涵(han)蓋服(fu)務注冊、發(fa)現、通信、調用(yong)的管理機制和運行(xing)環境，支撐基于微(wei)型服(fu)務單元集成(cheng)的“松耦(ou)合”應用(yong) 開發(fa)和部署。

圖(tu)形化(hua)編(bian)(bian)程：通過類(lei)似(si)Labview的圖(tu)形化(hua)編(bian)(bian)程工(gong)具，簡化(hua)開發流(liu)程，支(zhi)持用(yong)戶采用(yong)拖拽方式進行(xing)應用(yong)創(chuang)建、測(ce)試、擴展等。

6、工業數據建模與分析技術

數(shu)(shu)據(ju)(ju)分析算(suan)法：運用數(shu)(shu)學(xue)統計、機器(qi)學(xue)習及最新的人(ren)工智(zhi)能算(suan)法實(shi)現面(mian)向(xiang)歷(li)史數(shu)(shu)據(ju)(ju)、實(shi)時數(shu)(shu)據(ju)(ju)、時序數(shu)(shu)據(ju)(ju)的聚類、關聯和(he)預測分析。

機理(li)建模(mo)：利(li)用機械、電子(zi)、物理(li)、化(hua)學(xue)等領域專業(ye)知識，結合工(gong)業(ye)生產實踐經(jing)驗，基于已知工(gong)業(ye)機理(li)構建各類模(mo)型，實現(xian)分析(xi)應用。

7、安全技術

數(shu)(shu)據接入(ru)安全：通過(guo)工業防(fang)火(huo)墻技(ji)(ji)術(shu)、工業網閘技(ji)(ji)術(shu)、加密(mi)隧道傳輸技(ji)(ji)術(shu)，防(fang)止數(shu)(shu)據泄漏、被(bei)偵聽或(huo)篡改，保障數(shu)(shu)據在源頭和傳輸過(guo)程中安全。

平臺安全(quan)(quan)：通過平臺入侵實時檢測、網(wang)絡(luo)安全(quan)(quan)防(fang)(fang)御系(xi)統、惡意代(dai)碼(ma)防(fang)(fang)護(hu)、網(wang)站威脅(xie)防(fang)(fang)護(hu)、網(wang)頁防(fang)(fang)篡改等(deng)技術實現工業互聯(lian)網(wang)平臺的代(dai)碼(ma)安全(quan)(quan)、應用安全(quan)(quan)、數據安全(quan)(quan)、網(wang)站安全(quan)(quan)。

訪(fang)問(wen)安全：通過建立統一的(de)(de)訪(fang)問(wen)機(ji)制(zhi)，限制(zhi)用(yong)戶的(de)(de)訪(fang)問(wen)權(quan)限和(he)所能使用(yong)的(de)(de)計(ji)算資源和(he)網絡資源實現對云平臺(tai)重(zhong)要(yao)資源的(de)(de)訪(fang)問(wen)控制(zhi)和(he)管理，防止(zhi)非法訪(fang)問(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)構建和(he)發展產生深(shen)遠影響。在(zai)平(ping)(ping)臺層(ceng)，PaaS技術(shu)、新(xin)型(xing)集(ji)成技術(shu)和(he)容器技術(shu)正加速改變(bian)信息系統的(de)(de)構建和(he)組(zu)織方(fang)(fang)式(shi)。在(zai)邊緣層(ceng)，邊緣計算技術(shu)極大(da)的(de)(de)拓展了平(ping)(ping)臺收(shou)集(ji)和(he)管理數據的(de)(de)范圍和(he)能力。在(zai)應用層(ceng)，微服務等新(xin)型(xing)開發框(kuang)架驅動(dong)工(gong)業軟件開發方(fang)(fang)式(shi)不(bu)斷(duan)變(bian)革(ge)，而工(gong)業機理與數據科(ke)學深(shen)度(du)融合則正在(zai)引發工(gong)業應用的(de)(de)創(chuang)新(xin)浪潮。