一、工業互聯網平臺架構核心要素

工業互聯網平臺的(de)本質是工業云平(ping)臺(tai)，它基于應用(yong)需(xu)求，搭建對工業數據(ju)采(cai)集、存儲、分析和(he)應用(yong)的(de)模(mo)塊(kuai)體(ti)系，實現工業互聯(lian)(lian)網輔(fu)助的(de)生產功(gong)能。其核心由基礎設施層(ceng)（IaaS）、平(ping)臺(tai)層(ceng)（PaaS）、應用(yong)層(ceng)（SaaS）三層(ceng)組(zu)成，再加上端層(ceng)、邊緣層(ceng)，共(gong)同組(zu)成工業互聯(lian)(lian)網平(ping)臺(tai)的(de)基本架構。

1、端層

端層(ceng)也(ye)稱設備(bei)(bei)層(ceng)，指生(sheng)(sheng)產(chan)現場(chang)的(de)各種物(wu)聯網(wang)型(xing)工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)設備(bei)(bei)，如數(shu)(shu)控(kong)機床、工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)傳(chuan)感(gan)器、工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)機器人等，它們貫(guan)穿產(chan)品(pin)全生(sheng)(sheng)命周期，分別起到生(sheng)(sheng)產(chan)、檢測、監(jian)控(kong)等不同(tong)作用，以(yi)監(jian)測生(sheng)(sheng)產(chan)現場(chang)，靈活處(chu)理生(sheng)(sheng)產(chan)過(guo)程中的(de)不同(tong)情況。端層(ceng)以(yi)物(wu)聯網(wang)技術為(wei)基(ji)礎，產(chan)生(sheng)(sheng)并(bing)匯聚大量的(de)工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)數(shu)(shu)據(ju)(ju)，包含歷史數(shu)(shu)據(ju)(ju)和(he)即時數(shu)(shu)據(ju)(ju)，也(ye)使得端層(ceng)成為(wei)工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)互聯網(wang)平臺的(de)底(di)層(ceng)基(ji)礎。但是，由于端層(ceng)的(de)工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)數(shu)(shu)據(ju)(ju)來(lai)源于不同(tong)設備(bei)(bei)、不同(tong)系統，因(yin)此(ci)需要進一步處(chu)理，才能向(xiang)上層(ceng)傳(chuan)遞并(bing)利用。

2、邊緣層

邊(bian)緣(yuan)層(ceng)(ceng)對(dui)端層(ceng)(ceng)產生的工(gong)(gong)業數(shu)(shu)據(ju)(ju)進行采集，并對(dui)不同來源的工(gong)(gong)業數(shu)(shu)據(ju)(ju)進行協(xie)議(yi)解析和邊(bian)緣(yuan)處理。它兼容OPC/OPC UA、Mod-Bus等(deng)各類工(gong)(gong)業通信協(xie)議(yi)，把采集數(shu)(shu)據(ju)(ju)進行格式轉換和統一，再通過光纖、以(yi)太網等(deng)鏈路，將相(xiang)關(guan)數(shu)(shu)據(ju)(ju)以(yi)有線或無線方式（如5G、NB-IoT等(deng)）遠程(cheng)傳輸(shu)到(dao)工(gong)(gong)業互聯網平(ping)臺(tai)。

邊緣(yuan)計(ji)算(suan)技術是邊緣(yuan)層的重要(yao)組成(cheng)部分(fen)。它基(ji)于高性能(neng)計(ji)算(suan)芯片(pian)、實(shi)時高速處理方法(fa)、高精度(du)(du)計(ji)算(suan)系(xi)統等先進技術或工(gong)具支撐(cheng)，在工(gong)業設備(bei)、智能(neng)終端等數據(ju)源頭一(yi)側，進行(xing)數據(ju)的先處理和(he)預(yu)處理，提升系(xi)統反應速度(du)(du)和(he)數據(ju)傳輸速度(du)(du)，解(jie)決(jue)數據(ju)傳輸和(he)通信的時延(yan)(yan)問(wen)題(ti)。邊緣(yuan)計(ji)算(suan)的優(you)點是具有(you)較(jiao)低的延(yan)(yan)遲以實(shi)現較(jiao)短的響(xiang)應時間(jian)，以及解(jie)決(jue)能(neng)源消耗、帶(dai)寬負(fu)擔(dan)和(he)安全問(wen)題(ti)的潛力。

3、IaaS層

基(ji)礎(chu)設(she)(she)施(shi)(shi)層(ceng)（IaaS）主(zhu)要(yao)提(ti)(ti)(ti)供云基(ji)礎(chu)設(she)(she)施(shi)(shi)，如(ru)計算資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)、網絡資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)、存(cun)儲(chu)資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)等，支撐工業互聯網平(ping)臺(tai)的(de)整體運行。其核心是(shi)虛擬化技(ji)術，利用分布式(shi)存(cun)儲(chu)、并發式(shi)計算、高(gao)負載調(diao)度(du)等新技(ji)術，實(shi)現(xian)資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)服(fu)(fu)務(wu)設(she)(she)施(shi)(shi)的(de)動態管理，提(ti)(ti)(ti)升資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)服(fu)(fu)務(wu)有效利用率，也確保資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)服(fu)(fu)務(wu)的(de)安(an)全。IaaS層(ceng)作為(wei)設(she)(she)備(bei)和(he)平(ping)臺(tai)應(ying)用的(de)連接層(ceng)，為(wei)PaaS層(ceng)的(de)功能運行和(he)SaaS層(ceng)的(de)應(ying)用服(fu)(fu)務(wu)提(ti)(ti)(ti)供完整的(de)底層(ceng)基(ji)礎(chu)設(she)(she)施(shi)(shi)服(fu)(fu)務(wu)。

4、PaaS層

平(ping)(ping)臺(tai)層（PaaS）是整(zheng)個(ge)工業(ye)互聯(lian)網平(ping)(ping)臺(tai)的(de)核心，它由云計算(suan)技術構建，不僅能(neng)接收(shou)存儲數(shu)據，還能(neng)提(ti)供(gong)強(qiang)大的(de)計算(suan)環境，對工業(ye)數(shu)據進行云處理或(huo)云控制。它的(de)根本是在(zai)IaaS平(ping)(ping)臺(tai)上構建了一個(ge)擴展性強(qiang)的(de)支持(chi)系統，也(ye)為工業(ye)應用或(huo)軟件的(de)開發提(ti)供(gong)了良好的(de)基(ji)礎平(ping)(ping)臺(tai)。

PaaS層能(neng)以平(ping)臺優勢，利(li)用(yong)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)庫、算法分(fen)析等技術，實現數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)進(jin)一步處(chu)理與(yu)計算、數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)存儲、應(ying)用(yong)或微服(fu)務開發等功能(neng)，以疊加、擴展的(de)方式(shi)提供工業(ye)(ye)應(ying)用(yong)開發、部(bu)署的(de)基(ji)礎(chu)環境，形成完整度(du)高(gao)、定(ding)制性好、移植復用(yong)程度(du)高(gao)的(de)工業(ye)(ye)操作系統。PaaS層還能(neng)根據(ju)(ju)(ju)業(ye)(ye)務進(jin)行資(zi)源調度(du)，也能(neng)保(bao)障數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)接(jie)入、平(ping)臺運營、接(jie)口訪問的(de)安全(quan)機制，保(bao)障業(ye)(ye)務正常(chang)開展。

5、SaaS層

應用層（SaaS）是工(gong)業互聯網平(ping)(ping)臺的關鍵，它是對外服務(wu)的關口，與用戶直接對接，體現(xian)了工(gong)業數據最(zui)終的應用價(jia)值。SaaS層基于PaaS層平(ping)(ping)臺上(shang)豐富的工(gong)業微服務(wu)功能模塊，以高效、便捷、多端(duan)適(shi)配等(deng)方式實現(xian)傳(chuan)統(tong)(tong)信息系統(tong)(tong)的云改造，為平(ping)(ping)臺用戶提供(gong)各類(lei)工(gong)業APP等(deng)數字(zi)化解決方案，發展大數據分析等(deng)綜合應用，實現(xian)資源集中化、服務(wu)精準化、知識復用化。

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二、工業互聯網平臺核心技術

工(gong)(gong)(gong)業(ye)互(hu)聯(lian)網(wang)平臺(tai)需要解決多類(lei)工(gong)(gong)(gong)業(ye)設備接(jie)入、多源工(gong)(gong)(gong)業(ye)數(shu)據集成、海(hai)量(liang)數(shu)據管(guan)理(li)與處理(li)、工(gong)(gong)(gong)業(ye)數(shu)據建(jian)模分析(xi)、工(gong)(gong)(gong)業(ye)應用創(chuang)新與集成、工(gong)(gong)(gong)業(ye)知識積累迭代實(shi)現等一系列問題，涉及七(qi)大類(lei)關鍵技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)，分別為數(shu)據集成和(he)邊緣處理(li)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、IaaS技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、平臺(tai)使能(neng)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、數(shu)據管(guan)理(li)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、工(gong)(gong)(gong)業(ye)數(shu)據建(jian)模與分析(xi)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、應用開(kai)發和(he)微服務技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、安全(quan)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)。

1、數據集成與邊緣處理技術

設備接(jie)入：基(ji)于(yu)工(gong)業(ye)以(yi)太網、工(gong)業(ye)總線等(deng)(deng)(deng)工(gong)業(ye)通信協(xie)議，以(yi)太網、光纖等(deng)(deng)(deng)通用協(xie)議，3G/4G、NB-IOT等(deng)(deng)(deng)無線協(xie)議將工(gong)業(ye)現場設備接(jie)入到(dao)平臺邊(bian)緣層。

協議(yi)轉(zhuan)換(huan)：一方(fang)面運用協議(yi)解析(xi)、中間件等(deng)技(ji)術兼(jian)容(rong)ModBus、OPC、CAN、Profibus等(deng)各類工業通信(xin)(xin)協議(yi)和軟件通信(xin)(xin)接口，實現數(shu)(shu)據(ju)(ju)格式(shi)轉(zhuan)換(huan)和統一。另一方(fang)面利用HTTP、MQTT等(deng)方(fang)式(shi)從邊緣(yuan)側將采集到(dao)的(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)傳輸到(dao)云端(duan)，實現數(shu)(shu)據(ju)(ju)的(de)遠程接入。邊緣(yuan)數(shu)(shu)據(ju)(ju)處(chu)理(li)：基于高(gao)性(xing)能計算芯(xin)片、實時操作系統、邊緣(yuan)分析(xi)算法等(deng)技(ji)術支(zhi)撐，在靠近設(she)備或(huo)數(shu)(shu)據(ju)(ju)源頭的(de)網絡邊緣(yuan)側進行數(shu)(shu)據(ju)(ju)預(yu)處(chu)理(li)、存儲以及智能分析(xi)應(ying)用，提升操作響應(ying)靈敏(min)度、消除網絡堵塞，并與云端(duan)分析(xi)形成協同。

2、IaaS技術

基于虛擬化(hua)、分布式存儲、并(bing)行計算、負載(zai)調度等技術，實現(xian)網絡、計算、存儲等計算機資(zi)(zi)源的池化(hua)管理，根據需求(qiu)進行彈性分配，并(bing)確(que)保(bao)資(zi)(zi)源使用(yong)的安(an)全與隔(ge)離，為用(yong)戶提(ti)供完善(shan)的云基礎(chu)設施服務(wu)。

3、平臺使能技術

資源調度：通過實時監控云(yun)端應(ying)(ying)用(yong)的(de)(de)業務(wu)量(liang)動態變(bian)化(hua)，結(jie)合相應(ying)(ying)的(de)(de)調度算法為應(ying)(ying)用(yong)程序分配相應(ying)(ying)的(de)(de)底層(ceng)資源，從而使(shi)云(yun)端應(ying)(ying)用(yong)可以自(zi)動適應(ying)(ying)業務(wu)量(liang)的(de)(de)變(bian)化(hua)。

多租(zu)戶管(guan)理：通過虛擬(ni)化、數據庫(ku)隔(ge)離、容器等技術實現不同租(zu)戶應用和服務的隔(ge)離，保護其隱私與安全。

4、數據管理技術

數據(ju)處理框架：借(jie)助Hadoop、Spark、Storm等(deng)分布(bu)式處理架構，滿(man)足海量(liang)數據(ju)的批處理和流處理計算(suan)需求。

數據預(yu)處理(li)：運用(yong)數據冗余剔除、異常檢測、歸一化等(deng)方(fang)法對原始數據進行清(qing)洗，為后續存(cun)儲、管理(li)與分析提供(gong)高質量數據來源。

數(shu)據存儲(chu)與管理：通(tong)過分(fen)布式文件系統、NoSQL數(shu)據庫(ku)、關(guan)系數(shu)據庫(ku)、時序數(shu)據庫(ku)等(deng)不同的數(shu)據管理引擎實現海量工業數(shu)據的分(fen)區選擇、存儲(chu)、編(bian)目(mu)與索引等(deng)。

5、應用開發和微服務技術

多(duo)語言與(yu)工具支持(chi)：支持(chi)Java，Ruby和PHP等多(duo)種語言編譯環境(jing)，并提供Eclipse integration，JBoss Developer Studio、git 和Jenkins等各類開發工具，構建(jian)高效便捷的集成開發環境(jing)。

微服(fu)務(wu)架構：提供涵蓋服(fu)務(wu)注冊(ce)、發(fa)現、通信、調用的管理機制(zhi)和(he)運(yun)行環境，支撐基于(yu)微型(xing)服(fu)務(wu)單元集成的“松耦合”應用 開發(fa)和(he)部(bu)署。

圖形(xing)化編程(cheng)：通過類似Labview的圖形(xing)化編程(cheng)工具，簡(jian)化開(kai)發流程(cheng)，支持用戶采用拖拽方式進行應用創建、測試、擴展等。

6、工業數據建模與分析技術

數(shu)(shu)據(ju)(ju)分析算法(fa)：運用數(shu)(shu)學(xue)統(tong)計、機器(qi)學(xue)習及(ji)最新(xin)的人工智能算法(fa)實現面向歷史數(shu)(shu)據(ju)(ju)、實時數(shu)(shu)據(ju)(ju)、時序數(shu)(shu)據(ju)(ju)的聚類、關聯和預測(ce)分析。

機理(li)建(jian)模(mo)：利用機械(xie)、電子、物理(li)、化學等領域專業(ye)知識，結合(he)工業(ye)生產實(shi)踐經驗，基于(yu)已知工業(ye)機理(li)構建(jian)各類模(mo)型，實(shi)現分析應用。

7、安全技術

數(shu)據接入安全：通過工業(ye)防火墻技術(shu)、工業(ye)網閘技術(shu)、加密隧道(dao)傳輸(shu)技術(shu)，防止數(shu)據泄(xie)漏、被偵(zhen)聽(ting)或篡改(gai)，保障數(shu)據在(zai)源頭和傳輸(shu)過程(cheng)中(zhong)安全。

平臺(tai)安(an)(an)全(quan)：通過平臺(tai)入侵實(shi)時檢測(ce)、網絡安(an)(an)全(quan)防御(yu)系統、惡意代碼防護(hu)、網站(zhan)威(wei)脅防護(hu)、網頁防篡改等技術實(shi)現(xian)工業互(hu)聯網平臺(tai)的代碼安(an)(an)全(quan)、應用安(an)(an)全(quan)、數據安(an)(an)全(quan)、網站(zhan)安(an)(an)全(quan)。

訪(fang)問(wen)安全：通過(guo)建立統一(yi)的(de)(de)(de)訪(fang)問(wen)機(ji)制(zhi)，限制(zhi)用戶的(de)(de)(de)訪(fang)問(wen)權限和所(suo)能使用的(de)(de)(de)計算資源和網絡資源實現對云平臺重要(yao)資源的(de)(de)(de)訪(fang)問(wen)控制(zhi)和管理，防止非法(fa)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構(gou)建(jian)和(he)發(fa)展產生深遠(yuan)影響。在平臺(tai)層(ceng)(ceng)，PaaS技術(shu)、新(xin)型集成技術(shu)和(he)容器技術(shu)正加速(su)改變信(xin)息(xi)系統(tong)的構(gou)建(jian)和(he)組織方式。在邊緣層(ceng)(ceng)，邊緣計算技術(shu)極大的拓(tuo)展了(le)平臺(tai)收(shou)集和(he)管理數(shu)據的范圍和(he)能(neng)力。在應(ying)用層(ceng)(ceng)，微服務(wu)等新(xin)型開發(fa)框(kuang)架(jia)驅動工(gong)業軟件開發(fa)方式不斷變革，而(er)工(gong)業機理與數(shu)據科學深度融合則(ze)正在引發(fa)工(gong)業應(ying)用的創新(xin)浪潮(chao)。