一、工業互聯網平臺架構核心要素

工業互聯網平臺的本質是(shi)工(gong)業(ye)云平(ping)臺，它(ta)基于應(ying)用需求，搭建對工(gong)業(ye)數據采集(ji)、存儲(chu)、分(fen)析和應(ying)用的模塊(kuai)體系，實現工(gong)業(ye)互(hu)(hu)聯網輔助(zhu)的生產功(gong)能。其核心由基礎設施(shi)層（IaaS）、平(ping)臺層（PaaS）、應(ying)用層（SaaS）三(san)層組成，再(zai)加上端層、邊緣層，共同(tong)組成工(gong)業(ye)互(hu)(hu)聯網平(ping)臺的基本架構(gou)。

1、端層

端(duan)層也稱設備(bei)(bei)層，指生(sheng)(sheng)產(chan)現場的(de)(de)各種物(wu)聯(lian)網(wang)型工(gong)業(ye)(ye)(ye)設備(bei)(bei)，如(ru)數(shu)控機床、工(gong)業(ye)(ye)(ye)傳(chuan)感器(qi)、工(gong)業(ye)(ye)(ye)機器(qi)人(ren)等(deng)(deng)，它(ta)們(men)貫穿產(chan)品全生(sheng)(sheng)命周期(qi)，分別(bie)起到生(sheng)(sheng)產(chan)、檢測、監(jian)控等(deng)(deng)不(bu)同(tong)作用，以監(jian)測生(sheng)(sheng)產(chan)現場，靈(ling)活處理生(sheng)(sheng)產(chan)過程中的(de)(de)不(bu)同(tong)情況(kuang)。端(duan)層以物(wu)聯(lian)網(wang)技術為基(ji)礎(chu)，產(chan)生(sheng)(sheng)并(bing)匯聚大量的(de)(de)工(gong)業(ye)(ye)(ye)數(shu)據，包含歷(li)史數(shu)據和(he)即時數(shu)據，也使得端(duan)層成為工(gong)業(ye)(ye)(ye)互聯(lian)網(wang)平(ping)臺(tai)的(de)(de)底層基(ji)礎(chu)。但是，由于端(duan)層的(de)(de)工(gong)業(ye)(ye)(ye)數(shu)據來源于不(bu)同(tong)設備(bei)(bei)、不(bu)同(tong)系統(tong)，因此需要進一步處理，才能向上層傳(chuan)遞(di)并(bing)利用。

2、邊緣層

邊緣層對端層產(chan)生的工(gong)(gong)業(ye)數據(ju)(ju)(ju)進行采集，并對不同來源的工(gong)(gong)業(ye)數據(ju)(ju)(ju)進行協(xie)議(yi)解析和邊緣處理(li)。它兼容OPC/OPC UA、Mod-Bus等各(ge)類(lei)工(gong)(gong)業(ye)通信協(xie)議(yi)，把采集數據(ju)(ju)(ju)進行格(ge)式轉換(huan)和統(tong)一，再通過光纖(xian)、以太網等鏈(lian)路(lu)，將相關(guan)數據(ju)(ju)(ju)以有(you)線或(huo)無線方式（如5G、NB-IoT等）遠(yuan)程(cheng)傳輸到工(gong)(gong)業(ye)互聯網平臺。

邊(bian)緣(yuan)(yuan)計(ji)算技術是(shi)邊(bian)緣(yuan)(yuan)層的(de)(de)重(zhong)要組(zu)成(cheng)部分。它基于(yu)高(gao)性能計(ji)算芯片、實時高(gao)速處(chu)理(li)(li)方法(fa)、高(gao)精度計(ji)算系統(tong)等先進(jin)技術或工具支(zhi)撐，在工業設備、智(zhi)能終端等數據(ju)源(yuan)頭(tou)一(yi)側，進(jin)行數據(ju)的(de)(de)先處(chu)理(li)(li)和預處(chu)理(li)(li)，提升系統(tong)反(fan)應(ying)速度和數據(ju)傳輸(shu)速度，解決(jue)數據(ju)傳輸(shu)和通信的(de)(de)時延問(wen)題。邊(bian)緣(yuan)(yuan)計(ji)算的(de)(de)優(you)點是(shi)具有較低的(de)(de)延遲以(yi)實現較短的(de)(de)響應(ying)時間，以(yi)及(ji)解決(jue)能源(yuan)消(xiao)耗、帶寬負(fu)擔(dan)和安全(quan)問(wen)題的(de)(de)潛力(li)。

3、IaaS層

基(ji)礎(chu)設施層(ceng)（IaaS）主要(yao)提(ti)供云基(ji)礎(chu)設施，如計(ji)算資源(yuan)(yuan)、網(wang)絡資源(yuan)(yuan)、存(cun)(cun)儲資源(yuan)(yuan)等(deng)，支(zhi)撐工業互聯網(wang)平(ping)臺的(de)(de)整(zheng)體運行(xing)。其核心是(shi)虛擬(ni)化技(ji)術，利(li)(li)用(yong)分布式存(cun)(cun)儲、并(bing)發式計(ji)算、高負載(zai)調度(du)等(deng)新(xin)技(ji)術，實現資源(yuan)(yuan)服務(wu)設施的(de)(de)動(dong)態(tai)管(guan)理，提(ti)升資源(yuan)(yuan)服務(wu)有(you)效利(li)(li)用(yong)率，也確保資源(yuan)(yuan)服務(wu)的(de)(de)安全(quan)。IaaS層(ceng)作為(wei)設備和(he)平(ping)臺應(ying)用(yong)的(de)(de)連接層(ceng)，為(wei)PaaS層(ceng)的(de)(de)功能運行(xing)和(he)SaaS層(ceng)的(de)(de)應(ying)用(yong)服務(wu)提(ti)供完(wan)整(zheng)的(de)(de)底層(ceng)基(ji)礎(chu)設施服務(wu)。

4、PaaS層

平臺(tai)層（PaaS）是(shi)整個工業互聯網平臺(tai)的(de)核心，它由云(yun)計(ji)算(suan)(suan)技術構建，不(bu)僅能(neng)接(jie)收存儲數(shu)據，還能(neng)提供強大的(de)計(ji)算(suan)(suan)環(huan)境，對工業數(shu)據進(jin)行(xing)云(yun)處(chu)理或云(yun)控制。它的(de)根本是(shi)在IaaS平臺(tai)上構建了(le)一個擴展(zhan)性強的(de)支持系統，也為工業應用或軟件(jian)的(de)開發提供了(le)良(liang)好(hao)的(de)基礎(chu)平臺(tai)。

PaaS層能以平臺優勢(shi)，利用(yong)數據庫(ku)、算法分析等技術(shu)，實現數據進(jin)一步處理與計算、數據存儲、應用(yong)或微服務開(kai)發(fa)等功能，以疊加、擴展(zhan)的(de)(de)方式提(ti)供工業(ye)應用(yong)開(kai)發(fa)、部(bu)署的(de)(de)基(ji)礎環境，形成(cheng)完整度高、定制性好、移(yi)植復用(yong)程度高的(de)(de)工業(ye)操作系統(tong)。PaaS層還(huan)能根據業(ye)務進(jin)行資(zi)源(yuan)調度，也能保障數據接入、平臺運(yun)營、接口訪問的(de)(de)安全機制，保障業(ye)務正常開(kai)展(zhan)。

5、SaaS層

應(ying)用(yong)(yong)層(ceng)(ceng)（SaaS）是工業互(hu)聯(lian)網平臺的關鍵(jian)，它是對(dui)外服(fu)務的關口，與(yu)用(yong)(yong)戶直接(jie)對(dui)接(jie)，體現(xian)了工業數據最終的應(ying)用(yong)(yong)價值。SaaS層(ceng)(ceng)基(ji)于(yu)PaaS層(ceng)(ceng)平臺上(shang)豐(feng)富的工業微服(fu)務功能模(mo)塊，以(yi)高效、便捷(jie)、多端適配等(deng)(deng)方式實現(xian)傳(chuan)統信息系(xi)統的云(yun)改造，為平臺用(yong)(yong)戶提供各類工業APP等(deng)(deng)數字化(hua)(hua)解決(jue)方案(an)，發展(zhan)大數據分析(xi)等(deng)(deng)綜(zong)合應(ying)用(yong)(yong)，實現(xian)資源集中化(hua)(hua)、服(fu)務精準化(hua)(hua)、知識復用(yong)(yong)化(hua)(hua)。

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二、工業互聯網平臺核心技術

工(gong)業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)互聯網(wang)平(ping)臺需要(yao)解決多類工(gong)業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)設備接入、多源工(gong)業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)數(shu)據集(ji)成、海量數(shu)據管理與處理、工(gong)業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)數(shu)據建模分(fen)析、工(gong)業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)應用(yong)創新與集(ji)成、工(gong)業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)知識積累迭(die)代實現等一系列(lie)問題，涉(she)及七大類關(guan)鍵技術(shu)(shu)，分(fen)別為(wei)數(shu)據集(ji)成和邊(bian)緣處理技術(shu)(shu)、IaaS技術(shu)(shu)、平(ping)臺使能技術(shu)(shu)、數(shu)據管理技術(shu)(shu)、工(gong)業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)數(shu)據建模與分(fen)析技術(shu)(shu)、應用(yong)開發和微(wei)服(fu)務技術(shu)(shu)、安全技術(shu)(shu)。

1、數據集成與邊緣處理技術

設備接入：基于工業以太(tai)網(wang)、工業總線(xian)等(deng)工業通(tong)信協議，以太(tai)網(wang)、光纖(xian)等(deng)通(tong)用協議，3G/4G、NB-IOT等(deng)無(wu)線(xian)協議將(jiang)工業現場設備接入到平臺邊緣層。

協議轉換：一方面運(yun)用協議解析(xi)、中間件等技(ji)術兼(jian)容ModBus、OPC、CAN、Profibus等各類(lei)工業通信(xin)協議和(he)軟件通信(xin)接口(kou)，實(shi)(shi)現數(shu)(shu)據(ju)格(ge)式轉換和(he)統一。另(ling)一方面利用HTTP、MQTT等方式從邊(bian)緣(yuan)側(ce)將采集到的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)傳輸到云(yun)端，實(shi)(shi)現數(shu)(shu)據(ju)的(de)(de)遠程接入。邊(bian)緣(yuan)數(shu)(shu)據(ju)處理(li)：基于高性能計算芯片、實(shi)(shi)時操作系統、邊(bian)緣(yuan)分析(xi)算法等技(ji)術支撐，在靠近設(she)備或數(shu)(shu)據(ju)源頭(tou)的(de)(de)網絡邊(bian)緣(yuan)側(ce)進行數(shu)(shu)據(ju)預處理(li)、存儲以及智(zhi)能分析(xi)應(ying)用，提升操作響(xiang)應(ying)靈敏度、消除網絡堵塞，并(bing)與云(yun)端分析(xi)形成協同。

2、IaaS技術

基(ji)于虛擬化、分(fen)布式存儲、并(bing)(bing)行計算(suan)(suan)、負載調度(du)等(deng)技術，實現網絡(luo)、計算(suan)(suan)、存儲等(deng)計算(suan)(suan)機資(zi)源的(de)(de)池化管理，根據(ju)需求進(jin)行彈性分(fen)配(pei)，并(bing)(bing)確保資(zi)源使用的(de)(de)安(an)全與隔(ge)離(li)，為用戶(hu)提供完善的(de)(de)云基(ji)礎設施服務。

3、平臺使能技術

資(zi)源調度：通過實時(shi)監控云端(duan)應(ying)用的(de)(de)業(ye)務(wu)量動(dong)(dong)態(tai)變化(hua)，結合相(xiang)應(ying)的(de)(de)調度算法為應(ying)用程序分配相(xiang)應(ying)的(de)(de)底層資(zi)源，從(cong)而使云端(duan)應(ying)用可以自動(dong)(dong)適應(ying)業(ye)務(wu)量的(de)(de)變化(hua)。

多租(zu)戶管理(li)：通(tong)過虛擬化、數據(ju)庫隔離、容(rong)器等(deng)技術實(shi)現不(bu)同租(zu)戶應(ying)用(yong)和服務的隔離，保(bao)護其隱(yin)私與安全。

4、數據管理技術

數據處理(li)框架：借(jie)助(zhu)Hadoop、Spark、Storm等分布式處理(li)架構，滿足海(hai)量數據的批處理(li)和(he)流(liu)處理(li)計算需(xu)求。

數據(ju)預處理(li)：運用數據(ju)冗(rong)余(yu)剔除、異常檢測、歸(gui)一化等方法對(dui)原始數據(ju)進行清洗，為后續存儲、管(guan)理(li)與分析(xi)提供高質量數據(ju)來源。

數據存儲(chu)與(yu)管(guan)(guan)理(li)：通(tong)過分布式(shi)文件系(xi)統、NoSQL數據庫、關系(xi)數據庫、時序數據庫等不同的(de)數據管(guan)(guan)理(li)引擎實現海(hai)量(liang)工業數據的(de)分區選擇、存儲(chu)、編目與(yu)索引等。

5、應用開發和微服務技術

多語言(yan)與工具支(zhi)持(chi)：支(zhi)持(chi)Java，Ruby和PHP等多種(zhong)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，構建高效便(bian)捷的集成(cheng)開發環境。

微(wei)服務架構：提供(gong)涵蓋服務注冊(ce)、發(fa)現、通信、調用(yong)的管理機制和運(yun)行環境(jing)，支撐基于微(wei)型(xing)服務單元(yuan)集(ji)成的“松耦合”應用(yong) 開發(fa)和部署(shu)。

圖(tu)形化編程(cheng)：通過(guo)類似Labview的(de)圖(tu)形化編程(cheng)工(gong)具，簡化開(kai)發流程(cheng)，支持(chi)用(yong)戶采用(yong)拖(tuo)拽方式進行應用(yong)創建、測試(shi)、擴展等。

6、工業數據建模與分析技術

數(shu)據分(fen)析算法(fa)：運用數(shu)學統計、機器學習及最新的人工智(zhi)能(neng)算法(fa)實現面向(xiang)歷(li)史數(shu)據、實時(shi)數(shu)據、時(shi)序(xu)數(shu)據的聚(ju)類、關(guan)聯和預測分(fen)析。

機(ji)理(li)建(jian)(jian)模：利用(yong)機(ji)械、電子、物理(li)、化學等(deng)領域專業知識(shi)，結(jie)合工業生產實踐經(jing)驗(yan)，基于(yu)已知工業機(ji)理(li)構建(jian)(jian)各類模型(xing)，實現分析應(ying)用(yong)。

7、安全技術

數據(ju)接入安(an)全(quan)：通過(guo)工業(ye)防火墻技(ji)術、工業(ye)網閘技(ji)術、加密隧(sui)道傳輸技(ji)術，防止(zhi)數據(ju)泄漏、被偵聽或篡改，保障數據(ju)在源頭和傳輸過(guo)程中安(an)全(quan)。

平臺安(an)全(quan)(quan)：通(tong)過平臺入侵實時檢測、網(wang)(wang)絡(luo)安(an)全(quan)(quan)防(fang)御系統、惡意(yi)代(dai)碼(ma)防(fang)護(hu)、網(wang)(wang)站威脅防(fang)護(hu)、網(wang)(wang)頁防(fang)篡改等(deng)技術實現工業互(hu)聯網(wang)(wang)平臺的代(dai)碼(ma)安(an)全(quan)(quan)、應用安(an)全(quan)(quan)、數據安(an)全(quan)(quan)、網(wang)(wang)站安(an)全(quan)(quan)。

訪(fang)問(wen)(wen)安全：通過(guo)建立統一的訪(fang)問(wen)(wen)機制，限制用(yong)(yong)戶的訪(fang)問(wen)(wen)權限和(he)所能使用(yong)(yong)的計算資源和(he)網(wang)絡資源實(shi)現對云平(ping)臺重要資源的訪(fang)問(wen)(wen)控制和(he)管理，防止非法訪(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)(gou)建(jian)和發展(zhan)產生深(shen)遠影響。在(zai)平臺(tai)層，PaaS技術(shu)(shu)(shu)、新型集(ji)成技術(shu)(shu)(shu)和容器技術(shu)(shu)(shu)正(zheng)加速改(gai)變信息系統的(de)(de)構(gou)(gou)建(jian)和組織方式。在(zai)邊緣層，邊緣計算技術(shu)(shu)(shu)極大的(de)(de)拓展(zhan)了平臺(tai)收(shou)集(ji)和管(guan)理(li)數據(ju)(ju)的(de)(de)范圍和能力(li)。在(zai)應用層，微(wei)服務等新型開(kai)發框架驅動工業(ye)軟件開(kai)發方式不斷變革，而(er)工業(ye)機理(li)與數據(ju)(ju)科學(xue)深(shen)度融合則(ze)正(zheng)在(zai)引(yin)發工業(ye)應用的(de)(de)創新浪潮(chao)。