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(gong)業(ye)(ye)云(yun)平臺(tai)(tai)，它基于應用需(xu)求，搭建對(dui)工(gong)業(ye)(ye)數據采集、存儲、分(fen)析和(he)應用的(de)模塊體系，實現工(gong)業(ye)(ye)互聯(lian)網輔助的(de)生產功能。其核心由(you)基礎設施層(ceng)（IaaS）、平臺(tai)(tai)層(ceng)（PaaS）、應用層(ceng)（SaaS）三層(ceng)組成(cheng)，再(zai)加上端層(ceng)、邊緣層(ceng)，共(gong)同組成(cheng)工(gong)業(ye)(ye)互聯(lian)網平臺(tai)(tai)的(de)基本(ben)架構。

1、端層

端(duan)(duan)層(ceng)也稱(cheng)設(she)(she)備(bei)層(ceng)，指生產(chan)(chan)(chan)現場(chang)的各種物(wu)聯網型工(gong)業(ye)(ye)(ye)設(she)(she)備(bei)，如數(shu)控機床、工(gong)業(ye)(ye)(ye)傳感器、工(gong)業(ye)(ye)(ye)機器人等，它(ta)們(men)貫(guan)穿產(chan)(chan)(chan)品(pin)全生命周期，分別起到生產(chan)(chan)(chan)、檢測(ce)、監控等不同作用，以監測(ce)生產(chan)(chan)(chan)現場(chang)，靈活處(chu)理(li)(li)生產(chan)(chan)(chan)過程中(zhong)的不同情況(kuang)。端(duan)(duan)層(ceng)以物(wu)聯網技(ji)術為基(ji)礎，產(chan)(chan)(chan)生并(bing)(bing)匯(hui)聚大量(liang)的工(gong)業(ye)(ye)(ye)數(shu)據(ju)，包含(han)歷史(shi)數(shu)據(ju)和即時數(shu)據(ju)，也使得端(duan)(duan)層(ceng)成為工(gong)業(ye)(ye)(ye)互聯網平(ping)臺的底(di)層(ceng)基(ji)礎。但是，由于端(duan)(duan)層(ceng)的工(gong)業(ye)(ye)(ye)數(shu)據(ju)來源(yuan)于不同設(she)(she)備(bei)、不同系統，因此需要進一步處(chu)理(li)(li)，才(cai)能(neng)向(xiang)上層(ceng)傳遞并(bing)(bing)利(li)用。

2、邊緣層

邊緣層對端層產生的工(gong)業(ye)數據進(jin)(jin)行(xing)采(cai)集，并對不同來源的工(gong)業(ye)數據進(jin)(jin)行(xing)協議解析和(he)邊緣處理。它兼容(rong)OPC/OPC UA、Mod-Bus等各(ge)類工(gong)業(ye)通信協議，把采(cai)集數據進(jin)(jin)行(xing)格(ge)式(shi)(shi)轉換和(he)統一，再通過光纖、以太網等鏈路，將(jiang)相關數據以有線(xian)或無線(xian)方式(shi)(shi)（如5G、NB-IoT等）遠程傳輸到工(gong)業(ye)互聯網平臺。

邊(bian)緣計(ji)算(suan)技術是(shi)(shi)邊(bian)緣層(ceng)的重要(yao)組成部分。它基(ji)于(yu)高(gao)性能計(ji)算(suan)芯片、實時高(gao)速處(chu)(chu)理方法、高(gao)精度計(ji)算(suan)系統等先(xian)進技術或工(gong)(gong)具(ju)(ju)支撐，在工(gong)(gong)業設備(bei)、智(zhi)能終端等數據(ju)(ju)源頭一(yi)側(ce)，進行數據(ju)(ju)的先(xian)處(chu)(chu)理和(he)預處(chu)(chu)理，提(ti)升系統反(fan)應速度和(he)數據(ju)(ju)傳輸(shu)速度，解決數據(ju)(ju)傳輸(shu)和(he)通信的時延問題。邊(bian)緣計(ji)算(suan)的優(you)點是(shi)(shi)具(ju)(ju)有較(jiao)(jiao)低的延遲以實現較(jiao)(jiao)短(duan)的響應時間(jian)，以及解決能源消耗、帶寬負擔和(he)安全(quan)問題的潛力。

3、IaaS層

基礎設(she)施(shi)層(ceng)（IaaS）主(zhu)要提(ti)供(gong)云基礎設(she)施(shi)，如計算(suan)(suan)資(zi)源(yuan)、網(wang)絡(luo)資(zi)源(yuan)、存(cun)(cun)儲(chu)資(zi)源(yuan)等，支(zhi)撐工業互聯網(wang)平(ping)臺(tai)的(de)(de)(de)整體運(yun)行。其核心(xin)是虛擬化技術(shu)，利(li)用分布式(shi)存(cun)(cun)儲(chu)、并發式(shi)計算(suan)(suan)、高負(fu)載調度等新技術(shu)，實現資(zi)源(yuan)服(fu)(fu)務設(she)施(shi)的(de)(de)(de)動態管理，提(ti)升資(zi)源(yuan)服(fu)(fu)務有效利(li)用率，也確保資(zi)源(yuan)服(fu)(fu)務的(de)(de)(de)安(an)全。IaaS層(ceng)作為設(she)備和(he)平(ping)臺(tai)應(ying)用的(de)(de)(de)連接(jie)層(ceng)，為PaaS層(ceng)的(de)(de)(de)功能運(yun)行和(he)SaaS層(ceng)的(de)(de)(de)應(ying)用服(fu)(fu)務提(ti)供(gong)完整的(de)(de)(de)底層(ceng)基礎設(she)施(shi)服(fu)(fu)務。

4、PaaS層

平(ping)(ping)臺(tai)層（PaaS）是整個工(gong)(gong)業(ye)互(hu)聯網平(ping)(ping)臺(tai)的核心，它由云計算技術(shu)構建，不僅能接收存儲數據(ju)，還能提供(gong)強大的計算環境，對工(gong)(gong)業(ye)數據(ju)進行云處理或云控制。它的根本(ben)是在IaaS平(ping)(ping)臺(tai)上構建了一個擴展(zhan)性(xing)強的支持系統，也為工(gong)(gong)業(ye)應(ying)用或軟件的開發提供(gong)了良好的基礎平(ping)(ping)臺(tai)。

PaaS層能以平臺優勢，利用(yong)數(shu)(shu)據(ju)(ju)庫、算法分析等技術，實現數(shu)(shu)據(ju)(ju)進(jin)一步處理(li)與(yu)計(ji)算、數(shu)(shu)據(ju)(ju)存儲、應(ying)(ying)用(yong)或微(wei)服務(wu)開發等功能，以疊加(jia)、擴展的方式(shi)提供工(gong)業(ye)(ye)應(ying)(ying)用(yong)開發、部署的基礎(chu)環(huan)境，形成(cheng)完整度(du)(du)(du)高、定制性好、移植復(fu)用(yong)程度(du)(du)(du)高的工(gong)業(ye)(ye)操作系(xi)統(tong)。PaaS層還能根(gen)據(ju)(ju)業(ye)(ye)務(wu)進(jin)行(xing)資源調度(du)(du)(du)，也能保(bao)障(zhang)數(shu)(shu)據(ju)(ju)接入、平臺運營、接口訪問(wen)的安全機制，保(bao)障(zhang)業(ye)(ye)務(wu)正常開展。

5、SaaS層

應用層（SaaS）是(shi)工(gong)業互聯網平臺的(de)(de)關鍵(jian)，它(ta)是(shi)對外服務(wu)的(de)(de)關口，與用戶直接對接，體現了工(gong)業數(shu)據最終的(de)(de)應用價值(zhi)。SaaS層基(ji)于PaaS層平臺上(shang)豐富的(de)(de)工(gong)業微服務(wu)功能(neng)模塊，以高效、便捷、多(duo)端(duan)適配等(deng)方(fang)(fang)式實現傳統信息系統的(de)(de)云改造，為(wei)平臺用戶提供各(ge)類工(gong)業APP等(deng)數(shu)字化(hua)解決方(fang)(fang)案(an)，發展大數(shu)據分(fen)析等(deng)綜合應用，實現資源(yuan)集中化(hua)、服務(wu)精(jing)準化(hua)、知識復用化(hua)。

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二、工業互聯網平臺核心技術

工業(ye)互聯(lian)網平臺需(xu)要解(jie)決多類(lei)工業(ye)設(she)備接入(ru)、多源工業(ye)數(shu)(shu)據(ju)(ju)集(ji)成、海量數(shu)(shu)據(ju)(ju)管理(li)(li)與處理(li)(li)、工業(ye)數(shu)(shu)據(ju)(ju)建(jian)模(mo)分(fen)析(xi)、工業(ye)應用創新(xin)與集(ji)成、工業(ye)知識積累(lei)迭代(dai)實現等一(yi)系(xi)列(lie)問題，涉(she)及七大類(lei)關鍵技(ji)術(shu)(shu)，分(fen)別為數(shu)(shu)據(ju)(ju)集(ji)成和邊緣處理(li)(li)技(ji)術(shu)(shu)、IaaS技(ji)術(shu)(shu)、平臺使能技(ji)術(shu)(shu)、數(shu)(shu)據(ju)(ju)管理(li)(li)技(ji)術(shu)(shu)、工業(ye)數(shu)(shu)據(ju)(ju)建(jian)模(mo)與分(fen)析(xi)技(ji)術(shu)(shu)、應用開發和微服務技(ji)術(shu)(shu)、安全技(ji)術(shu)(shu)。

1、數據集成與邊緣處理技術

設(she)備接入：基于工(gong)業(ye)(ye)(ye)以太網(wang)、工(gong)業(ye)(ye)(ye)總線等(deng)工(gong)業(ye)(ye)(ye)通(tong)信協(xie)議(yi)，以太網(wang)、光纖等(deng)通(tong)用協(xie)議(yi)，3G/4G、NB-IOT等(deng)無線協(xie)議(yi)將工(gong)業(ye)(ye)(ye)現場設(she)備接入到平臺邊緣層。

協(xie)(xie)議(yi)轉換：一(yi)方(fang)面運用(yong)協(xie)(xie)議(yi)解(jie)析(xi)、中(zhong)間件(jian)等(deng)技術兼容ModBus、OPC、CAN、Profibus等(deng)各類(lei)工業通信協(xie)(xie)議(yi)和(he)軟件(jian)通信接口(kou)，實現數據(ju)(ju)格(ge)式轉換和(he)統一(yi)。另一(yi)方(fang)面利用(yong)HTTP、MQTT等(deng)方(fang)式從邊緣側將采集到的數據(ju)(ju)傳輸到云端，實現數據(ju)(ju)的遠(yuan)程接入。邊緣數據(ju)(ju)處(chu)理(li)：基于(yu)高(gao)性能(neng)計(ji)算芯片、實時操(cao)作系統、邊緣分析(xi)算法等(deng)技術支撐，在靠(kao)近設備或數據(ju)(ju)源頭的網絡邊緣側進行數據(ju)(ju)預(yu)處(chu)理(li)、存儲(chu)以(yi)及智能(neng)分析(xi)應用(yong)，提升操(cao)作響(xiang)應靈敏度、消(xiao)除網絡堵塞(sai)，并與云端分析(xi)形(xing)成協(xie)(xie)同。

2、IaaS技術

基(ji)于虛擬化(hua)、分(fen)布式存儲、并行(xing)計算、負(fu)載調度等技術，實(shi)現(xian)網絡(luo)、計算、存儲等計算機資(zi)源(yuan)的池化(hua)管理(li)，根據需(xu)求進行(xing)彈(dan)性(xing)分(fen)配，并確保(bao)資(zi)源(yuan)使用的安全與隔離，為用戶提供完善的云基(ji)礎設施服(fu)務。

3、平臺使能技術

資源(yuan)調度：通(tong)過實時(shi)監控(kong)云端應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)的業務(wu)量(liang)動態變化，結合相應(ying)(ying)的調度算法為(wei)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)程序分配相應(ying)(ying)的底層資源(yuan)，從而使云端應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)可以自動適應(ying)(ying)業務(wu)量(liang)的變化。

多租戶管理：通過(guo)虛擬化、數(shu)據庫隔離(li)(li)、容器等技術實現不同租戶應用和(he)服務的隔離(li)(li)，保護其隱私(si)與安全。

4、數據管理技術

數據(ju)處(chu)(chu)理框架：借助Hadoop、Spark、Storm等分(fen)布(bu)式處(chu)(chu)理架構(gou)，滿(man)足海量數據(ju)的批處(chu)(chu)理和流處(chu)(chu)理計算需求。

數據(ju)預(yu)處(chu)理：運(yun)用數據(ju)冗余剔(ti)除(chu)、異常檢測、歸一(yi)化(hua)等方法對原始(shi)數據(ju)進行清洗，為后(hou)續存(cun)儲(chu)、管理與分析提供高質量(liang)數據(ju)來源。

數(shu)據(ju)存儲(chu)與(yu)管理：通過分布式文件系統、NoSQL數(shu)據(ju)庫、關系數(shu)據(ju)庫、時序(xu)數(shu)據(ju)庫等不同的(de)數(shu)據(ju)管理引擎實(shi)現海量工業數(shu)據(ju)的(de)分區(qu)選(xuan)擇、存儲(chu)、編目與(yu)索引等。

5、應用開發和微服務技術

多語(yu)言(yan)(yan)與工具(ju)支持：支持Java，Ruby和(he)(he)PHP等多種語(yu)言(yan)(yan)編(bian)譯環境，并提供(gong)Eclipse integration，JBoss Developer Studio、git 和(he)(he)Jenkins等各類開(kai)發工具(ju)，構建高(gao)效便捷的集(ji)成開(kai)發環境。

微(wei)服(fu)(fu)務(wu)架構：提供涵蓋服(fu)(fu)務(wu)注冊、發現(xian)、通信(xin)、調用的管理機制和(he)運(yun)行環境，支撐基于微(wei)型(xing)服(fu)(fu)務(wu)單元集(ji)成的“松耦合”應用 開發和(he)部署。

圖(tu)形化編程：通過(guo)類似Labview的圖(tu)形化編程工(gong)具，簡化開發流程，支持用(yong)戶采用(yong)拖拽方式(shi)進行應(ying)用(yong)創建(jian)、測(ce)試、擴(kuo)展等。

6、工業數據建模與分析技術

數(shu)(shu)據(ju)(ju)分(fen)析(xi)算法(fa)：運用數(shu)(shu)學統計、機(ji)器學習(xi)及最新的人工智能(neng)算法(fa)實(shi)(shi)現(xian)面向歷史數(shu)(shu)據(ju)(ju)、實(shi)(shi)時(shi)數(shu)(shu)據(ju)(ju)、時(shi)序(xu)數(shu)(shu)據(ju)(ju)的聚類、關聯和預測(ce)分(fen)析(xi)。

機理建(jian)模：利(li)用機械(xie)、電子、物理、化學等(deng)領(ling)域專(zhuan)業知識，結(jie)合工(gong)業生產(chan)實踐(jian)經驗，基于(yu)已知工(gong)業機理構建(jian)各類模型，實現分析應用。

7、安全技術

數據(ju)接入安全：通(tong)過工(gong)業防(fang)火墻技(ji)術(shu)、工(gong)業網閘(zha)技(ji)術(shu)、加密隧道傳輸(shu)技(ji)術(shu)，防(fang)止數據(ju)泄漏、被偵聽或篡改，保障數據(ju)在源(yuan)頭(tou)和傳輸(shu)過程(cheng)中安全。

平臺安(an)全(quan)(quan)：通過(guo)平臺入侵實時檢測、網絡安(an)全(quan)(quan)防御系統、惡意代碼防護、網站威脅防護、網頁防篡改等技術實現工業(ye)互聯網平臺的代碼安(an)全(quan)(quan)、應用(yong)安(an)全(quan)(quan)、數據安(an)全(quan)(quan)、網站安(an)全(quan)(quan)。

訪(fang)問(wen)(wen)(wen)安(an)全：通過建立統一(yi)的(de)訪(fang)問(wen)(wen)(wen)機制，限制用戶的(de)訪(fang)問(wen)(wen)(wen)權限和所能(neng)使用的(de)計算資源和網絡(luo)資源實(shi)現對(dui)云平臺重要資源的(de)訪(fang)問(wen)(wen)(wen)控制和管理，防止(zhi)非法訪(fang)問(wen)(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構(gou)建和(he)(he)(he)發(fa)展產生深遠影響(xiang)。在(zai)平(ping)臺(tai)層，PaaS技術、新型集(ji)成技術和(he)(he)(he)容器技術正加速改(gai)變信息系(xi)統的構(gou)建和(he)(he)(he)組(zu)織方式。在(zai)邊緣(yuan)層，邊緣(yuan)計算技術極大的拓展了平(ping)臺(tai)收集(ji)和(he)(he)(he)管(guan)理數據的范圍和(he)(he)(he)能力。在(zai)應(ying)用(yong)層，微(wei)服(fu)務等新型開(kai)發(fa)框架(jia)驅(qu)動工業軟件開(kai)發(fa)方式不斷變革，而工業機理與數據科學深度融(rong)合則正在(zai)引發(fa)工業應(ying)用(yong)的創新浪潮(chao)。