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工業(ye)云平臺，它基于應用(yong)需求(qiu)，搭建對工業(ye)數據采集、存儲、分析和應用(yong)的模塊體系，實現工業(ye)互聯(lian)網(wang)輔助(zhu)的生產功(gong)能。其核心由基礎設施(shi)層(ceng)（IaaS）、平臺層(ceng)（PaaS）、應用(yong)層(ceng)（SaaS）三(san)層(ceng)組成(cheng)，再加上(shang)端層(ceng)、邊緣層(ceng)，共同(tong)組成(cheng)工業(ye)互聯(lian)網(wang)平臺的基本架構。

1、端層

端層(ceng)(ceng)(ceng)也稱(cheng)設備(bei)層(ceng)(ceng)(ceng)，指生(sheng)產(chan)(chan)現場(chang)的各種物(wu)聯網(wang)(wang)型工業設備(bei)，如(ru)數控機床(chuang)、工業傳感器、工業機器人等，它們(men)貫(guan)穿產(chan)(chan)品全生(sheng)命周期，分別起(qi)到(dao)生(sheng)產(chan)(chan)、檢(jian)測、監控等不同(tong)作用(yong)，以監測生(sheng)產(chan)(chan)現場(chang)，靈活(huo)處理生(sheng)產(chan)(chan)過程中(zhong)的不同(tong)情況。端層(ceng)(ceng)(ceng)以物(wu)聯網(wang)(wang)技術為基礎，產(chan)(chan)生(sheng)并匯聚(ju)大量(liang)的工業數據(ju)，包含歷史(shi)數據(ju)和即時數據(ju)，也使得端層(ceng)(ceng)(ceng)成為工業互聯網(wang)(wang)平臺的底(di)層(ceng)(ceng)(ceng)基礎。但是(shi)，由于端層(ceng)(ceng)(ceng)的工業數據(ju)來源于不同(tong)設備(bei)、不同(tong)系(xi)統，因(yin)此需(xu)要進一步處理，才能向上(shang)層(ceng)(ceng)(ceng)傳遞并利(li)用(yong)。

2、邊緣層

邊(bian)緣層對(dui)端層產生的工業(ye)數據進行(xing)采(cai)(cai)集(ji)，并對(dui)不(bu)同來源的工業(ye)數據進行(xing)協議(yi)解析和(he)邊(bian)緣處理。它兼(jian)容OPC/OPC UA、Mod-Bus等各類工業(ye)通(tong)信協議(yi)，把采(cai)(cai)集(ji)數據進行(xing)格(ge)式轉換和(he)統(tong)一，再通(tong)過(guo)光纖、以(yi)太網(wang)等鏈路，將相關數據以(yi)有(you)線(xian)或(huo)無線(xian)方式（如5G、NB-IoT等）遠程(cheng)傳輸到工業(ye)互(hu)聯(lian)網(wang)平(ping)臺。

邊緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)技術(shu)是(shi)邊緣(yuan)層的重要組成部分。它基于高性能計(ji)算(suan)(suan)芯(xin)片(pian)、實時高速處理方(fang)法、高精度(du)(du)計(ji)算(suan)(suan)系統(tong)等(deng)先進技術(shu)或工具支撐，在工業設備、智能終端(duan)等(deng)數據(ju)源頭一側，進行數據(ju)的先處理和預處理，提升系統(tong)反應(ying)速度(du)(du)和數據(ju)傳輸速度(du)(du)，解(jie)決數據(ju)傳輸和通信的時延問題。邊緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)的優點是(shi)具有較低的延遲以實現較短的響(xiang)應(ying)時間(jian)，以及解(jie)決能源消(xiao)耗、帶寬(kuan)負擔和安全問題的潛(qian)力。

3、IaaS層

基(ji)(ji)礎設(she)施層(ceng)(ceng)（IaaS）主要提供云基(ji)(ji)礎設(she)施，如計(ji)算資(zi)源、網絡資(zi)源、存儲(chu)資(zi)源等(deng)，支撐(cheng)工業互聯網平(ping)臺的(de)整體運行(xing)。其核(he)心(xin)是虛擬化技術，利(li)(li)用(yong)分布式存儲(chu)、并發式計(ji)算、高負載調度等(deng)新技術，實現資(zi)源服(fu)務(wu)設(she)施的(de)動態(tai)管理，提升(sheng)資(zi)源服(fu)務(wu)有效利(li)(li)用(yong)率，也確保(bao)資(zi)源服(fu)務(wu)的(de)安全。IaaS層(ceng)(ceng)作(zuo)為設(she)備和平(ping)臺應用(yong)的(de)連(lian)接(jie)層(ceng)(ceng)，為PaaS層(ceng)(ceng)的(de)功能(neng)運行(xing)和SaaS層(ceng)(ceng)的(de)應用(yong)服(fu)務(wu)提供完整的(de)底層(ceng)(ceng)基(ji)(ji)礎設(she)施服(fu)務(wu)。

4、PaaS層

平臺(tai)(tai)層（PaaS）是整個工業互聯網平臺(tai)(tai)的(de)核(he)心，它由云計(ji)算技術(shu)構建(jian)，不(bu)僅能(neng)接收存儲數(shu)(shu)據，還(huan)能(neng)提供(gong)強大的(de)計(ji)算環境(jing)，對工業數(shu)(shu)據進行云處理(li)或云控制。它的(de)根(gen)本是在(zai)IaaS平臺(tai)(tai)上構建(jian)了一個擴展(zhan)性強的(de)支持系統，也為(wei)工業應用或軟件的(de)開發(fa)提供(gong)了良好(hao)的(de)基礎平臺(tai)(tai)。

PaaS層(ceng)能(neng)(neng)以(yi)平臺(tai)優勢，利用(yong)(yong)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)庫(ku)、算(suan)法分析等技術，實現數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)進一步處理(li)與計算(suan)、數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)存儲、應(ying)用(yong)(yong)或微(wei)服務(wu)開發等功能(neng)(neng)，以(yi)疊加(jia)、擴展的方(fang)式(shi)提供工(gong)業應(ying)用(yong)(yong)開發、部署的基礎環境，形(xing)成完整度(du)高(gao)、定制性好(hao)、移植復用(yong)(yong)程度(du)高(gao)的工(gong)業操作(zuo)系(xi)統。PaaS層(ceng)還能(neng)(neng)根據(ju)(ju)(ju)業務(wu)進行資源調(diao)度(du)，也能(neng)(neng)保(bao)障(zhang)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)接入、平臺(tai)運營、接口(kou)訪問的安全(quan)機制，保(bao)障(zhang)業務(wu)正常開展。

5、SaaS層

應用(yong)層(ceng)(ceng)（SaaS）是工(gong)(gong)業互聯網平(ping)臺(tai)的關鍵，它是對(dui)外服(fu)(fu)務的關口(kou)，與用(yong)戶直(zhi)接對(dui)接，體現(xian)了工(gong)(gong)業數據(ju)最(zui)終的應用(yong)價(jia)值(zhi)。SaaS層(ceng)(ceng)基于PaaS層(ceng)(ceng)平(ping)臺(tai)上(shang)豐富的工(gong)(gong)業微服(fu)(fu)務功能模(mo)塊，以(yi)高效、便捷、多端適(shi)配等(deng)方式(shi)實現(xian)傳(chuan)統信(xin)息系統的云改造，為平(ping)臺(tai)用(yong)戶提供各(ge)類(lei)工(gong)(gong)業APP等(deng)數字化解(jie)決方案，發(fa)展大數據(ju)分析等(deng)綜合應用(yong)，實現(xian)資源集中化、服(fu)(fu)務精準化、知識復用(yong)化。

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二、工業互聯網平臺核心技術

工(gong)(gong)業(ye)(ye)互(hu)聯網平(ping)臺需要解決(jue)多(duo)類工(gong)(gong)業(ye)(ye)設備(bei)接(jie)入、多(duo)源(yuan)工(gong)(gong)業(ye)(ye)數據(ju)(ju)集(ji)成、海量數據(ju)(ju)管理與處理、工(gong)(gong)業(ye)(ye)數據(ju)(ju)建模分(fen)(fen)析、工(gong)(gong)業(ye)(ye)應用創新(xin)與集(ji)成、工(gong)(gong)業(ye)(ye)知識積累迭代實現(xian)等(deng)一系列問題，涉及七大類關鍵技術(shu)，分(fen)(fen)別為數據(ju)(ju)集(ji)成和邊緣處理技術(shu)、IaaS技術(shu)、平(ping)臺使能技術(shu)、數據(ju)(ju)管理技術(shu)、工(gong)(gong)業(ye)(ye)數據(ju)(ju)建模與分(fen)(fen)析技術(shu)、應用開發和微服(fu)務(wu)技術(shu)、安全技術(shu)。

1、數據集成與邊緣處理技術

設備接(jie)入(ru)：基于工業(ye)以太網、工業(ye)總(zong)線等(deng)(deng)工業(ye)通信協議(yi)，以太網、光纖等(deng)(deng)通用協議(yi)，3G/4G、NB-IOT等(deng)(deng)無(wu)線協議(yi)將工業(ye)現場設備接(jie)入(ru)到(dao)平(ping)臺邊緣層(ceng)。

協(xie)(xie)議(yi)轉換：一方(fang)面運(yun)用協(xie)(xie)議(yi)解(jie)析(xi)(xi)、中(zhong)間(jian)件等(deng)技術兼容ModBus、OPC、CAN、Profibus等(deng)各類工業通信(xin)協(xie)(xie)議(yi)和(he)軟件通信(xin)接口，實(shi)現(xian)(xian)數(shu)據(ju)(ju)(ju)格式轉換和(he)統(tong)一。另一方(fang)面利用HTTP、MQTT等(deng)方(fang)式從邊(bian)(bian)緣側(ce)將(jiang)采集(ji)到的數(shu)據(ju)(ju)(ju)傳輸到云端(duan)，實(shi)現(xian)(xian)數(shu)據(ju)(ju)(ju)的遠程接入。邊(bian)(bian)緣數(shu)據(ju)(ju)(ju)處理：基于高性能(neng)(neng)計算(suan)芯(xin)片、實(shi)時操作系統(tong)、邊(bian)(bian)緣分(fen)析(xi)(xi)算(suan)法等(deng)技術支(zhi)撐，在靠近設(she)備或數(shu)據(ju)(ju)(ju)源頭的網(wang)(wang)絡邊(bian)(bian)緣側(ce)進行數(shu)據(ju)(ju)(ju)預處理、存儲(chu)以及(ji)智能(neng)(neng)分(fen)析(xi)(xi)應用，提升操作響應靈敏(min)度、消除網(wang)(wang)絡堵塞，并(bing)與云端(duan)分(fen)析(xi)(xi)形成協(xie)(xie)同。

2、IaaS技術

基(ji)于虛擬化(hua)、分(fen)布(bu)式存(cun)儲、并行(xing)計算(suan)(suan)、負載調度等技術，實現(xian)網(wang)絡、計算(suan)(suan)、存(cun)儲等計算(suan)(suan)機資(zi)源的池化(hua)管理，根據需(xu)求進行(xing)彈性分(fen)配，并確保資(zi)源使用(yong)的安(an)全與隔(ge)離(li)，為用(yong)戶提供完善的云(yun)基(ji)礎設(she)施(shi)服務。

3、平臺使能技術

資源調度：通過實時監控(kong)云(yun)端應(ying)(ying)用的(de)(de)業(ye)(ye)務量動態(tai)變化(hua)，結合相應(ying)(ying)的(de)(de)調度算法為應(ying)(ying)用程(cheng)序(xu)分配相應(ying)(ying)的(de)(de)底層資源，從(cong)而使云(yun)端應(ying)(ying)用可以(yi)自動適應(ying)(ying)業(ye)(ye)務量的(de)(de)變化(hua)。

多租戶管(guan)理(li)：通過虛擬(ni)化、數據庫隔離、容器等技術實現不(bu)同(tong)租戶應用和(he)服務的隔離，保(bao)護(hu)其隱私(si)與(yu)安全。

4、數據管理技術

數據處(chu)理框架：借助Hadoop、Spark、Storm等分布式處(chu)理架構，滿足海(hai)量數據的(de)批處(chu)理和流處(chu)理計算需(xu)求。

數據(ju)預處理(li)：運用數據(ju)冗余剔除(chu)、異常檢(jian)測、歸一(yi)化等方法(fa)對原始數據(ju)進行清洗(xi)，為后續存儲、管理(li)與分析提供高質(zhi)量數據(ju)來(lai)源。

數據存儲與(yu)管理：通過(guo)分(fen)布式(shi)文件(jian)系統、NoSQL數據庫、關(guan)系數據庫、時序數據庫等不同(tong)的數據管理引擎(qing)實現(xian)海量(liang)工業數據的分(fen)區選擇、存儲、編(bian)目與(yu)索引等。

5、應用開發和微服務技術

多(duo)語(yu)言(yan)與工具支(zhi)持：支(zhi)持Java，Ruby和PHP等多(duo)種語(yu)言(yan)編譯環(huan)境，并提供(gong)Eclipse integration，JBoss Developer Studio、git 和Jenkins等各類開(kai)發(fa)工具，構建高效便捷(jie)的(de)集成開(kai)發(fa)環(huan)境。

微服(fu)務(wu)(wu)架(jia)構：提供涵蓋服(fu)務(wu)(wu)注冊(ce)、發(fa)現、通信、調(diao)用(yong)的管理機制和運行環境，支撐基于微型服(fu)務(wu)(wu)單元集成的“松耦合(he)”應用(yong) 開發(fa)和部署。

圖(tu)形化編程(cheng)(cheng)：通過(guo)類似Labview的圖(tu)形化編程(cheng)(cheng)工具，簡化開發流程(cheng)(cheng)，支持用戶采用拖拽方(fang)式進行應(ying)用創建、測試(shi)、擴展等(deng)。

6、工業數據建模與分析技術

數(shu)據(ju)(ju)分析算法：運用(yong)數(shu)學(xue)統計、機器學(xue)習及最新(xin)的人(ren)工智能(neng)算法實(shi)現面(mian)向歷(li)史數(shu)據(ju)(ju)、實(shi)時數(shu)據(ju)(ju)、時序數(shu)據(ju)(ju)的聚類、關聯和預測(ce)分析。

機(ji)理建(jian)模：利用機(ji)械、電(dian)子、物(wu)理、化學等領域專業(ye)(ye)知識，結合工(gong)業(ye)(ye)生(sheng)產實踐經驗，基(ji)于已知工(gong)業(ye)(ye)機(ji)理構(gou)建(jian)各類模型(xing)，實現分析應用。

7、安全技術

數(shu)(shu)據(ju)接入安全(quan)：通過工業(ye)防火墻技術(shu)、工業(ye)網(wang)閘(zha)技術(shu)、加密(mi)隧道傳輸技術(shu)，防止數(shu)(shu)據(ju)泄漏、被偵聽或篡改(gai)，保障數(shu)(shu)據(ju)在源頭和(he)傳輸過程中(zhong)安全(quan)。

平(ping)臺安(an)全：通(tong)過(guo)平(ping)臺入侵實時檢測、網(wang)絡安(an)全防(fang)(fang)御系統、惡(e)意代碼防(fang)(fang)護、網(wang)站(zhan)威脅防(fang)(fang)護、網(wang)頁防(fang)(fang)篡改等(deng)技術實現工業互聯網(wang)平(ping)臺的(de)代碼安(an)全、應用安(an)全、數(shu)據安(an)全、網(wang)站(zhan)安(an)全。

訪(fang)(fang)問(wen)安全(quan)：通過(guo)建立統一的訪(fang)(fang)問(wen)機制(zhi)，限制(zhi)用戶的訪(fang)(fang)問(wen)權限和所能使用的計算(suan)資源和網絡(luo)資源實現對云平臺重要資源的訪(fang)(fang)問(wen)控制(zhi)和管理，防止(zhi)非法訪(fang)(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)構建和發(fa)展產生深遠(yuan)影(ying)響。在(zai)(zai)平(ping)臺層(ceng)，PaaS技(ji)術、新型(xing)集成(cheng)技(ji)術和容(rong)器(qi)技(ji)術正加速改變信息系統的(de)構建和組織方(fang)式。在(zai)(zai)邊(bian)緣(yuan)層(ceng)，邊(bian)緣(yuan)計算(suan)技(ji)術極大的(de)拓展了平(ping)臺收(shou)集和管理(li)數據的(de)范圍和能力。在(zai)(zai)應用層(ceng)，微服務等新型(xing)開發(fa)框架驅(qu)動工業軟件開發(fa)方(fang)式不斷變革，而工業機理(li)與數據科學深度融合則正在(zai)(zai)引發(fa)工業應用的(de)創新浪潮。