工業物聯網技術方案及發展大潮

適用于IIoT的邊緣計算設備

　　IIoT的一個重要趨勢是越來越多的廠商注意到了邊緣的重要性。在以前的IIoT結構中，IT端通常扮演著更為重要的角色，所有的數據分析、數據挖掘和數據決策都在云端完成，而設備端只是用來收集數據。因此，以往的IIoT架構對設備端并沒有特別高的要求。但對于工業設備而言，很多數據的分析和處理都具有實時性、低延遲的要求，例如協同、控制等時間敏感的信號，而數據與云端通信的低傳輸速度與帶寬限制，是無法支持這些實時性的要求的。

　　因此，“邊緣計算”的概念應運而生。邊緣計算是指在靠近物或數據源頭的網絡邊緣側，融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務。需要強調的是，真正適用于IIoT的“邊緣計算”設備并不僅僅是傳統的控制器或者網關，而是需要滿足3個必備能力：采集邊緣數據、智能的運算能力和可操作的決策反饋。

　　邊緣計算將運算分散在靠近數據源的近端設備處理，分擔云平臺的工作量，具有更高的實時性、效率以及更低的延遲，隨著汽車、工廠資產、醫療設備、機器人等工業設備連接數量的指數型增長，將會有越來越多的工業應用采用邊緣計算。在未來，邊緣計算將與云計算互相協同，共同助力各行各業的數字化轉型。

　　NI的IIoT解決方案

　　到目前為止，NI已經聯合生態系統，推出了從設備端到決策端的完整的IIoT解決方案。該方案解決了邊緣計算最關鍵的兩個技術要點：高性能的邊緣節點和專業的數據管理。

　　首先，NI為工程師提供高性能的數據采集硬件平臺，擔任設備端邊緣節點，可以同時完成對設備狀態的數據收集與在線預處理。

　　其次，在數據管理方面，NI也推出了一系列專用的軟件產品，包括企業級狀態監測軟件InsightCM，分布式系統集中管理軟件SystemLink，海量數據管理及分析套件Diadem，以及在2017年新推出的LabVIEW機器學習工具包，能夠在邊緣側或云端提供專用于垂直工業領域的集中化數據管理和數據挖掘。同時，NI還大力投入機器學習領域，將人工智能這一熱點技術應用到IIoT中，通過對邊緣節點收集到的設備信息進行模型訓練和驗證，實現預測性維護的優化商業決策，真正實現IT+OT的技術融合。

　　此外，對于IIoT的快速發展，NI一直在關注新的技術趨勢，并不斷做出創新。

無線與互聯

無線連接技術將重塑工業應用

　　無線連接技術正在重塑許多工業應用，例如在過去是非常難以實現或是實現成本很高的連續監測傳感器;像zigbee這樣的無線網狀網絡在這些IIoT應用中做很多化繁為簡的工作。一個很好的案例是綠色能源市場，目前許多國家正在將人工抄表電表升級為可持續讀取計量值的自動電表。智能表計使得發電廠的操作員有能力去分析數據，并且在某些情況下還能控制整個電網的能耗，支持他們去優化電力生產以使其更加可靠和高效，同時為終端客戶降低用電成本。

　　僅依靠無線連接還不足以從工藝流程或環境中提取有價值的數據。當然，傳感器是必不可少的，Silicon Labs為工業應用提供一系列高精度的溫度、濕度、光學和磁性傳感器。終端節點上的無線微控制器也是一個關鍵組件。并不是所有的傳感器部署位置都有可用的電源，且通常的無線終端節點都采用電池供電，也有可能利用能量采集來對電池進行充電。終端節點的功能現在是至關重要的，因為在許多情況下，傳感器數據必須在終端節點上執行操作以提取有價值的信息，來盡可能減少無線傳輸數據的大小和頻率。這種邊緣計算方式對于節約能量至關重要，且在終端節點可根據傳感器數據直接與其環境進行交互的這種情況中也很重要。該功能可以使響應時間大大縮短，而不是終端節點首先必須向中央服務器報告，然后接受一個命令后才在一個時間關鍵的工藝流程中執行該命令。

　　Silicon Labs無線解決方案

　　終端節點上的無線微控制器必須具備多種特性才能以更好的方式工作。其中，無線連接是一個重要的基石，因為它是無線傳感器的主要保障者之一。Silicon Labs為其無線微控制器提供了zigbee、Thread、Bluetooth 5.0、Bluetooth mesh、Wi-Fi和一個強壯的專有無線協議平臺，來支持任何無線通信場景，并提供各種有線連接選項，包括CAN、以太網和以太網供電(PoE)。另外，Silicon Labs也提供多協議無線解決方案及專門用于支持測量傳感器的硬件。

傳感器網絡普及使諸多物聯網應用成為可能

　　Molex工業解決方案業務部業務發展經理Linda Shan認為，在IIoT領域，包括有線和無線在內的傳感器網絡的大規模普及正在使數諸多應用成為可能。例如，這類傳感器網絡在人機接口(HMI)方面促進了智能手機的使用，可以監控并控制各種工業過程。典型情況是智能手機中可以整合十幾種，乃至更多種傳感器，以及多種無線電天線及其相關的天線。

　　在今后幾年內，相信這一趨勢很可能繼續保持下去，而IIoT及工業 4.0 的發展將為行業帶來挑戰，需要部署具有移動性、微型化并且接入網狀網絡、采用了超低功率無線技術的各種“智能”設備。這類設備的設計將滿足工業過程優化所提出的復雜挑戰，并且以高效的 HMI 來推動一系列應用的發展。

　　高速的低延遲通信對于IIoT的功能將發揮至關重要的作用，尤其在于，海量的數據都將需要存儲到數據中心，在采用飛速發展的數據分析領域的各種工具的情況下，接受一定的分析。

　　預計在 2018 年也將迎來一系列整合到IIoT中的新應用，其中就包括機器學習和人工智能(AI)。

　　IIoT 所尋求的是改善效率、提高靈活性并加快上市速度，而這些都是通過將智能設備整合到 IIoT 中來實現的。其中的一個范例就是通過遠程狀態監測及預測性維護來優化系統的可用性。這樣可以使機器和系統的構建商為制造業的客戶帶來附加值，并且對他們的傳統商業模式重新進行思考。

　　Molex的IIoT解決方案

　　對于IIoT基礎設施內部基于傳感器的通信所使用的智能手機和其他移動設備，Molex 提供種類齊全的連接器系統與天線產品。產品陣容包括小體積的板對板和柔性印刷電路(FPC)互連系統，以及用于I/O、攝像頭插槽、內存和SIM卡以及天線應用的定制連接器與工業標準連接器。

　　印刷電子學現在正在為傳感器部署提供突破性的解決方案，而Molex的Soligie印刷型電子元件具有在塑料、紙張和金屬箔之類柔性基板上制作各種元件和互連系統的全部優勢。

　　同時，Molex 還提供一系列適用于IIoT和M2M應用的標準天線。這些產品可以快速部署，加快上市速度。當前的Molex標準天線選擇設計用于ISM和手機頻段的M2M通信，以及運行Wi-Fi?和移動電視的應用。為了提高HMI的效率，在整合及組合了多種開關格式與布局的設計當中，Molex還提供包括液位傳感器在內的多種電容式觸控傳感器。

使用NB-IoT或Cat-M的物聯網設備

　　儒卓力每年為全球35000多個客戶提供支持，因此，在即將到來的各種IIoT趨勢中占據一定的地位。通過互聯網使得工業物件能夠相互溝通的其中一個趨勢就是將新的窄帶技術用于物聯網設備(NB-IoT)或LTE的分類M(Cat-M)，視不同區域而定。這種新的無線技術允許設備直接連接到互聯網，而無需通過智能手機、路由器或網關，與標準GSM、UMTS或LTE模塊的區別在于功耗要低得多。

　　使用NB-IoT或Cat-M的物聯網設備可以使用電池運行長達10年。在過去3年中，Sigfox、LoRa和其他一些遠程技術被炒作，但在大部分的應用中，這些遠程技術都將被替換。IIoT的另一個大趨勢是歐洲數據保護法規(EU-GDPR)新框架的要求，特別是關于第25條和第32條。這對所有希望在歐洲市場推出新產品的客戶都很重要。他們必須對產品進行重新設計，并且使用先進的組件和技術來保障所有個人數據的安全，個人數據意味著99%的所有可用數據。

　　另一個大趨勢是邊緣智能，在前端微控制器中將實現人工智能算法的轉變。在沒有基于云的集中式系統的情況下，這是保障IP和算法，并創造出具有獨特功能的真正獨特產品的唯一機會。

　　儒卓力提供來自不同供應商的第一代可用NB-IoT和Cat-M模塊和芯片，客戶可以選擇家庭概念和個人解決方案。另外，關于EU-GDPR，儒卓力已經建立了一個技術團隊，集中了來自不同產品類別的專家，讓他們專注于應對GDPR問題。在拜訪客戶時，該技術團隊支持銷售團隊，討論這項新法規的不同方面，以及我們應對任何數據泄漏的解決方案。

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　　本文來源于《電子產品世界》2018年第3期第9頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。