工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方案及發(fā)展大潮

適用于IIoT的邊緣計(jì)算設(shè)備

　　IIoT的一個(gè)重要趨勢(shì)是越來(lái)越多的廠商注意到了邊緣的重要性。在以前的IIoT結(jié)構(gòu)中，IT端通常扮演著更為重要的角色，所有的數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)決策都在云端完成，而設(shè)備端只是用來(lái)收集數(shù)據(jù)。因此，以往的IIoT架構(gòu)對(duì)設(shè)備端并沒有特別高的要求。但對(duì)于工業(yè)設(shè)備而言，很多數(shù)據(jù)的分析和處理都具有實(shí)時(shí)性、低延遲的要求，例如協(xié)同、控制等時(shí)間敏感的信號(hào)，而數(shù)據(jù)與云端通信的低傳輸速度與帶寬限制，是無(wú)法支持這些實(shí)時(shí)性的要求的。

　　因此，“邊緣計(jì)算”的概念應(yīng)運(yùn)而生。邊緣計(jì)算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力的開放平臺(tái)，就近提供邊緣智能服務(wù)。需要強(qiáng)調(diào)的是，真正適用于IIoT的“邊緣計(jì)算”設(shè)備并不僅僅是傳統(tǒng)的控制器或者網(wǎng)關(guān)，而是需要滿足3個(gè)必備能力：采集邊緣數(shù)據(jù)、智能的運(yùn)算能力和可操作的決策反饋。

　　邊緣計(jì)算將運(yùn)算分散在靠近數(shù)據(jù)源的近端設(shè)備處理，分擔(dān)云平臺(tái)的工作量，具有更高的實(shí)時(shí)性、效率以及更低的延遲，隨著汽車、工廠資產(chǎn)、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人等工業(yè)設(shè)備連接數(shù)量的指數(shù)型增長(zhǎng)，將會(huì)有越來(lái)越多的工業(yè)應(yīng)用采用邊緣計(jì)算。在未來(lái)，邊緣計(jì)算將與云計(jì)算互相協(xié)同，共同助力各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

　　NI的IIoT解決方案

　　到目前為止，NI已經(jīng)聯(lián)合生態(tài)系統(tǒng)，推出了從設(shè)備端到?jīng)Q策端的完整的IIoT解決方案。該方案解決了邊緣計(jì)算最關(guān)鍵的兩個(gè)技術(shù)要點(diǎn)：高性能的邊緣節(jié)點(diǎn)和專業(yè)的數(shù)據(jù)管理。

　　首先，NI為工程師提供高性能的數(shù)據(jù)采集硬件平臺(tái)，擔(dān)任設(shè)備端邊緣節(jié)點(diǎn)，可以同時(shí)完成對(duì)設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)收集與在線預(yù)處理。

　　其次，在數(shù)據(jù)管理方面，NI也推出了一系列專用的軟件產(chǎn)品，包括企業(yè)級(jí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件InsightCM，分布式系統(tǒng)集中管理軟件SystemLink，海量數(shù)據(jù)管理及分析套件Diadem，以及在2017年新推出的LabVIEW機(jī)器學(xué)習(xí)工具包，能夠在邊緣側(cè)或云端提供專用于垂直工業(yè)領(lǐng)域的集中化數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)挖掘。同時(shí)，NI還大力投入機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，將人工智能這一熱點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用到IIoT中，通過(guò)對(duì)邊緣節(jié)點(diǎn)收集到的設(shè)備信息進(jìn)行模型訓(xùn)練和驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)的優(yōu)化商業(yè)決策，真正實(shí)現(xiàn)IT+OT的技術(shù)融合。

　　此外，對(duì)于IIoT的快速發(fā)展，NI一直在關(guān)注新的技術(shù)趨勢(shì)，并不斷做出創(chuàng)新。

無(wú)線與互聯(lián)

無(wú)線連接技術(shù)將重塑工業(yè)應(yīng)用

　　無(wú)線連接技術(shù)正在重塑許多工業(yè)應(yīng)用，例如在過(guò)去是非常難以實(shí)現(xiàn)或是實(shí)現(xiàn)成本很高的連續(xù)監(jiān)測(cè)傳感器;像zigbee這樣的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)在這些IIoT應(yīng)用中做很多化繁為簡(jiǎn)的工作。一個(gè)很好的案例是綠色能源市場(chǎng)，目前許多國(guó)家正在將人工抄表電表升級(jí)為可持續(xù)讀取計(jì)量值的自動(dòng)電表。智能表計(jì)使得發(fā)電廠的操作員有能力去分析數(shù)據(jù)，并且在某些情況下還能控制整個(gè)電網(wǎng)的能耗，支持他們?nèi)?yōu)化電力生產(chǎn)以使其更加可靠和高效，同時(shí)為終端客戶降低用電成本。

　　僅依靠無(wú)線連接還不足以從工藝流程或環(huán)境中提取有價(jià)值的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，傳感器是必不可少的，Silicon Labs為工業(yè)應(yīng)用提供一系列高精度的溫度、濕度、光學(xué)和磁性傳感器。終端節(jié)點(diǎn)上的無(wú)線微控制器也是一個(gè)關(guān)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(wú)線終端節(jié)點(diǎn)都采用電池供電，也有可能利用能量采集來(lái)對(duì)電池進(jìn)行充電。終端節(jié)點(diǎn)的功能現(xiàn)在是至關(guān)重要的，因?yàn)樵谠S多情況下，傳感器數(shù)據(jù)必須在終端節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行操作以提取有價(jià)值的信息，來(lái)盡可能減少無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的大小和頻率。這種邊緣計(jì)算方式對(duì)于節(jié)約能量至關(guān)重要，且在終端節(jié)點(diǎn)可根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)直接與其環(huán)境進(jìn)行交互的這種情況中也很重要。該功能可以使響應(yīng)時(shí)間大大縮短，而不是終端節(jié)點(diǎn)首先必須向中央服務(wù)器報(bào)告，然后接受一個(gè)命令后才在一個(gè)時(shí)間關(guān)鍵的工藝流程中執(zhí)行該命令。

　　Silicon Labs無(wú)線解決方案

　　終端節(jié)點(diǎn)上的無(wú)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(wú)線連接是一個(gè)重要的基石，因?yàn)樗菬o(wú)線傳感器的主要保障者之一。Silicon Labs為其無(wú)線微控制器提供了zigbee、Thread、Bluetooth 5.0、Bluetooth mesh、Wi-Fi和一個(gè)強(qiáng)壯的專有無(wú)線協(xié)議平臺(tái)，來(lái)支持任何無(wú)線通信場(chǎng)景，并提供各種有線連接選項(xiàng)，包括CAN、以太網(wǎng)和以太網(wǎng)供電(PoE)。另外，Silicon Labs也提供多協(xié)議無(wú)線解決方案及專門用于支持測(cè)量傳感器的硬件。

傳感器網(wǎng)絡(luò)普及使諸多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用成為可能

　　Molex工業(yè)解決方案業(yè)務(wù)部業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Linda Shan認(rèn)為，在IIoT領(lǐng)域，包括有線和無(wú)線在內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模普及正在使數(shù)諸多應(yīng)用成為可能。例如，這類傳感器網(wǎng)絡(luò)在人機(jī)接口(HMI)方面促進(jìn)了智能手機(jī)的使用，可以監(jiān)控并控制各種工業(yè)過(guò)程。典型情況是智能手機(jī)中可以整合十幾種，乃至更多種傳感器，以及多種無(wú)線電天線及其相關(guān)的天線。

　　在今后幾年內(nèi)，相信這一趨勢(shì)很可能繼續(xù)保持下去，而IIoT及工業(yè) 4.0 的發(fā)展將為行業(yè)帶來(lái)挑戰(zhàn)，需要部署具有移動(dòng)性、微型化并且接入網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、采用了超低功率無(wú)線技術(shù)的各種“智能”設(shè)備。這類設(shè)備的設(shè)計(jì)將滿足工業(yè)過(guò)程優(yōu)化所提出的復(fù)雜挑戰(zhàn)，并且以高效的 HMI 來(lái)推動(dòng)一系列應(yīng)用的發(fā)展。

　　高速的低延遲通信對(duì)于IIoT的功能將發(fā)揮至關(guān)重要的作用，尤其在于，海量的數(shù)據(jù)都將需要存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心，在采用飛速發(fā)展的數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的各種工具的情況下，接受一定的分析。

　　預(yù)計(jì)在 2018 年也將迎來(lái)一系列整合到IIoT中的新應(yīng)用，其中就包括機(jī)器學(xué)習(xí)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(guò)將智能設(shè)備整合到 IIoT 中來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其中的一個(gè)范例就是通過(guò)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)性維護(hù)來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)的可用性。這樣可以使機(jī)器和系統(tǒng)的構(gòu)建商為制造業(yè)的客戶帶來(lái)附加值，并且對(duì)他們的傳統(tǒng)商業(yè)模式重新進(jìn)行思考。

　　Molex的IIoT解決方案

　　對(duì)于IIoT基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)部基于傳感器的通信所使用的智能手機(jī)和其他移動(dòng)設(shè)備，Molex 提供種類齊全的連接器系統(tǒng)與天線產(chǎn)品。產(chǎn)品陣容包括小體積的板對(duì)板和柔性印刷電路(FPC)互連系統(tǒng)，以及用于I/O、攝像頭插槽、內(nèi)存和SIM卡以及天線應(yīng)用的定制連接器與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)連接器。

　　印刷電子學(xué)現(xiàn)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(tǒng)的全部?jī)?yōu)勢(shì)。

　　同時(shí)，Molex 還提供一系列適用于IIoT和M2M應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)天線。這些產(chǎn)品可以快速部署，加快上市速度。當(dāng)前的Molex標(biāo)準(zhǔn)天線選擇設(shè)計(jì)用于ISM和手機(jī)頻段的M2M通信，以及運(yùn)行Wi-Fi?和移動(dòng)電視的應(yīng)用。為了提高HMI的效率，在整合及組合了多種開關(guān)格式與布局的設(shè)計(jì)當(dāng)中，Molex還提供包括液位傳感器在內(nèi)的多種電容式觸控傳感器。

使用NB-IoT或Cat-M的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

　　儒卓力每年為全球35000多個(gè)客戶提供支持，因此，在即將到來(lái)的各種IIoT趨勢(shì)中占據(jù)一定的地位。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)使得工業(yè)物件能夠相互溝通的其中一個(gè)趨勢(shì)就是將新的窄帶技術(shù)用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(NB-IoT)或LTE的分類M(Cat-M)，視不同區(qū)域而定。這種新的無(wú)線技術(shù)允許設(shè)備直接連接到互聯(lián)網(wǎng)，而無(wú)需通過(guò)智能手機(jī)、路由器或網(wǎng)關(guān)，與標(biāo)準(zhǔn)GSM、UMTS或LTE模塊的區(qū)別在于功耗要低得多。

　　使用NB-IoT或Cat-M的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以使用電池運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)10年。在過(guò)去3年中，Sigfox、LoRa和其他一些遠(yuǎn)程技術(shù)被炒作，但在大部分的應(yīng)用中，這些遠(yuǎn)程技術(shù)都將被替換。IIoT的另一個(gè)大趨勢(shì)是歐洲數(shù)據(jù)保護(hù)法規(guī)(EU-GDPR)新框架的要求，特別是關(guān)于第25條和第32條。這對(duì)所有希望在歐洲市場(chǎng)推出新產(chǎn)品的客戶都很重要。他們必須對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并且使用先進(jìn)的組件和技術(shù)來(lái)保障所有個(gè)人數(shù)據(jù)的安全，個(gè)人數(shù)據(jù)意味著99%的所有可用數(shù)據(jù)。

　　另一個(gè)大趨勢(shì)是邊緣智能，在前端微控制器中將實(shí)現(xiàn)人工智能算法的轉(zhuǎn)變。在沒有基于云的集中式系統(tǒng)的情況下，這是保障IP和算法，并創(chuàng)造出具有獨(dú)特功能的真正獨(dú)特產(chǎn)品的唯一機(jī)會(huì)。

　　儒卓力提供來(lái)自不同供應(yīng)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(gè)人解決方案。另外，關(guān)于EU-GDPR，儒卓力已經(jīng)建立了一個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，集中了來(lái)自不同產(chǎn)品類別的專家，讓他們專注于應(yīng)對(duì)GDPR問題。在拜訪客戶時(shí)，該技術(shù)團(tuán)隊(duì)支持銷售團(tuán)隊(duì)，討論這項(xiàng)新法規(guī)的不同方面，以及我們應(yīng)對(duì)任何數(shù)據(jù)泄漏的解決方案。

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　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第3期第9頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。