中国电子技术标准化研究院-工业物联网互联互通白皮书-2018.9-80页-2mb

报告摘要

工业物联网互联互通白皮书总结

核心内容

《工业物联网互联互通白皮书》由中国电子技术标准化研究院等多家机构联合编写，旨在阐述工业物联网在互联互通方面的内涵、技术现状、实施路径与应用案例，为工业物联网的推进提供指导。白皮书从“如何认识”、“如何呈现”、“如何实现”和“如何应用”四个方面展开，强调工业物联网的互联互通是实现资源高效利用、构建服务驱动型新工业生态体系的关键。

主要观点

工业物联网的互联互通涵盖人员、设备、原料、产品和环境等要素，通过数据的流动与系统互操作，实现制造流程的灵活配置与优化。
工业物联网的网络架构分为互联阶段和互通阶段，分别对应OSI模型的底层通信和上层数据处理。
实现工业物联网互联互通需解决协议多样性、数据安全、网络覆盖等问题，需采取因时制宜的实施路径。
新兴技术如边缘计算、SDN、TSN等为工业物联网互联互通提供了新的实现手段，提升网络灵活性、实时性与安全性。
工业物联网的互联互通需结合具体应用场景，采用合理的技术组合与实施策略，推动制造业的数字化转型。

关键信息

一、如何认识互联互通

对象范围：涵盖人员、设备、原料、产品和环境等要素，强调数据采集与传输。
网络架构：
- 互联阶段：物理层、链路层、网络层和传输层，实现设备与系统的连接。
- 互通阶段：会议层、表示层和应用层，实现多源异构数据的深度应用。
面临的挑战：
- 协议复杂多样，设备兼容性差。
- 工业物联网基础参差不齐，实施成本高。
- 网络与数据安全问题突出，需进一步研究。

二、如何呈现互联互通

技术全景：涵盖现场总线、工业以太网、无源光网络、工业无线、窄带蜂窝网、宽带蜂窝网、OPC UA、MQTT、CoAP、DDS、AMQP等。
典型技术：
- 现场总线：如FF、PROFIBUS，适用于过程自动化。
- 工业以太网：如ProfiNet、EtherCAT，适用于信息管理层。
- 无源光网络：如EPON、GPON，适用于车间级网络连接。
- 工业无线：如WirelessHART、ISA100.11a，适用于恶劣工业环境。
- 窄带蜂窝网：如NB-IoT、eMTC，适用于低功耗、低成本的远程通信。
- 宽带蜂窝网：如3G、4G、5G，适用于多媒体业务和实时数据传输。
- OPC UA：跨平台、跨系统通信，支持数据模型和语义互操作。
- MQTT：轻量级、灵活、开放，适用于设备接入和云端通信。
- CoAP：适用于资源受限设备和Web集成。
- DDS：强调数据为中心，支持实时通信和QoS策略。
- AMQP：适用于消息队列和异步处理。
新兴技术：
- 边缘计算：实现数据的实时处理与分析，提升网络效率。
- 软件定义网络（SDN）：支持网络的灵活配置和统一管理。
- 时间敏感网络（TSN）：提供确定性低延迟通信，适用于工业实时控制。

三、如何实现互联互通

实施步骤：
1. 物理世界数字化：通过传感器将物理资源抽象为数字数据。
2. 基础设施网络化：通过网络技术实现设备与系统的互联。
3. 网络配置智能化：支持灵活的网络调度和配置，提升系统效率。
实施路线：从实际情况和应用场景出发，分阶段推进，注重兼容性与灵活性。
实施路径：
- 不具备联网能力的设备：需通过网关实现协议转换与数据采集。
- 有限联网能力的设备：通过网关将现场总线或工业以太网转换为统一协议。
- 具备联网能力的设备：可直接接入IP网络，支持OPC UA等协议。

四、如何应用互联互通

案例一：数控机床互联互通解决方案
- 实现设备与云端的互联互通，提升生产效率和设备利用率。
- 应用iPORT协议和iSESOL云平台，支持数据采集、分析与优化。
- 实施效果：设备接入率高，运营成本降低，生产效率提升。
案例二：基于OPC UA的纺织机械设备互联互通
- 采用OPC UA实现设备与生产平台的互联，推动智能化生产。
- 建立统一的数据接口和编码标准，支持多系统集成。
- 实施效果：提升设备运行效率，降低运维成本。
案例三：基于SDN和边缘计算的空调制造设备互联互通
- 实现车间内设备的全光网络连接，提升数据传输效率与安全性。
- 支持实时监控与快速响应，提升智能制造水平。
- 实施效果：网络利用率高，生产效率提升。
案例四：智能煤矿物联网互联互通
- 实现煤矿环境与设备数据的实时采集与分析，提升安全与智能化水平。
- 建立统一的数据存储与传输规范，支持多系统数据融合。
- 实施效果：提高安全管理和生产效率，降低成本。
案例五：基于工业PON的工程机械互联互通
- 采用工业PON网络，实现低时延、高可靠、广覆盖的通信。
- 优化资源配置，提高设备利用率与生产效率。
- 实施效果：成本降低，网络稳定性提升。
案例六：空调噪音数据互联互通
- 通过边缘计算和AI算法实现噪音识别与检测。
- 提高检测效率与精度，减少人工干预。
- 实施效果：准确率高，人工成本降低。