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

適用于IIoT的邊緣計算設備

　　IIoT的一個(gè)重要趨勢是越來(lái)越多的廠(chǎng)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(zhù)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(lái)收集數據。因此，以往的IIoT架構對設備端并沒(méi)有特別高的要求。但對于工業(yè)設備而言，很多數據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，而數據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(wǎng)絡(luò )邊緣側，融合網(wǎng)絡(luò )、計算、存儲、應用核心能力的開(kāi)放平臺，就近提供邊緣智能服務(wù)。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(wǎng)關(guān)，而是需要滿(mǎn)足3個(gè)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(shí)時(shí)性、效率以及更低的延遲，隨著(zhù)汽車(chē)、工廠(chǎng)資產(chǎn)、醫療設備、機器人等工業(yè)設備連接數量的指數型增長(cháng)，將會(huì )有越來(lái)越多的工業(yè)應用采用邊緣計算。在未來(lái)，邊緣計算將與云計算互相協(xié)同，共同助力各行各業(yè)的數字化轉型。

　　NI的IIoT解決方案

　　到目前為止，NI已經(jīng)聯(lián)合生態(tài)系統，推出了從設備端到?jīng)Q策端的完整的IIoT解決方案。該方案解決了邊緣計算最關(guān)鍵的兩個(gè)技術(shù)要點(diǎn)：高性能的邊緣節點(diǎn)和專(zhuān)業(yè)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(diǎn)，可以同時(shí)完成對設備狀態(tài)的數據收集與在線(xiàn)預處理。

　　其次，在數據管理方面，NI也推出了一系列專(zhuān)用的軟件產(chǎn)品，包括企業(yè)級狀態(tài)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(xué)習工具包，能夠在邊緣側或云端提供專(zhuān)用于垂直工業(yè)領(lǐng)域的集中化數據管理和數據挖掘。同時(shí)，NI還大力投入機器學(xué)習領(lǐng)域，將人工智能這一熱點(diǎn)技術(shù)應用到IIoT中，通過(guò)對邊緣節點(diǎn)收集到的設備信息進(jìn)行模型訓練和驗證，實(shí)現預測性維護的優(yōu)化商業(yè)決策，真正實(shí)現IT+OT的技術(shù)融合。

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

無(wú)線(xiàn)與互聯(lián)

無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)將重塑工業(yè)應用

　　無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)正在重塑許多工業(yè)應用，例如在過(guò)去是非常難以實(shí)現或是實(shí)現成本很高的連續監測傳感器;像zigbee這樣的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )在這些IIoT應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)，目前許多國家正在將人工抄表電表升級為可持續讀取計量值的自動(dòng)電表。智能表計使得發(fā)電廠(chǎng)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(gè)電網(wǎng)的能耗，支持他們去優(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(hù)降低用電成本。

　　僅依靠無(wú)線(xiàn)連接還不足以從工藝流程或環(huán)境中提取有價(jià)值的數據。當然，傳感器是必不可少的，Silicon Labs為工業(yè)應用提供一系列高精度的溫度、濕度、光學(xué)和磁性傳感器。終端節點(diǎn)上的無(wú)線(xiàn)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(xiàn)終端節點(diǎn)都采用電池供電，也有可能利用能量采集來(lái)對電池進(jìn)行充電。終端節點(diǎn)的功能現在是至關(guān)重要的，因為在許多情況下，傳感器數據必須在終端節點(diǎn)上執行操作以提取有價(jià)值的信息，來(lái)盡可能減少無(wú)線(xiàn)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(guān)重要，且在終端節點(diǎn)可根據傳感器數據直接與其環(huán)境進(jìn)行交互的這種情況中也很重要。該功能可以使響應時(shí)間大大縮短，而不是終端節點(diǎn)首先必須向中央服務(wù)器報告，然后接受一個(gè)命令后才在一個(gè)時(shí)間關(guān)鍵的工藝流程中執行該命令。

　　Silicon Labs無(wú)線(xiàn)解決方案

　　終端節點(diǎn)上的無(wú)線(xiàn)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(xiàn)連接是一個(gè)重要的基石，因為它是無(wú)線(xiàn)傳感器的主要保障者之一。Silicon Labs為其無(wú)線(xiàn)微控制器提供了zigbee、Thread、Bluetooth 5.0、Bluetooth mesh、Wi-Fi和一個(gè)強壯的專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)協(xié)議平臺，來(lái)支持任何無(wú)線(xiàn)通信場(chǎng)景，并提供各種有線(xiàn)連接選項，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(xiàn)解決方案及專(zhuān)門(mén)用于支持測量傳感器的硬件。

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認為，在IIoT領(lǐng)域，包括有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)在內的傳感器網(wǎng)絡(luò )的大規模普及正在使數諸多應用成為可能。例如，這類(lèi)傳感器網(wǎng)絡(luò )在人機接口(HMI)方面促進(jìn)了智能手機的使用，可以監控并控制各種工業(yè)過(guò)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(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)及其相關(guān)的天線(xiàn)。

　　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(yè) 4.0 的發(fā)展將為行業(yè)帶來(lái)挑戰，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(xiàn)技術(shù)的各種“智能”設備。這類(lèi)設備的設計將滿(mǎn)足工業(yè)過(guò)程優(yōu)化所提出的復雜挑戰，并且以高效的 HMI 來(lái)推動(dòng)一系列應用的發(fā)展。

　　高速的低延遲通信對于IIoT的功能將發(fā)揮至關(guān)重要的作用，尤其在于，海量的數據都將需要存儲到數據中心，在采用飛速發(fā)展的數據分析領(lǐng)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(lái)一系列整合到IIoT中的新應用，其中就包括機器學(xué)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(guò)將智能設備整合到 IIoT 中來(lái)實(shí)現的。其中的一個(gè)范例就是通過(guò)遠程狀態(tài)監測及預測性維護來(lái)優(yōu)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(yè)的客戶(hù)帶來(lái)附加值，并且對他們的傳統商業(yè)模式重新進(jìn)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(dòng)設備，Molex 提供種類(lèi)齊全的連接器系統與天線(xiàn)產(chǎn)品。產(chǎn)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(xiàn)應用的定制連接器與工業(yè)標準連接器。

　　印刷電子學(xué)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(lèi)柔性基板上制作各種元件和互連系統的全部?jì)?yōu)勢。

　　同時(shí)，Molex 還提供一系列適用于IIoT和M2M應用的標準天線(xiàn)。這些產(chǎn)品可以快速部署，加快上市速度。當前的Molex標準天線(xiàn)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(dòng)電視的應用。為了提高HMI的效率，在整合及組合了多種開(kāi)關(guān)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(lián)網(wǎng)設備

　　儒卓力每年為全球35000多個(gè)客戶(hù)提供支持，因此，在即將到來(lái)的各種IIoT趨勢中占據一定的地位。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)趨勢就是將新的窄帶技術(shù)用于物聯(lián)網(wǎng)設備(NB-IoT)或LTE的分類(lèi)M(Cat-M)，視不同區域而定。這種新的無(wú)線(xiàn)技術(shù)允許設備直接連接到互聯(lián)網(wǎng)，而無(wú)需通過(guò)智能手機、路由器或網(wǎng)關(guān)，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(lián)網(wǎng)設備可以使用電池運行長(cháng)達10年。在過(guò)去3年中，Sigfox、LoRa和其他一些遠程技術(shù)被炒作，但在大部分的應用中，這些遠程技術(shù)都將被替換。IIoT的另一個(gè)大趨勢是歐洲數據保護法規(EU-GDPR)新框架的要求，特別是關(guān)于第25條和第32條。這對所有希望在歐洲市場(chǎng)推出新產(chǎn)品的客戶(hù)都很重要。他們必須對產(chǎn)品進(jìn)行重新設計，并且使用先進(jìn)的組件和技術(shù)來(lái)保障所有個(gè)人數據的安全，個(gè)人數據意味著(zhù)99%的所有可用數據。

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

　　儒卓力提供來(lái)自不同供應商的第一代可用NB-IoT和Cat-M模塊和芯片，客戶(hù)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)團隊，集中了來(lái)自不同產(chǎn)品類(lèi)別的專(zhuān)家，讓他們專(zhuān)注于應對GDPR問(wèn)題。在拜訪(fǎng)客戶(hù)時(shí)，該技術(shù)團隊支持銷(xiāo)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(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第3期第9頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。