一、工業互聯網平臺架構核心要素

工業互聯網平臺的(de)(de)本(ben)質是工(gong)業(ye)云平臺，它(ta)基于(yu)應用需求(qiu)，搭建對工(gong)業(ye)數據采(cai)集、存(cun)儲、分析(xi)和(he)應用的(de)(de)模塊體系，實(shi)現工(gong)業(ye)互聯網輔助的(de)(de)生產功能。其核(he)心由基礎設施層(ceng)(ceng)（IaaS）、平臺層(ceng)(ceng)（PaaS）、應用層(ceng)(ceng)（SaaS）三層(ceng)(ceng)組(zu)成(cheng)，再(zai)加上端層(ceng)(ceng)、邊緣層(ceng)(ceng)，共同組(zu)成(cheng)工(gong)業(ye)互聯網平臺的(de)(de)基本(ben)架構。

1、端層

端(duan)層(ceng)也稱設(she)備層(ceng)，指(zhi)生(sheng)產(chan)現(xian)場(chang)(chang)的(de)(de)各種物聯(lian)網(wang)型(xing)工業(ye)設(she)備，如數控機(ji)床、工業(ye)傳(chuan)感(gan)器(qi)、工業(ye)機(ji)器(qi)人等，它們貫穿(chuan)產(chan)品全生(sheng)命周期，分別(bie)起(qi)到生(sheng)產(chan)、檢測、監控等不同作(zuo)用(yong)，以監測生(sheng)產(chan)現(xian)場(chang)(chang)，靈活處理生(sheng)產(chan)過程中(zhong)的(de)(de)不同情況(kuang)。端(duan)層(ceng)以物聯(lian)網(wang)技術為基礎，產(chan)生(sheng)并(bing)匯聚大(da)量的(de)(de)工業(ye)數據(ju)，包含歷(li)史(shi)數據(ju)和即時(shi)數據(ju)，也使得端(duan)層(ceng)成為工業(ye)互聯(lian)網(wang)平臺(tai)的(de)(de)底層(ceng)基礎。但(dan)是，由于(yu)端(duan)層(ceng)的(de)(de)工業(ye)數據(ju)來源于(yu)不同設(she)備、不同系統，因此(ci)需要(yao)進(jin)一步(bu)處理，才(cai)能向上(shang)層(ceng)傳(chuan)遞并(bing)利用(yong)。

2、邊緣層

邊(bian)緣層對端(duan)層產生的工業(ye)數(shu)據(ju)(ju)進行采集(ji)，并對不同來源的工業(ye)數(shu)據(ju)(ju)進行協議解析和邊(bian)緣處理(li)。它兼容OPC/OPC UA、Mod-Bus等各類工業(ye)通信協議，把采集(ji)數(shu)據(ju)(ju)進行格式(shi)(shi)轉(zhuan)換(huan)和統一，再(zai)通過光纖、以太(tai)網等鏈路，將相(xiang)關數(shu)據(ju)(ju)以有線(xian)或(huo)無線(xian)方(fang)式(shi)(shi)（如5G、NB-IoT等）遠程傳(chuan)輸到工業(ye)互聯(lian)網平臺。

邊緣(yuan)計(ji)(ji)算技術是邊緣(yuan)層的重要組成(cheng)部分。它基于高性能(neng)(neng)計(ji)(ji)算芯片、實時高速處(chu)理方法、高精度計(ji)(ji)算系(xi)統等(deng)先進(jin)技術或工具支撐，在(zai)工業設備、智能(neng)(neng)終端等(deng)數(shu)據源頭一側，進(jin)行(xing)數(shu)據的先處(chu)理和預(yu)處(chu)理，提升系(xi)統反應(ying)(ying)速度和數(shu)據傳輸速度，解決數(shu)據傳輸和通(tong)信的時延問(wen)(wen)題(ti)。邊緣(yuan)計(ji)(ji)算的優點是具有(you)較低的延遲以實現(xian)較短的響應(ying)(ying)時間，以及解決能(neng)(neng)源消耗、帶寬負擔和安全問(wen)(wen)題(ti)的潛(qian)力。

3、IaaS層

基礎設(she)施(shi)(shi)層(ceng)(ceng)(ceng)（IaaS）主要提供云基礎設(she)施(shi)(shi)，如計(ji)算資(zi)源、網絡資(zi)源、存儲資(zi)源等，支(zhi)撐工業(ye)互聯(lian)網平臺的(de)(de)整體運(yun)行。其核(he)心是虛擬(ni)化技術，利用(yong)分(fen)布(bu)式存儲、并發式計(ji)算、高負載調(diao)度等新技術，實(shi)現(xian)資(zi)源服(fu)(fu)務(wu)設(she)施(shi)(shi)的(de)(de)動態管理，提升資(zi)源服(fu)(fu)務(wu)有效利用(yong)率(lv)，也(ye)確保資(zi)源服(fu)(fu)務(wu)的(de)(de)安全。IaaS層(ceng)(ceng)(ceng)作(zuo)為(wei)設(she)備和平臺應用(yong)的(de)(de)連接層(ceng)(ceng)(ceng)，為(wei)PaaS層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)功能運(yun)行和SaaS層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)應用(yong)服(fu)(fu)務(wu)提供完整的(de)(de)底層(ceng)(ceng)(ceng)基礎設(she)施(shi)(shi)服(fu)(fu)務(wu)。

4、PaaS層

平臺層（PaaS）是(shi)整(zheng)個(ge)工(gong)(gong)業(ye)互(hu)聯網平臺的(de)核心，它(ta)(ta)由云(yun)計(ji)算技術構建(jian)，不(bu)僅能(neng)接(jie)收存儲數(shu)據，還能(neng)提(ti)供(gong)強大(da)的(de)計(ji)算環境，對(dui)工(gong)(gong)業(ye)數(shu)據進行云(yun)處理或云(yun)控制。它(ta)(ta)的(de)根本是(shi)在IaaS平臺上構建(jian)了(le)一(yi)個(ge)擴展性強的(de)支持(chi)系(xi)統，也為工(gong)(gong)業(ye)應用或軟(ruan)件的(de)開發提(ti)供(gong)了(le)良好(hao)的(de)基礎平臺。

PaaS層(ceng)(ceng)能(neng)以平臺優勢，利用數(shu)據(ju)(ju)(ju)庫、算法分析等技術，實(shi)現數(shu)據(ju)(ju)(ju)進一步處理與計算、數(shu)據(ju)(ju)(ju)存儲(chu)、應(ying)用或微(wei)服務開(kai)發等功能(neng)，以疊加、擴展的(de)方式提供工(gong)業應(ying)用開(kai)發、部(bu)署(shu)的(de)基礎環境，形成(cheng)完整度(du)高、定制性好、移植(zhi)復(fu)用程度(du)高的(de)工(gong)業操作系統。PaaS層(ceng)(ceng)還能(neng)根據(ju)(ju)(ju)業務進行資(zi)源調度(du)，也(ye)能(neng)保障數(shu)據(ju)(ju)(ju)接(jie)入、平臺運營、接(jie)口(kou)訪問(wen)的(de)安全機制，保障業務正常開(kai)展。

5、SaaS層

應(ying)(ying)用(yong)層(ceng)（SaaS）是(shi)工業互聯網平臺的關鍵，它是(shi)對外服務(wu)的關口，與用(yong)戶直接(jie)對接(jie)，體現(xian)(xian)了工業數(shu)(shu)據最終的應(ying)(ying)用(yong)價(jia)值(zhi)。SaaS層(ceng)基(ji)于PaaS層(ceng)平臺上豐富的工業微服務(wu)功能模塊，以高效、便(bian)捷(jie)、多端適配等方式實現(xian)(xian)傳統(tong)(tong)信息系統(tong)(tong)的云改造，為平臺用(yong)戶提供各類工業APP等數(shu)(shu)字(zi)化(hua)(hua)解決方案，發(fa)展大數(shu)(shu)據分析等綜合應(ying)(ying)用(yong)，實現(xian)(xian)資源集中化(hua)(hua)、服務(wu)精準化(hua)(hua)、知識復用(yong)化(hua)(hua)。

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二、工業互聯網平臺核心技術

工(gong)(gong)(gong)業互(hu)聯(lian)網平(ping)臺需要解決多類(lei)工(gong)(gong)(gong)業設(she)備接入、多源(yuan)工(gong)(gong)(gong)業數(shu)據(ju)(ju)集成、海(hai)量數(shu)據(ju)(ju)管理與處(chu)理、工(gong)(gong)(gong)業數(shu)據(ju)(ju)建(jian)模分(fen)析、工(gong)(gong)(gong)業應用創(chuang)新與集成、工(gong)(gong)(gong)業知(zhi)識積累迭代實現等(deng)一系(xi)列問題，涉及(ji)七大類(lei)關鍵技術(shu)(shu)，分(fen)別為數(shu)據(ju)(ju)集成和邊緣(yuan)處(chu)理技術(shu)(shu)、IaaS技術(shu)(shu)、平(ping)臺使能技術(shu)(shu)、數(shu)據(ju)(ju)管理技術(shu)(shu)、工(gong)(gong)(gong)業數(shu)據(ju)(ju)建(jian)模與分(fen)析技術(shu)(shu)、應用開發和微服(fu)務技術(shu)(shu)、安全技術(shu)(shu)。

1、數據集成與邊緣處理技術

設備接入：基于工業(ye)以(yi)太網、工業(ye)總線(xian)等(deng)(deng)工業(ye)通信協議，以(yi)太網、光(guang)纖(xian)等(deng)(deng)通用協議，3G/4G、NB-IOT等(deng)(deng)無線(xian)協議將工業(ye)現場設備接入到平臺邊緣層。

協議轉(zhuan)換：一方面運用(yong)協議解析(xi)、中間件等(deng)技(ji)術(shu)(shu)兼容ModBus、OPC、CAN、Profibus等(deng)各(ge)類工業通信(xin)協議和軟件通信(xin)接口，實現數(shu)(shu)據(ju)(ju)格式(shi)轉(zhuan)換和統(tong)一。另一方面利用(yong)HTTP、MQTT等(deng)方式(shi)從邊(bian)(bian)緣(yuan)側將采集到的(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)傳(chuan)輸到云端(duan)，實現數(shu)(shu)據(ju)(ju)的(de)遠程(cheng)接入。邊(bian)(bian)緣(yuan)數(shu)(shu)據(ju)(ju)處理：基(ji)于高性能計算(suan)芯(xin)片(pian)、實時(shi)操作系統(tong)、邊(bian)(bian)緣(yuan)分(fen)析(xi)算(suan)法(fa)等(deng)技(ji)術(shu)(shu)支撐(cheng)，在靠近設備或數(shu)(shu)據(ju)(ju)源頭的(de)網絡邊(bian)(bian)緣(yuan)側進行(xing)數(shu)(shu)據(ju)(ju)預處理、存(cun)儲以及智(zhi)能分(fen)析(xi)應(ying)用(yong)，提升操作響(xiang)應(ying)靈敏(min)度、消除網絡堵塞，并與云端(duan)分(fen)析(xi)形成協同。

2、IaaS技術

基(ji)于虛(xu)擬化、分(fen)布式存(cun)儲(chu)(chu)、并行計(ji)(ji)算(suan)、負載調度等(deng)技術，實(shi)現網絡、計(ji)(ji)算(suan)、存(cun)儲(chu)(chu)等(deng)計(ji)(ji)算(suan)機資源的(de)池化管理，根據需求進行彈(dan)性分(fen)配，并確保資源使用的(de)安全與(yu)隔離，為用戶提供完善的(de)云基(ji)礎設施(shi)服務。

3、平臺使能技術

資源調(diao)(diao)度：通過實時監控云(yun)端(duan)應用(yong)的業務(wu)(wu)量(liang)動(dong)態變化，結合相應的調(diao)(diao)度算法為應用(yong)程序分配相應的底(di)層資源，從而使云(yun)端(duan)應用(yong)可以自動(dong)適應業務(wu)(wu)量(liang)的變化。

多(duo)租(zu)戶管理：通過虛擬(ni)化(hua)、數(shu)據庫(ku)隔離、容器等(deng)技術(shu)實現不同租(zu)戶應用(yong)和服務的隔離，保護其(qi)隱私(si)與安全。

4、數據管理技術

數據處理框架(jia)：借(jie)助Hadoop、Spark、Storm等分布式處理架(jia)構(gou)，滿足海量(liang)數據的(de)批處理和流處理計(ji)算(suan)需求。

數據(ju)(ju)(ju)預(yu)處理：運用數據(ju)(ju)(ju)冗余(yu)剔除、異(yi)常檢測、歸(gui)一(yi)化等方法(fa)對原(yuan)始數據(ju)(ju)(ju)進行清洗，為(wei)后(hou)續存儲、管(guan)理與分(fen)析提供(gong)高質量數據(ju)(ju)(ju)來(lai)源。

數據(ju)(ju)存儲(chu)與管(guan)理：通過分布式文件(jian)系統(tong)、NoSQL數據(ju)(ju)庫、關(guan)系數據(ju)(ju)庫、時序數據(ju)(ju)庫等不同(tong)的(de)數據(ju)(ju)管(guan)理引(yin)擎實現海量工業數據(ju)(ju)的(de)分區選擇、存儲(chu)、編目(mu)與索引(yin)等。

5、應用開發和微服務技術

多(duo)語(yu)言與工具(ju)支(zhi)持：支(zhi)持Java，Ruby和PHP等多(duo)種語(yu)言編譯(yi)環境，并提供Eclipse integration，JBoss Developer Studio、git 和Jenkins等各類開發(fa)工具(ju)，構建(jian)高效便捷的(de)集成開發(fa)環境。

微服務(wu)架構：提供涵蓋服務(wu)注(zhu)冊、發現、通信、調(diao)用的管(guan)理機制和(he)運行環(huan)境，支撐基(ji)于(yu)微型服務(wu)單元(yuan)集成的“松(song)耦合”應用 開發和(he)部署。

圖形化編程：通過類似Labview的圖形化編程工具，簡(jian)化開發(fa)流程，支持用(yong)戶采用(yong)拖拽方式(shi)進行應用(yong)創建、測(ce)試、擴展等。

6、工業數據建模與分析技術

數據(ju)分析算法：運用(yong)數學統計(ji)、機器(qi)學習及最新(xin)的(de)人工智能(neng)算法實現(xian)面向歷史數據(ju)、實時數據(ju)、時序數據(ju)的(de)聚類、關聯(lian)和預測分析。

機理建模(mo)：利用機械(xie)、電子(zi)、物理、化學(xue)等領域專業(ye)知(zhi)識，結合工業(ye)生產(chan)實踐經驗，基(ji)于已知(zhi)工業(ye)機理構建各類模(mo)型，實現分析應用。

7、安全技術

數據(ju)接入(ru)安全：通(tong)過(guo)工業防火墻技術、工業網閘技術、加密隧道傳(chuan)(chuan)輸技術，防止數據(ju)泄漏、被偵聽或篡改，保障數據(ju)在源(yuan)頭和(he)傳(chuan)(chuan)輸過(guo)程(cheng)中安全。

平臺(tai)(tai)安(an)全：通(tong)過(guo)平臺(tai)(tai)入侵實(shi)時檢測、網(wang)絡安(an)全防(fang)御系統、惡意代碼(ma)防(fang)護、網(wang)站威脅防(fang)護、網(wang)頁防(fang)篡(cuan)改等技術實(shi)現工業互聯網(wang)平臺(tai)(tai)的代碼(ma)安(an)全、應用安(an)全、數(shu)據(ju)安(an)全、網(wang)站安(an)全。

訪問(wen)(wen)安全(quan)：通過建立統(tong)一的(de)訪問(wen)(wen)機制(zhi)，限制(zhi)用戶(hu)的(de)訪問(wen)(wen)權(quan)限和所能使用的(de)計算資源和網絡資源實(shi)現對云平臺重要資源的(de)訪問(wen)(wen)控制(zhi)和管理，防(fang)止非法訪問(wen)(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)(de)構建(jian)和(he)(he)(he)(he)發展產生深遠(yuan)影(ying)響。在(zai)(zai)平臺層(ceng)，PaaS技(ji)術、新型集成技(ji)術和(he)(he)(he)(he)容(rong)器技(ji)術正加速(su)改變信(xin)息系統的(de)(de)構建(jian)和(he)(he)(he)(he)組(zu)織(zhi)方式(shi)。在(zai)(zai)邊(bian)緣(yuan)層(ceng)，邊(bian)緣(yuan)計算技(ji)術極大的(de)(de)拓展了平臺收(shou)集和(he)(he)(he)(he)管理數據(ju)的(de)(de)范圍和(he)(he)(he)(he)能力。在(zai)(zai)應用層(ceng)，微服務等(deng)新型開發框(kuang)架驅動工業軟(ruan)件(jian)開發方式(shi)不斷變革(ge)，而工業機理與數據(ju)科學深度融合則正在(zai)(zai)引(yin)發工業應用的(de)(de)創新浪潮。