一、工業互聯網平臺架構核心要素

工業互聯網平臺的(de)本質(zhi)是工業(ye)云平臺(tai)(tai)，它基于應用需(xu)求，搭建對工業(ye)數據采集、存儲、分析(xi)和(he)應用的(de)模塊體系，實現工業(ye)互(hu)聯(lian)網輔(fu)助的(de)生產功能。其(qi)核(he)心由基礎設施層(ceng)（IaaS）、平臺(tai)(tai)層(ceng)（PaaS）、應用層(ceng)（SaaS）三層(ceng)組成(cheng)，再加上端層(ceng)、邊(bian)緣層(ceng)，共同組成(cheng)工業(ye)互(hu)聯(lian)網平臺(tai)(tai)的(de)基本架(jia)構。

1、端層

端層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)也稱設備(bei)(bei)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，指(zhi)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)現場(chang)的各種物(wu)聯網型工(gong)(gong)(gong)業設備(bei)(bei)，如(ru)數(shu)控(kong)機床、工(gong)(gong)(gong)業傳(chuan)感(gan)器(qi)、工(gong)(gong)(gong)業機器(qi)人等(deng)，它們(men)貫(guan)穿產(chan)(chan)品全生(sheng)(sheng)命周期，分別起(qi)到生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)、檢(jian)測(ce)、監控(kong)等(deng)不(bu)同(tong)作用，以監測(ce)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)現場(chang)，靈活處理生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)過程中(zhong)的不(bu)同(tong)情(qing)況(kuang)。端層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)以物(wu)聯網技術為(wei)基礎(chu)(chu)，產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)并(bing)匯聚大(da)量的工(gong)(gong)(gong)業數(shu)據，包含(han)歷(li)史數(shu)據和即時數(shu)據，也使(shi)得端層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)成為(wei)工(gong)(gong)(gong)業互聯網平臺的底層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)基礎(chu)(chu)。但是，由于(yu)端層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的工(gong)(gong)(gong)業數(shu)據來源于(yu)不(bu)同(tong)設備(bei)(bei)、不(bu)同(tong)系統，因此需要(yao)進一步處理，才(cai)能向上層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)傳(chuan)遞并(bing)利用。

2、邊緣層

邊(bian)(bian)緣層對端層產生的(de)工業(ye)數(shu)據(ju)進行(xing)采(cai)集(ji)，并對不同(tong)來源的(de)工業(ye)數(shu)據(ju)進行(xing)協(xie)議(yi)解析和邊(bian)(bian)緣處理(li)。它兼容OPC/OPC UA、Mod-Bus等(deng)(deng)各(ge)類工業(ye)通(tong)信(xin)協(xie)議(yi)，把采(cai)集(ji)數(shu)據(ju)進行(xing)格(ge)式轉換和統(tong)一，再通(tong)過光纖、以太網等(deng)(deng)鏈(lian)路(lu)，將相關數(shu)據(ju)以有線或無線方式（如5G、NB-IoT等(deng)(deng)）遠程傳輸(shu)到工業(ye)互聯網平(ping)臺。

邊緣(yuan)計算(suan)技(ji)術是邊緣(yuan)層的(de)重要組(zu)成(cheng)部分。它(ta)基于高(gao)性(xing)能計算(suan)芯片、實時(shi)(shi)高(gao)速處(chu)理(li)(li)方(fang)法、高(gao)精度計算(suan)系統等(deng)先(xian)進(jin)技(ji)術或工(gong)具(ju)支撐，在工(gong)業(ye)設備、智能終(zhong)端等(deng)數(shu)據源頭(tou)一側(ce)，進(jin)行數(shu)據的(de)先(xian)處(chu)理(li)(li)和(he)預處(chu)理(li)(li)，提升系統反應(ying)速度和(he)數(shu)據傳輸速度，解(jie)決(jue)(jue)數(shu)據傳輸和(he)通信的(de)時(shi)(shi)延(yan)問(wen)題。邊緣(yuan)計算(suan)的(de)優點是具(ju)有較低的(de)延(yan)遲以實現較短的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)(shi)間，以及(ji)解(jie)決(jue)(jue)能源消(xiao)耗(hao)、帶(dai)寬負擔(dan)和(he)安全問(wen)題的(de)潛力。

3、IaaS層

基(ji)(ji)礎(chu)設(she)(she)施(shi)層（IaaS）主要提供(gong)云基(ji)(ji)礎(chu)設(she)(she)施(shi)，如(ru)計算資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)、網絡資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)、存儲資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)等(deng)(deng)，支(zhi)撐工業(ye)互聯網平臺的(de)(de)整體(ti)運(yun)行。其核心是虛擬化技(ji)術，利用(yong)分布式存儲、并發式計算、高(gao)負載調度等(deng)(deng)新技(ji)術，實現資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)服務(wu)(wu)設(she)(she)施(shi)的(de)(de)動(dong)態管理，提升資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)服務(wu)(wu)有效利用(yong)率，也確保(bao)資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)服務(wu)(wu)的(de)(de)安全。IaaS層作為(wei)(wei)設(she)(she)備和(he)平臺應用(yong)的(de)(de)連接層，為(wei)(wei)PaaS層的(de)(de)功能運(yun)行和(he)SaaS層的(de)(de)應用(yong)服務(wu)(wu)提供(gong)完整的(de)(de)底層基(ji)(ji)礎(chu)設(she)(she)施(shi)服務(wu)(wu)。

4、PaaS層

平(ping)臺(tai)(tai)層（PaaS）是(shi)整個工業(ye)(ye)互聯網(wang)平(ping)臺(tai)(tai)的(de)(de)核心，它由云(yun)(yun)計(ji)算技(ji)術構建，不僅(jin)能(neng)接(jie)收存儲數據，還(huan)能(neng)提供強大的(de)(de)計(ji)算環境，對工業(ye)(ye)數據進行云(yun)(yun)處理或云(yun)(yun)控制。它的(de)(de)根本是(shi)在IaaS平(ping)臺(tai)(tai)上構建了(le)一個擴展性強的(de)(de)支持系統，也為工業(ye)(ye)應用(yong)或軟件(jian)的(de)(de)開發提供了(le)良好的(de)(de)基礎平(ping)臺(tai)(tai)。

PaaS層(ceng)能(neng)(neng)以(yi)平臺優勢，利用數(shu)據庫、算法(fa)分析等技(ji)術，實現數(shu)據進一步處理與(yu)計算、數(shu)據存儲、應(ying)用或微服(fu)務開(kai)發等功能(neng)(neng)，以(yi)疊加、擴展的(de)方式(shi)提供(gong)工業(ye)應(ying)用開(kai)發、部(bu)署的(de)基(ji)礎環境，形成完整度高、定制(zhi)性好、移植復用程(cheng)度高的(de)工業(ye)操作系統(tong)。PaaS層(ceng)還能(neng)(neng)根據業(ye)務進行資源調度，也能(neng)(neng)保障數(shu)據接(jie)入、平臺運(yun)營、接(jie)口訪問(wen)的(de)安全機制(zhi)，保障業(ye)務正常開(kai)展。

5、SaaS層

應(ying)用(yong)層（SaaS）是(shi)工(gong)(gong)業互聯網(wang)平臺(tai)的(de)關鍵，它(ta)是(shi)對(dui)外服務(wu)的(de)關口，與(yu)用(yong)戶(hu)直接(jie)對(dui)接(jie)，體現了(le)工(gong)(gong)業數據最終的(de)應(ying)用(yong)價值。SaaS層基于PaaS層平臺(tai)上豐富(fu)的(de)工(gong)(gong)業微服務(wu)功能(neng)模塊，以(yi)高效(xiao)、便(bian)捷、多端適配等方(fang)式實現傳(chuan)統信(xin)息(xi)系統的(de)云改造，為平臺(tai)用(yong)戶(hu)提供各類工(gong)(gong)業APP等數字化(hua)解決方(fang)案，發展(zhan)大(da)數據分(fen)析(xi)等綜合應(ying)用(yong)，實現資源集中(zhong)化(hua)、服務(wu)精準化(hua)、知識復(fu)用(yong)化(hua)。

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二、工業互聯網平臺核心技術

工業(ye)互聯網平臺需要解決多(duo)類工業(ye)設備接入、多(duo)源工業(ye)數(shu)(shu)(shu)據(ju)集成、海量(liang)數(shu)(shu)(shu)據(ju)管(guan)理(li)與處理(li)、工業(ye)數(shu)(shu)(shu)據(ju)建模分(fen)析(xi)、工業(ye)應(ying)用創(chuang)新與集成、工業(ye)知識積累迭代實現等(deng)一系列問題，涉(she)及七大類關鍵技(ji)術(shu)(shu)，分(fen)別為數(shu)(shu)(shu)據(ju)集成和邊緣處理(li)技(ji)術(shu)(shu)、IaaS技(ji)術(shu)(shu)、平臺使能技(ji)術(shu)(shu)、數(shu)(shu)(shu)據(ju)管(guan)理(li)技(ji)術(shu)(shu)、工業(ye)數(shu)(shu)(shu)據(ju)建模與分(fen)析(xi)技(ji)術(shu)(shu)、應(ying)用開發和微服務技(ji)術(shu)(shu)、安全(quan)技(ji)術(shu)(shu)。

1、數據集成與邊緣處理技術

設(she)備接入：基(ji)于(yu)工(gong)業以(yi)太網、工(gong)業總(zong)線(xian)(xian)等工(gong)業通信協(xie)議，以(yi)太網、光(guang)纖等通用協(xie)議，3G/4G、NB-IOT等無線(xian)(xian)協(xie)議將工(gong)業現場設(she)備接入到平臺邊緣層。

協(xie)議(yi)(yi)轉(zhuan)換(huan)：一(yi)方(fang)面運用(yong)(yong)協(xie)議(yi)(yi)解(jie)析、中間(jian)件(jian)等(deng)(deng)(deng)技(ji)術兼容ModBus、OPC、CAN、Profibus等(deng)(deng)(deng)各類工業通信(xin)(xin)協(xie)議(yi)(yi)和(he)軟件(jian)通信(xin)(xin)接(jie)口，實(shi)現數據(ju)格(ge)式(shi)轉(zhuan)換(huan)和(he)統一(yi)。另一(yi)方(fang)面利用(yong)(yong)HTTP、MQTT等(deng)(deng)(deng)方(fang)式(shi)從(cong)邊緣(yuan)側將采集到的數據(ju)傳輸到云端，實(shi)現數據(ju)的遠程接(jie)入。邊緣(yuan)數據(ju)處理：基于高(gao)性能(neng)計算芯片、實(shi)時操(cao)作系統、邊緣(yuan)分析算法等(deng)(deng)(deng)技(ji)術支撐(cheng)，在靠近設備或數據(ju)源(yuan)頭的網(wang)絡(luo)邊緣(yuan)側進行數據(ju)預(yu)處理、存儲以(yi)及(ji)智能(neng)分析應(ying)用(yong)(yong)，提升(sheng)操(cao)作響應(ying)靈(ling)敏度(du)、消除網(wang)絡(luo)堵(du)塞(sai)，并與云端分析形(xing)成協(xie)同。

2、IaaS技術

基(ji)于虛擬化、分(fen)布式(shi)存儲、并行(xing)(xing)計算、負載調(diao)度(du)等(deng)技術，實現網絡(luo)、計算、存儲等(deng)計算機(ji)資(zi)源(yuan)的(de)池化管理(li)，根據(ju)需求(qiu)進行(xing)(xing)彈性分(fen)配，并確(que)保資(zi)源(yuan)使用的(de)安全(quan)與(yu)隔離，為用戶提(ti)供(gong)完善的(de)云基(ji)礎設施服(fu)務。

3、平臺使能技術

資源(yuan)調(diao)度(du)：通(tong)過實時(shi)監控(kong)云(yun)端(duan)應(ying)(ying)用(yong)的業(ye)務(wu)量(liang)動態(tai)變化(hua)，結(jie)合相應(ying)(ying)的調(diao)度(du)算法(fa)為應(ying)(ying)用(yong)程序分配(pei)相應(ying)(ying)的底層資源(yuan)，從而使云(yun)端(duan)應(ying)(ying)用(yong)可(ke)以(yi)自動適應(ying)(ying)業(ye)務(wu)量(liang)的變化(hua)。

多(duo)租戶(hu)管理：通過虛(xu)擬化、數據庫隔離(li)、容器等技術實現不同租戶(hu)應用(yong)和服務的隔離(li)，保護其隱私與安全。

4、數據管理技術

數(shu)據(ju)處(chu)理(li)框架：借助Hadoop、Spark、Storm等分布(bu)式處(chu)理(li)架構(gou)，滿足海(hai)量數(shu)據(ju)的批處(chu)理(li)和流處(chu)理(li)計算需求。

數據預處(chu)理(li)：運用數據冗余剔除、異常檢測(ce)、歸(gui)一化等方法對(dui)原(yuan)始數據進行清(qing)洗，為后續存儲、管(guan)理(li)與分(fen)析提供高質量數據來源。

數(shu)據(ju)(ju)(ju)存儲與管理：通過分布式文件系統、NoSQL數(shu)據(ju)(ju)(ju)庫、關系數(shu)據(ju)(ju)(ju)庫、時(shi)序(xu)數(shu)據(ju)(ju)(ju)庫等(deng)(deng)不(bu)同的數(shu)據(ju)(ju)(ju)管理引擎實現海量工業(ye)數(shu)據(ju)(ju)(ju)的分區選擇、存儲、編目與索(suo)引等(deng)(deng)。

5、應用開發和微服務技術

多語言與(yu)工具(ju)支持：支持Java，Ruby和PHP等(deng)多種語言編譯環(huan)境，并(bing)提(ti)供Eclipse integration，JBoss Developer Studio、git 和Jenkins等(deng)各類(lei)開發工具(ju)，構建(jian)高效(xiao)便(bian)捷的集成開發環(huan)境。

微服務(wu)架構：提供涵蓋服務(wu)注(zhu)冊(ce)、發現、通信(xin)、調用(yong)的管(guan)理機制和(he)運行環境，支(zhi)撐基于微型(xing)服務(wu)單元(yuan)集(ji)成的“松耦合”應(ying)用(yong) 開發和(he)部署(shu)。

圖(tu)形化編程(cheng)：通過類似Labview的圖(tu)形化編程(cheng)工具，簡化開發流程(cheng)，支持用戶采用拖拽方式(shi)進行應(ying)用創建、測試(shi)、擴展等(deng)。

6、工業數據建模與分析技術

數(shu)(shu)據(ju)分(fen)析(xi)算(suan)(suan)法：運用(yong)數(shu)(shu)學統計、機器學習及(ji)最新的人(ren)工智能算(suan)(suan)法實現面向(xiang)歷史數(shu)(shu)據(ju)、實時(shi)數(shu)(shu)據(ju)、時(shi)序數(shu)(shu)據(ju)的聚類、關聯和預測分(fen)析(xi)。

機理建(jian)模：利用機械(xie)、電子(zi)、物理、化學等領(ling)域專(zhuan)業知識，結合(he)工(gong)業生產實(shi)踐經驗(yan)，基于已(yi)知工(gong)業機理構建(jian)各類(lei)模型(xing)，實(shi)現分析應用。

7、安全技術

數(shu)據接入安(an)全：通(tong)過(guo)工(gong)(gong)業防(fang)火墻技(ji)術(shu)(shu)、工(gong)(gong)業網閘技(ji)術(shu)(shu)、加密隧道傳輸技(ji)術(shu)(shu)，防(fang)止數(shu)據泄漏、被偵聽或篡改，保(bao)障數(shu)據在源頭和傳輸過(guo)程(cheng)中安(an)全。

平(ping)臺(tai)安全(quan)：通過平(ping)臺(tai)入侵(qin)實時檢(jian)測、網絡安全(quan)防御系統、惡意代碼防護、網站威脅(xie)防護、網頁防篡改等技術(shu)實現工業互聯網平(ping)臺(tai)的代碼安全(quan)、應用安全(quan)、數據安全(quan)、網站安全(quan)。

訪問(wen)安全：通(tong)過建(jian)立統一的(de)訪問(wen)機制，限制用戶(hu)的(de)訪問(wen)權限和(he)(he)所(suo)能使(shi)用的(de)計算資(zi)源(yuan)和(he)(he)網絡資(zi)源(yuan)實(shi)現對(dui)云平臺重要(yao)資(zi)源(yuan)的(de)訪問(wen)控制和(he)(he)管理，防(fang)止非(fei)法訪問(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)構建(jian)和(he)發展(zhan)產生深遠影(ying)響。在(zai)平臺層，PaaS技(ji)(ji)術(shu)(shu)、新(xin)型集成技(ji)(ji)術(shu)(shu)和(he)容(rong)器技(ji)(ji)術(shu)(shu)正加速改變信息(xi)系統(tong)的(de)構建(jian)和(he)組織方(fang)式。在(zai)邊緣(yuan)(yuan)層，邊緣(yuan)(yuan)計(ji)算(suan)技(ji)(ji)術(shu)(shu)極大的(de)拓展(zhan)了平臺收(shou)集和(he)管(guan)理數據的(de)范圍和(he)能力。在(zai)應(ying)用層，微服務(wu)等(deng)新(xin)型開發框架驅(qu)動工(gong)業軟(ruan)件開發方(fang)式不斷變革，而工(gong)業機理與數據科學(xue)深度(du)融合則正在(zai)引發工(gong)業應(ying)用的(de)創新(xin)浪潮。