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)(ben)質(zhi)是工業(ye)云平(ping)(ping)臺(tai)，它(ta)基(ji)(ji)于應(ying)(ying)用(yong)(yong)需求，搭建對工業(ye)數據采(cai)集、存儲(chu)、分析和應(ying)(ying)用(yong)(yong)的(de)(de)模塊(kuai)體系(xi)，實現工業(ye)互聯網輔助的(de)(de)生產功能(neng)。其(qi)核心(xin)由(you)基(ji)(ji)礎設(she)施(shi)層(ceng)（IaaS）、平(ping)(ping)臺(tai)層(ceng)（PaaS）、應(ying)(ying)用(yong)(yong)層(ceng)（SaaS）三層(ceng)組(zu)成，再加上端層(ceng)、邊緣層(ceng)，共同組(zu)成工業(ye)互聯網平(ping)(ping)臺(tai)的(de)(de)基(ji)(ji)本(ben)(ben)架構。

1、端層

端層(ceng)(ceng)也(ye)稱設備層(ceng)(ceng)，指生(sheng)產(chan)(chan)(chan)現(xian)場的(de)(de)各(ge)種物聯(lian)網(wang)型工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)設備，如(ru)數控(kong)機床(chuang)、工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)傳感器、工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)機器人等，它們(men)貫穿產(chan)(chan)(chan)品全生(sheng)命周期，分別起到生(sheng)產(chan)(chan)(chan)、檢(jian)測(ce)、監控(kong)等不同(tong)作用(yong)，以(yi)監測(ce)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)現(xian)場，靈活(huo)處理(li)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)過程中的(de)(de)不同(tong)情(qing)況。端層(ceng)(ceng)以(yi)物聯(lian)網(wang)技(ji)術為基(ji)礎，產(chan)(chan)(chan)生(sheng)并匯聚(ju)大(da)量的(de)(de)工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)數據(ju)，包含歷(li)史數據(ju)和即(ji)時(shi)數據(ju)，也(ye)使得端層(ceng)(ceng)成為工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)互聯(lian)網(wang)平(ping)臺(tai)的(de)(de)底層(ceng)(ceng)基(ji)礎。但(dan)是，由于端層(ceng)(ceng)的(de)(de)工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)數據(ju)來源于不同(tong)設備、不同(tong)系統，因此(ci)需要(yao)進一步處理(li)，才能向上層(ceng)(ceng)傳遞并利用(yong)。

2、邊緣層

邊緣(yuan)層對端層產生的工(gong)業數據(ju)進(jin)(jin)行采集，并對不(bu)同來源的工(gong)業數據(ju)進(jin)(jin)行協議(yi)解析和邊緣(yuan)處理。它(ta)兼容OPC/OPC UA、Mod-Bus等各類(lei)工(gong)業通信協議(yi)，把(ba)采集數據(ju)進(jin)(jin)行格式轉(zhuan)換和統一(yi)，再(zai)通過光纖(xian)、以(yi)太(tai)網等鏈路，將相關數據(ju)以(yi)有線(xian)或無線(xian)方式（如5G、NB-IoT等）遠程傳輸(shu)到(dao)工(gong)業互聯網平(ping)臺(tai)。

邊緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)技(ji)術(shu)是邊緣(yuan)層(ceng)的(de)重要組成(cheng)部(bu)分。它基(ji)于高性能計(ji)算(suan)(suan)芯片、實時高速(su)處理方(fang)法(fa)、高精度(du)(du)計(ji)算(suan)(suan)系統等先進技(ji)術(shu)或工(gong)具(ju)支(zhi)撐，在工(gong)業設備、智能終端等數據(ju)(ju)源頭一側，進行數據(ju)(ju)的(de)先處理和(he)預處理，提升系統反應(ying)速(su)度(du)(du)和(he)數據(ju)(ju)傳輸速(su)度(du)(du)，解決數據(ju)(ju)傳輸和(he)通信的(de)時延問題。邊緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)的(de)優(you)點是具(ju)有較低(di)的(de)延遲以實現(xian)較短的(de)響(xiang)應(ying)時間(jian)，以及解決能源消耗、帶寬(kuan)負擔和(he)安(an)全(quan)問題的(de)潛(qian)力。

3、IaaS層

基礎(chu)設施(shi)(shi)層（IaaS）主要提(ti)供云基礎(chu)設施(shi)(shi)，如(ru)計算(suan)資(zi)源、網(wang)絡資(zi)源、存(cun)儲資(zi)源等(deng)，支撐(cheng)工業(ye)互聯網(wang)平(ping)臺(tai)的(de)整體運行(xing)。其核心是虛擬化(hua)技術，利用分(fen)布式(shi)存(cun)儲、并(bing)發式(shi)計算(suan)、高負載調度等(deng)新技術，實現資(zi)源服務設施(shi)(shi)的(de)動(dong)態管理，提(ti)升資(zi)源服務有效利用率，也確保資(zi)源服務的(de)安全(quan)。IaaS層作為設備和平(ping)臺(tai)應用的(de)連接(jie)層，為PaaS層的(de)功(gong)能運行(xing)和SaaS層的(de)應用服務提(ti)供完整的(de)底層基礎(chu)設施(shi)(shi)服務。

4、PaaS層

平臺(tai)(tai)層（PaaS）是整個(ge)工業互聯網平臺(tai)(tai)的(de)(de)核(he)心，它由云計(ji)算技術構(gou)建(jian)，不僅能接(jie)收(shou)存儲數據，還能提供強大(da)的(de)(de)計(ji)算環境，對工業數據進行云處理(li)或云控制。它的(de)(de)根本是在IaaS平臺(tai)(tai)上構(gou)建(jian)了(le)一個(ge)擴展性強的(de)(de)支持系統(tong)，也為工業應用(yong)或軟件的(de)(de)開發(fa)提供了(le)良好(hao)的(de)(de)基礎平臺(tai)(tai)。

PaaS層(ceng)能以平(ping)臺(tai)優(you)勢，利用(yong)數(shu)據(ju)(ju)庫、算(suan)法分(fen)析(xi)等(deng)技(ji)術(shu)，實現數(shu)據(ju)(ju)進(jin)一步處理(li)與計算(suan)、數(shu)據(ju)(ju)存儲、應用(yong)或(huo)微服務(wu)開發(fa)等(deng)功(gong)能，以疊加、擴展(zhan)(zhan)的(de)方式(shi)提供(gong)工(gong)業應用(yong)開發(fa)、部署(shu)的(de)基(ji)礎環境，形成完整度高(gao)、定(ding)制性好(hao)、移(yi)植(zhi)復用(yong)程度高(gao)的(de)工(gong)業操作(zuo)系統。PaaS層(ceng)還能根據(ju)(ju)業務(wu)進(jin)行資源調(diao)度，也能保障數(shu)據(ju)(ju)接入、平(ping)臺(tai)運營、接口訪(fang)問的(de)安全機(ji)制，保障業務(wu)正常開展(zhan)(zhan)。

5、SaaS層

應用(yong)層（SaaS）是工(gong)業互聯網平(ping)(ping)(ping)臺的(de)(de)關(guan)鍵，它是對(dui)外服務的(de)(de)關(guan)口，與用(yong)戶直接對(dui)接，體現了工(gong)業數(shu)(shu)據最終的(de)(de)應用(yong)價值。SaaS層基于PaaS層平(ping)(ping)(ping)臺上(shang)豐富(fu)的(de)(de)工(gong)業微服務功能模塊(kuai)，以(yi)高效、便捷、多端(duan)適(shi)配等(deng)(deng)方式(shi)實現傳統(tong)信(xin)息系統(tong)的(de)(de)云改(gai)造，為平(ping)(ping)(ping)臺用(yong)戶提供各類工(gong)業APP等(deng)(deng)數(shu)(shu)字化(hua)解(jie)決(jue)方案，發展大數(shu)(shu)據分析等(deng)(deng)綜合應用(yong)，實現資源集中化(hua)、服務精準(zhun)化(hua)、知識復用(yong)化(hua)。

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二、工業互聯網平臺核心技術

工業(ye)(ye)互(hu)聯網平臺(tai)需要解決多(duo)類(lei)工業(ye)(ye)設(she)備(bei)接(jie)入、多(duo)源工業(ye)(ye)數據(ju)集成(cheng)、海量數據(ju)管理(li)(li)與處理(li)(li)、工業(ye)(ye)數據(ju)建模(mo)(mo)分析、工業(ye)(ye)應(ying)用創新(xin)與集成(cheng)、工業(ye)(ye)知識積累迭代實現等(deng)一(yi)系列問題，涉及七大類(lei)關(guan)鍵(jian)技術(shu)(shu)，分別為(wei)數據(ju)集成(cheng)和(he)邊緣處理(li)(li)技術(shu)(shu)、IaaS技術(shu)(shu)、平臺(tai)使能技術(shu)(shu)、數據(ju)管理(li)(li)技術(shu)(shu)、工業(ye)(ye)數據(ju)建模(mo)(mo)與分析技術(shu)(shu)、應(ying)用開發和(he)微服務技術(shu)(shu)、安全技術(shu)(shu)。

1、數據集成與邊緣處理技術

設備接入(ru)(ru)：基于工(gong)業以太(tai)網(wang)(wang)、工(gong)業總線(xian)等工(gong)業通信協議，以太(tai)網(wang)(wang)、光纖等通用協議，3G/4G、NB-IOT等無線(xian)協議將工(gong)業現場設備接入(ru)(ru)到平臺邊緣層。

協(xie)議轉(zhuan)換：一(yi)方面運用(yong)(yong)協(xie)議解析、中間件(jian)等技(ji)術(shu)兼容ModBus、OPC、CAN、Profibus等各類工業(ye)通信(xin)協(xie)議和(he)軟件(jian)通信(xin)接口(kou)，實現(xian)數(shu)據(ju)(ju)格(ge)式轉(zhuan)換和(he)統一(yi)。另一(yi)方面利(li)用(yong)(yong)HTTP、MQTT等方式從邊(bian)緣(yuan)側(ce)將采集(ji)到(dao)的數(shu)據(ju)(ju)傳輸到(dao)云端(duan)，實現(xian)數(shu)據(ju)(ju)的遠程(cheng)接入(ru)。邊(bian)緣(yuan)數(shu)據(ju)(ju)處理：基(ji)于高性(xing)能(neng)計(ji)算(suan)芯片、實時操作系統、邊(bian)緣(yuan)分(fen)析算(suan)法等技(ji)術(shu)支(zhi)撐，在靠近設備或(huo)數(shu)據(ju)(ju)源頭的網絡邊(bian)緣(yuan)側(ce)進行(xing)數(shu)據(ju)(ju)預(yu)處理、存儲以及智能(neng)分(fen)析應(ying)用(yong)(yong)，提升操作響應(ying)靈敏度、消除網絡堵(du)塞，并與云端(duan)分(fen)析形成協(xie)同。

2、IaaS技術

基于虛擬化(hua)、分布式存儲、并(bing)行計(ji)算、負(fu)載調(diao)度(du)等技術，實現網絡、計(ji)算、存儲等計(ji)算機資(zi)源(yuan)(yuan)的池(chi)化(hua)管理(li)，根據需求進行彈性(xing)分配，并(bing)確保資(zi)源(yuan)(yuan)使用的安全與(yu)隔離，為(wei)用戶提(ti)供完善的云基礎設施服務(wu)。

3、平臺使能技術

資源調(diao)度(du)：通過(guo)實(shi)時監控云(yun)端應(ying)用的(de)業務(wu)量動態變(bian)化，結合相應(ying)的(de)調(diao)度(du)算法為應(ying)用程(cheng)序分(fen)配相應(ying)的(de)底層資源，從而(er)使云(yun)端應(ying)用可以(yi)自動適(shi)應(ying)業務(wu)量的(de)變(bian)化。

多(duo)租戶管理：通過虛擬化、數據庫隔離(li)(li)、容器(qi)等技(ji)術實(shi)現(xian)不(bu)同租戶應用和服務的隔離(li)(li)，保護(hu)其隱私與安全。

4、數據管理技術

數據處(chu)理(li)框(kuang)架：借助Hadoop、Spark、Storm等分布式處(chu)理(li)架構，滿足(zu)海量數據的批處(chu)理(li)和(he)流處(chu)理(li)計算需求。

數據(ju)(ju)(ju)預(yu)處理(li)：運用數據(ju)(ju)(ju)冗余(yu)剔除(chu)、異常檢測、歸一(yi)化等方法對原始數據(ju)(ju)(ju)進(jin)行清洗(xi)，為后續存(cun)儲、管理(li)與分(fen)析提供(gong)高質量數據(ju)(ju)(ju)來源。

數據(ju)存儲與管理(li)(li)：通(tong)過分布式文件系(xi)統、NoSQL數據(ju)庫(ku)、關系(xi)數據(ju)庫(ku)、時(shi)序數據(ju)庫(ku)等(deng)(deng)不同的(de)數據(ju)管理(li)(li)引擎實現海量工業數據(ju)的(de)分區(qu)選(xuan)擇(ze)、存儲、編目(mu)與索引等(deng)(deng)。

5、應用開發和微服務技術

多語言(yan)與工具(ju)支(zhi)持(chi)：支(zhi)持(chi)Java，Ruby和PHP等(deng)(deng)多種語言(yan)編譯環境(jing)(jing)，并提供Eclipse integration，JBoss Developer Studio、git 和Jenkins等(deng)(deng)各類開發(fa)工具(ju)，構建(jian)高效便捷的集成開發(fa)環境(jing)(jing)。

微服(fu)務架(jia)構：提(ti)供涵(han)蓋服(fu)務注冊(ce)、發(fa)現、通信、調用(yong)的管(guan)理機(ji)制(zhi)和運行環境(jing)，支(zhi)撐基于微型服(fu)務單元集成的“松(song)耦合”應用(yong) 開發(fa)和部署。

圖(tu)形(xing)化(hua)(hua)編程：通(tong)過類似Labview的圖(tu)形(xing)化(hua)(hua)編程工具，簡(jian)化(hua)(hua)開發流程，支持用戶采用拖拽(zhuai)方式進行應用創建、測(ce)試(shi)、擴(kuo)展等。

6、工業數據建模與分析技術

數據(ju)分(fen)析算(suan)法(fa)：運用數學(xue)統計、機器學(xue)習及(ji)最新的(de)人工智能算(suan)法(fa)實現(xian)面向歷史數據(ju)、實時(shi)數據(ju)、時(shi)序數據(ju)的(de)聚類、關(guan)聯和預測(ce)分(fen)析。

機(ji)理建模(mo)：利用機(ji)械(xie)、電子、物理、化學(xue)等領域專業知(zhi)識，結合(he)工業生(sheng)產實(shi)踐經(jing)驗，基于已(yi)知(zhi)工業機(ji)理構建各類模(mo)型(xing)，實(shi)現(xian)分析應用。

7、安全技術

數據接入安全：通過工業防(fang)(fang)火墻技(ji)術(shu)、工業網(wang)閘技(ji)術(shu)、加密隧道傳輸技(ji)術(shu)，防(fang)(fang)止數據泄漏、被(bei)偵聽或篡改，保障數據在源(yuan)頭(tou)和傳輸過程中(zhong)安全。

平臺(tai)(tai)(tai)安全(quan)：通過平臺(tai)(tai)(tai)入侵實(shi)時(shi)檢測(ce)、網絡安全(quan)防御系統(tong)、惡(e)意(yi)代碼防護、網站(zhan)威脅防護、網頁防篡改等技術(shu)實(shi)現工業互(hu)聯網平臺(tai)(tai)(tai)的代碼安全(quan)、應用安全(quan)、數據安全(quan)、網站(zhan)安全(quan)。

訪(fang)問(wen)安全：通過(guo)建(jian)立統(tong)一(yi)的(de)訪(fang)問(wen)機(ji)制(zhi)，限制(zhi)用(yong)戶的(de)訪(fang)問(wen)權限和(he)(he)所能使用(yong)的(de)計算(suan)資源(yuan)(yuan)和(he)(he)網絡資源(yuan)(yuan)實現(xian)對云平臺重要資源(yuan)(yuan)的(de)訪(fang)問(wen)控制(zhi)和(he)(he)管理，防止非(fei)法訪(fang)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)和發展(zhan)產生深遠(yuan)影響。在(zai)(zai)平(ping)臺層，PaaS技術(shu)(shu)、新(xin)型集成技術(shu)(shu)和容器技術(shu)(shu)正加(jia)速改變(bian)(bian)信息系統(tong)的(de)構建(jian)和組織方式。在(zai)(zai)邊緣(yuan)層，邊緣(yuan)計算技術(shu)(shu)極大的(de)拓(tuo)展(zhan)了平(ping)臺收(shou)集和管理(li)數(shu)據的(de)范(fan)圍(wei)和能(neng)力。在(zai)(zai)應用層，微服務等新(xin)型開(kai)發框架驅動工業(ye)軟件開(kai)發方式不斷變(bian)(bian)革，而(er)工業(ye)機理(li)與數(shu)據科學深度融合則(ze)正在(zai)(zai)引(yin)發工業(ye)應用的(de)創(chuang)新(xin)浪(lang)潮。