一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特性

1. 對(duì)物聯(lián)網(wǎng)層級(jí)的不同定義

如果做一個(gè)簡(jiǎn)單的比較，就會(huì)發(fā)現(xiàn)(工業(yè)互聯(lián)網(wǎng))執(zhí)行視角的基礎(chǔ)架構(gòu)和(信息領(lǐng)域)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)十分相似，但對(duì)層級(jí)的劃分卻有一些不同。

邊緣層，一是包括了傳感器、驅(qū)動(dòng)器(執(zhí)行器)、工業(yè)設(shè)備等終端設(shè)備，對(duì)應(yīng)到物聯(lián)網(wǎng)的感知/執(zhí)行層;二是包括了兩種網(wǎng)絡(luò)形式：鄰接網(wǎng)絡(luò)、接入網(wǎng)絡(luò)。和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層級(jí)相比，這兩種網(wǎng)絡(luò)的定義、范圍略有差異。

• 鄰接網(wǎng)絡(luò)，可以理解為邊緣網(wǎng)絡(luò)層，包括了用于局域組網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，提供“就近”服務(wù)的邊緣計(jì)算，以及連接云端的邊緣網(wǎng)關(guān)。兩者的差異在于物聯(lián)網(wǎng)終端到邊緣轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)也屬于鄰接網(wǎng)絡(luò)，但在邊緣網(wǎng)絡(luò)層(信息領(lǐng)域)中是不包括這部分的。
• 接入網(wǎng)絡(luò)，其定義和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接入層有較大差異。它主要是指核心網(wǎng)(主要是指通信領(lǐng)域的骨干網(wǎng)絡(luò)，例如移動(dòng)通信的4G LTE/EPC網(wǎng)絡(luò))，是用于接入終端和邊緣網(wǎng)關(guān)的核心網(wǎng)絡(luò)。

雖然在“接入”的理解上工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有自己的定義，但是整體上工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和其他領(lǐng)域?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)層次的理解差異性并不大。

平臺(tái)層和服務(wù)層共處于服務(wù)網(wǎng)絡(luò)之中，可以映射到核心網(wǎng)絡(luò)層的應(yīng)用部分(不包括核心網(wǎng)絡(luò))。其中，平臺(tái)層對(duì)應(yīng)于物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)，而服務(wù)層則對(duì)應(yīng)于具體的行業(yè)應(yīng)用。

端系統(tǒng)的概念

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)“接入”有不同的理解，是由于工業(yè)領(lǐng)域通常會(huì)將工廠內(nèi)一整套的自動(dòng)化系統(tǒng)理解為“端”。這種概念，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域稱之為“端系統(tǒng)”，如同“終端”一樣的信息化系統(tǒng)。

端系統(tǒng)是在一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)，由多種邊緣設(shè)備(傳感器、執(zhí)行器、生產(chǎn)設(shè)備(終端)、儀器儀表、邊緣網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、邊緣服務(wù)器等)組成的系統(tǒng)。例如自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)，就是在一個(gè)工廠空間內(nèi)，由各類感測(cè)器、執(zhí)行器、控制器等組成的生產(chǎn)流水線。

端系統(tǒng)中的各類網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、終端、有著非常緊密的聯(lián)系，相互間往往采用私有、專用的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，具有緊耦合的結(jié)構(gòu)特性，以此搭建出一個(gè)完整、封閉(具有專網(wǎng)專用的特征)、自動(dòng)化的生產(chǎn)應(yīng)用或服務(wù)。除了生產(chǎn)流水線以外，傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)和RFID應(yīng)用系統(tǒng)(RFID應(yīng)用系統(tǒng)包括控制服務(wù)器、讀寫器、電子標(biāo)簽)也都屬于端系統(tǒng)。由于采用了專用、私有的通信協(xié)議，使得端系統(tǒng)必須作為一個(gè)整體來(lái)使用，系統(tǒng)中單獨(dú)一個(gè)部件的功能無(wú)法被企業(yè)或用戶正常使用。

從物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，邊緣設(shè)備的智能會(huì)逐步提升，通信接入和組網(wǎng)協(xié)議也會(huì)朝著規(guī)范、開(kāi)放的方向發(fā)展，工業(yè)的“端系統(tǒng)”會(huì)逐漸被分解(系統(tǒng)解耦)，邊緣網(wǎng)絡(luò)中的終端和節(jié)點(diǎn)會(huì)逐漸獨(dú)立出來(lái)，以滿足自由、靈活的組合。所以，執(zhí)行視角對(duì)網(wǎng)絡(luò)層級(jí)的理解，預(yù)計(jì)會(huì)和互聯(lián)網(wǎng)、通信領(lǐng)域的理解進(jìn)行融合。

當(dāng)然，僅從字面上糾結(jié)“接入”的范圍和上下層次，并沒(méi)太大的實(shí)際意義。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是豐富多態(tài)的，只有根據(jù)實(shí)際需求去理解架構(gòu)層次，才具有價(jià)值。

2. 執(zhí)行視角的遞歸性

從執(zhí)行視角自身來(lái)看，其架構(gòu)是具有顯著“遞歸性”的，即網(wǎng)絡(luò)能力和信息處理能力可以相互疊加和組裝，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜、健壯的信息系統(tǒng)。

例如：

• 一個(gè)小的鄰接網(wǎng)絡(luò)可以歸屬于一個(gè)范圍更大的鄰接網(wǎng)絡(luò)，再連接到平臺(tái)層(疊加網(wǎng)絡(luò));
• 平臺(tái)層也可以分為多個(gè)層級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)各類信息化功能(分層服務(wù));
• 應(yīng)用層中各類應(yīng)用之間可以相互“調(diào)用”和“查詢”，它們交互信息、相互支持，在不同的行業(yè)應(yīng)用中扮演不同的角色，在各異的業(yè)務(wù)流程中履行不同職責(zé)(能力分工)。

架構(gòu)中信息能力的組合，是設(shè)計(jì)者從商業(yè)、管理、行業(yè)和信息技術(shù)等各個(gè)方面的統(tǒng)籌考量，可以是一個(gè)極度復(fù)雜的大系統(tǒng)，也可以“弱水三千、只取一瓢”：只實(shí)現(xiàn)最基本的組網(wǎng)，使用最基本的功能。

3. 執(zhí)行視角和功能視角的關(guān)系

(1) 元素(執(zhí)行視角)與組合(功能視角)的關(guān)系

從功能視角來(lái)看，在執(zhí)行視角中的信息處理能力是組成功能視角的元素。功能域中的功能模塊，就是執(zhí)行層中各類技術(shù)的組合。

如果一個(gè)“功能”是需要對(duì)控制域的設(shè)備進(jìn)行操作，則需要從服務(wù)層(行業(yè)應(yīng)用)發(fā)送指示，經(jīng)過(guò)平臺(tái)層轉(zhuǎn)換為具體的操作指令，再貫穿兩層網(wǎng)絡(luò)(接入網(wǎng)絡(luò)、邊緣網(wǎng)絡(luò))，抵達(dá)驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行。在這個(gè)具體的功能中，涉及了大量(執(zhí)行視角中)的信息技術(shù)和相關(guān)設(shè)備。但對(duì)最終用戶來(lái)說(shuō)，只需要知道如何發(fā)出“指示”就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物的遠(yuǎn)程操控。

功能視角中的“功能”被稱為“組件”，功能組件可以理解為一種數(shù)字化的“物品”，是在虛擬世界中可見(jiàn)、可以觸及的“事物”。組件具有開(kāi)放、規(guī)范的交互接口，結(jié)構(gòu)化的屬性和狀態(tài)，語(yǔ)義化的內(nèi)在含義。它可以被其它任何應(yīng)用系統(tǒng)查詢、理解、分析和使用，就像球場(chǎng)上的足球，可以被雙方22個(gè)球員“盤頂撲射”的同時(shí)，還能被裁判和數(shù)萬(wàn)個(gè)現(xiàn)場(chǎng)球迷觀看到。在執(zhí)行視角中，各類終端設(shè)備也具有“功能”，但不能稱為組件。就像一個(gè)溫度傳感器有感知溫度的“功能”，但只有專用系統(tǒng)才能夠讀取、理解并運(yùn)用它的測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)其它設(shè)備系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它們“看不到”傳感器的存在，即使“捕獲”傳感器的感測(cè)數(shù)據(jù)，也無(wú)法理解那一串字符。

功能視角可以將現(xiàn)實(shí)物件映射在虛擬世界中(例如數(shù)字化雙胞胎)，也可以將信息化應(yīng)用(例如某特定行業(yè)的大數(shù)據(jù)分析)映射成標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)向外提供。

利用功能組件中所包含的元素(功能模塊)和組合(多個(gè)模塊之間形成的結(jié)構(gòu))，能夠在信息化、數(shù)字化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)既靈活、又復(fù)雜的應(yīng)用。這便是功能視角作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)頂層構(gòu)架的意義所在。

(2) 功能域在網(wǎng)絡(luò)層級(jí)(執(zhí)行視角)中的位置

從整體來(lái)看，功能視角中的功能域，在執(zhí)行視角的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)中有集中化部署的特性，即某些特定的功能域(功能視角)主要集中在特定的(執(zhí)行視角中的)網(wǎng)絡(luò)層級(jí)中。或者說(shuō)，“層(執(zhí)行視角的網(wǎng)絡(luò)層級(jí))”和“域(功能域)”有一定的映射關(guān)系，但這種映射關(guān)系并不是必然的。

控制域幾乎都部署在邊緣層中;大部分信息域和操作域的能力落地在平臺(tái)層中;而企業(yè)層主要對(duì)應(yīng)著應(yīng)用域和業(yè)務(wù)域。

雖然整體上具備對(duì)應(yīng)關(guān)系，但實(shí)際情況往往是由特定的行業(yè)系統(tǒng)來(lái)決定的，并且會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展不斷變化。

當(dāng)設(shè)備終端是通過(guò)接入網(wǎng)絡(luò)直接連接服務(wù)平臺(tái)時(shí)，平臺(tái)層必須具備一定的控制域能力。

如果邊緣計(jì)算的能力不斷增強(qiáng)，更多信息域的功能(數(shù)據(jù)預(yù)處理能力等)自然會(huì)遷移到邊緣層中，而操作域中包括的資產(chǎn)管理能力也可以部署到邊緣層中。

整體來(lái)看，隨著計(jì)算的泛在部署逐漸推進(jìn)，上層功能域的能力(應(yīng)用域、業(yè)務(wù)域的信息處理能力)會(huì)更廣泛地部署到各個(gè)層級(jí)中。此外，在實(shí)際的行業(yè)應(yīng)用中，不同層級(jí)中的功能域需要相互服務(wù)和調(diào)用：控制域在圖像的智能識(shí)別上，可能需要信息域提供圖像處理的能力;同樣需要定位服務(wù)的時(shí)候，又需要借助應(yīng)用域提供Google地圖這樣的服務(wù)。所以，執(zhí)行的“層”和功能的“域”并沒(méi)有嚴(yán)密的映射關(guān)系。

二、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的兩個(gè)核心“主題”

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的初衷在于通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)核心“主題”：增加邊緣的協(xié)作自主性;全球化業(yè)務(wù)貫通增進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)化。

1. 增加邊緣的協(xié)作自主性

自主性是建立在自動(dòng)化之上的“智能”。在工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)，高新傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)的廣泛部署，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的數(shù)據(jù)采集;利用嵌入式計(jì)算來(lái)完成實(shí)時(shí)的復(fù)雜邏輯運(yùn)算和高級(jí)數(shù)據(jù)分析;網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)間無(wú)縫的信息交互，使得相互合作、協(xié)同生產(chǎn)稱為可能。“智能”的落地(邊緣計(jì)算)將成長(zhǎng)性賦予了系統(tǒng)，它們可以通過(guò)“自學(xué)習(xí)(機(jī)器學(xué)習(xí)等)”來(lái)自建數(shù)據(jù)分析模型和信息處理工具，不斷地優(yōu)化自身的業(yè)務(wù)邏輯。

2. 全球業(yè)務(wù)貫通的系統(tǒng)優(yōu)化

通過(guò)跨系統(tǒng)的海量(傳感)數(shù)據(jù)匯聚和“智能”的分析，使得企業(yè)的決策系統(tǒng)能夠預(yù)見(jiàn)未來(lái)的業(yè)務(wù)趨勢(shì)，洞察新的商業(yè)機(jī)會(huì)。系統(tǒng)將對(duì)未來(lái)的“洞見(jiàn)”進(jìn)行“消化”，自主性地形成新的商業(yè)策略，并融入業(yè)務(wù)組件中(例如調(diào)整供應(yīng)商、增加庫(kù)存、修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)等)。智能化的信息反饋機(jī)制，會(huì)將“智慧”垂直向下傳遞到“行為”上：業(yè)務(wù)組件會(huì)根據(jù)策略優(yōu)化應(yīng)用(組件)，改進(jìn)功能(組件)，并最終落實(shí)到執(zhí)行層面(組件)。“感知-智能(策略)-執(zhí)行”形成了一個(gè)持續(xù)不止、巨大無(wú)比的信息循環(huán)，循環(huán)中的每一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，都可以根據(jù)自身獲取的信息流，來(lái)調(diào)整自己的工作狀態(tài)和工作方式，以適應(yīng)(以預(yù)測(cè)為依據(jù)的)不斷變化的商業(yè)環(huán)境。

【本文是51CTO專欄作者王峰的原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者本人獲取授權(quán)】

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