工业物联网是什么(详解IIOT)

工业物联网定义

IIoT全称是Industrial Internet of Things。代表工业物联网,是指工业领域的连接设备网络。它是物联网 (IoT) 的一个子集。IIoT工业物联网网络上连接设备的定义特征是,它们无需人与人或人与计算机的交互即可传输数据。连接的设备通过网关进行通信,网关是过滤数据的物理服务器,并将其传输到其他设备和软件应用程序。

术语IIoT工业物联网和IoT是指专有的独立网络,以及更广泛的全球网络。

什么是物联网设备

第一个连接设备(大约1982年)是宾夕法尼亚州匹兹堡卡内基梅隆大学的可口可乐自动售货机。该机器被编程为控制工作温度并跟踪库存瓶子的数量。连接到自动售货机的传感器和计算机科学系的主计算机之间有一根电缆。计算机连接到高级研究计划局网络(ARPANET),这是当今互联网的前身。任何连接到阿帕网并可以访问卡内基本地以太网的人都可以访问有关自动售货机库存的信息。

物联网一词直到1999年才由技术研究员凯文·阿什顿(Kevin Ashton)提出。

IoT 设备通过 IoT 网关服务连接到另一个设备,例如连接到智能手机的可穿戴设备,智能手机是设备软件功能的物理网关。这是独立物联网系统的示例。在更广泛的物联网生态系统中,设备通过基于云的网关进行通信,例如将天气状况传输到气象局的远程传感器。在家庭、商业和工业环境中,物联网技术包括可穿戴设备、电器、公用电网、安全监控系统、天气预报服务、交通和人群控制系统、车辆以及照明和供暖应用。

IIoT工业物联网解包

例如,在IIoT工业物联网系统中,温度、运动、光线和压力传感器将数据馈送到可编程逻辑控制器(PLC)、工业控制系统(ICS)或监控和数据采集(SCADA)系统。这些系统将信息传送到IIoT工业物联网流程。然后,IIoT工业物联网过程中的功能将信息传递给设备,例如加热器,安全摄像头,灯具或压力平衡器。

IIoT工业物联网 网络中的 IIoT工业物联网 设备示例包括用于制造、农业和关键任务应用(例如核能和能源管理系统)的传感器、计算机和机器。IIoT工业物联网应用的例子包括有关工厂设备故障的警报,对商业农场中计算机碎屑牲畜的远程监控,以及公用事业系统的管理,例如交通电网。


IIoT工业物联网传感器数据用于提供对物理事件和环境的可操作见解。在关键任务系统中,IIoT工业物联网技术可以提供有关环境的早期预警警报,例如工厂中过量的一氧化碳水平。大多数物联网应用程序在公共云中运行。专有的IIoT工业物联网系统主要在为商业,政府和工业组织开发的私有云中运行。

什么是OT

OT 代表 操作技术。OT是指用于监视,控制和更改设备和系统行为的操作过程,硬件和软件,例如房间或铁路网络的温度。一个目标是自动化这些流程。OT设备的示例包括传感器,控制阀,机器,发射器,执行器,相机,电子锁,发动机,恒温器,工厂和工厂设备,嵌入式系统,人机界面(HMI)和机器人。OT系统主要通过点对点网络进行通信。OT应用包括电信,电子,化学加工,造纸,电力和核电站管理,废物管理,采矿,水处理,建筑管理行业以及石油和天然气加工。

OT-IIoT融合

术语OT-IIoT工业物联网描述了OT系统的发展,以使用物联网和IIoT工业物联网技术远程管理物理设备和系统。OT系统使用专门的软件标准和协议,例如分布式网络协议3,Modbus,EnOcean和LonWorks。这些协议旨在与传统的物联网和IIoT工业物联网协议集成。
传统上,OT系统面临的最大挑战是组件通常在没有内置IT安全性的情况下设计。在OT系统中,硬连线控制系统执行安全和安保功能。IIoT工业物联网正在使用基于云的安全应用程序改变OT设备的保护方式。
例如,如今,OT越来越多地使用数字孪生设备(相当于开发沙箱或虚拟环境)来测试应用程序。孪生设备是真实系统和设备的数字表示形式。在制造业和工业领域,数字孪生设备用于测试关键资产的新操作,而不会影响“真实”资产。可以在物理设备上进行更新、修复和新功能,并且可以在部署软件或硬件更改之前分析其影响。孪生还用于使用不同的数据输入运行模拟。目标是观察和优化系统和设备在不同场景中的行为。

IIoT和OT有什么区别

传统上,OT专注于物理设备的运营管理,主要是在工业领域。物联网、IIoT工业物联网和OT系统之间的界限正在变得模糊。现代OT应用利用IIoT工业物联网网络来监控和管理物理设备和运营应用。一个例子是OT系统中来自多个来源的数据聚合,包括物理传感器、数据库和远程网关。在OT系统中分析这些数据过去主要是一个手动过程,但现在IIoT工业物联网软件用于自动化数据收集和分析。
IIoT工业物联网解释

IIoT系统在哪里使用?

公用事业公司和关键任务系统使用 IIoT工业物联网 来管理停电或识别对资源的大量需求,例如电网和核电站。IIoT工业物联网技术可以提高资源分配的可靠性。IIoT工业物联网分析软件检测故障,提醒企业中断,并提出维修建议。
车队管理业务使用 IIoT工业物联网 应用程序来跟踪车辆、供应、驾驶员和工作流程效率。IIoT工业物联网跟踪提高了运营效率,并为异地工作人员提供了远程支持。
在农业行业,IIoT工业物联网的分析和预测能力可帮助农民就何时收获做出明智的决定。IIoT工业物联网传感器收集有关土壤和天气条件的数据,并建议最佳的施肥和灌溉时间表。嵌入式计算机芯片监控牲畜的健康和位置。
在制造业中,IIoT工业物联网用于资产和供应链管理。它支持集中管理资产,并支持供应商、制造商、存储设施、快递公司和客户之间的实时通信。IIoT工业物联网 应用程序监控整个供应链的维护计划并实现远程通信。IIoT工业物联网最大限度地减少了库存管理中的人为错误。IIoT工业物联网资产管理需要更少的人力,并降低了商品和服务的成本。

工业物联网技术的用途

用于工业应用的物联网技术可以提高生产力。例如,在移动设备上使用专用软件使远程工作人员能够与总部保持联系、跟踪任务并访问完成工作所需的信息。重复性任务可以自动化。

IIoT工业物联网 端点安全可以提供有关违规尝试的自动警报。自动警报可实现经济高效的 24/7 全天候安全监控。组织可以使用Shodan等应用程序来检查其连接的设备是否容易受到网络犯罪分子的攻击。预测性维护流程可以降低成本。监控设备和产品的智能传感器可以识别机械故障和系统故障,并减少停机时间。


智能网络可以提高硬件效率。例如,低功耗广域网 (LPWAN) 上的“侦听器”可以通过以交错的间隔侦听新消息而不是持续通电来延长使用电池的设备的电池寿命。

IIoT技术如何工作?

工业物联网协议和标准

专注于工业应用的IIoT工业物联网是物联网的一个子集。IIoT工业物联网和物联网采用类似的基本标准和协议。IIoT工业物联网标准和协议特定于工业应用。

网络有三个主要层:包括传感器和物理设备的物理层,连接设备(即物联网或IIoT工业物联网网关)的网络层,以及提供数据的应用层。这些层中的组件由专门的协议和标准管理,例如基础设施(IPv4 / IPv6,RPL,QUIC),通信(Wi-Fi,蓝牙,LPWAN,NFC,Zigbee,DigiMesh),数据(MQTT,CoAP,AMQP,SMCP,XMPP,LLAP,REST,SOAP),设备(TR-069,OMA-DM,OMA LwM2M)和安全性(OTrP,X.509)。

网络使用的五种主要类型的通信和连接协议是蜂窝, Wi-Fi, LoRaWAN (远程广域网), Zigbee, 和蓝牙.

通信信号的范围可能会有很大差异。范围变化主要取决于信号和设备之间是否存在障碍物,以及使用的协议。IEEE 802.11x 标准定义了无线客户端之间传输的信号的速度和范围。

蜂窝技术(GSM 3G / 4G / 5G)的范围为20-125英里,但其广泛的应用范围需要付出高昂的代价。Wi-Fi 可在 150-300 英尺之间的较短距离内提供快速数据传输。Zigbee主要用于工业应用。它是一个低功耗、低数据传输的网络,范围在 30-350 英尺之间。

蓝牙使用低功耗蓝牙 (BLE) 或智能蓝牙协议进行物联网应用.蓝牙设备分为三类。蓝牙连接的范围在 3-330 英尺之间。1 类蓝牙设备可以传输最远 330 英尺的信号。3 类蓝牙设备只能传输约 3 英尺的信号。可穿戴设备通常使用蓝牙协议进行连接.

LoRaWAN 可以支持数百万个低功耗连接设备, 例如在智能城市系统中.其射程为2-15公里。但是,在荷兰电信公司KPN的2017年实验中,来自热气球的LoRaWAN信号覆盖了436英里。

在 IIoT工业物联网 网络上,消息队列遥测传输 (MQTT) 是管理传感器和应用程序之间数据流的通用标准。数据分发服务 (DDS) 是支持高性能机器对机器 (M2M) 连接的标准,这些连接是设备之间的点对点连接。

设备管理

基本的 IIoT工业物联网 设备管理任务包括验证已注册设备的真实性、重置已停用的设备、重新配置新设备、诊断软件错误和操作异常、更新软件、建议维护计划以及监控数据使用情况和正常运行时间。

设备管理的最新趋势是在传统设备管理解决方案中包含上下文感知功能。情境感知推荐系统 (CARS) 可帮助用户根据各种场景决定其设备的运行方式。上下文感知操作规则有助于定义设备在现实世界中的使用方式。在特定上下文(例如远程或建筑物中)中使用的设备可以配置为在其状态特定的不利条件下发送警报。一个例子是在恶劣天气下行驶的联网车辆,这不会影响工厂生产线上使用的无人驾驶卡车。另一个示例是当设备需要位置信息才能运行时。当设备无法使用 GPS 时,其预定义状态(在本例中为需要 GPS 功能的状态)将提醒用户它无法按预期运行。

连接和网络

设备连接和网络管理的一些功能包括限制数据使用、在必要时限制数据、提供使用情况度量和警报、自定义内容、保护内容、限制对业务关键型信息的访问以及允许基于角色的自定义功能。

物联网设备、IIoT工业物联网 设备和传感器通过网关进行通信,允许它们通过网络共享数据,无论是设备到设备还是设备到云。智能手机、可穿戴设备、工厂机器人和心脏起搏器都以不同的方式进行通信。网关支持使用不同类型协议的设备之间的通信。网关还可以缩小传感器需要通信的范围,因为它可以将传感器数据直接转发到传感器直接范围之外的设备。

边缘计算的概念是物联网和IIoT工业物联网网关的核心。IIoT工业物联网 系统处理来自远程位置的许多来源的大量数据。使用边缘数据建模,IIoT工业物联网系统中的关键数据在网关上进行预处理和过滤。这有助于防止瓶颈。

安全

世界经济论坛制定的IIoT工业物联网安全和安保协议旨在解决IIoT工业物联网安全问题。北美电力可靠性公司 (NERC) 为美国的电力系统和供应商制定了网络安全标准,美国国家标准与技术研究院 (NIST) 为保护工业控制系统提供了指南。化学设施反恐标准 (CFATS) 定义了高风险 IIoT工业物联网 系统的安全法规,例如化工厂和炼油厂。

最常见的IIoT工业物联网连接选项是什么?

网络通常根据其提供的覆盖范围进行分类。近场通信 (NFC) 是一种范围为几英寸的低速网络。它通常用于非接触式支付系统。广域网 (WAN) 覆盖较大的地理区域,并包含较小的网络,例如局域网 (LAN)。LAN 通常覆盖建筑物,例如办公大楼。车辆局域网 (VAN) 将应急响应车辆连接到摄像头、雷达和 GPS 系统。

还可以根据网络的配置方式对网络进行分类,例如在网状、线路、总线、星形或树形配置中。网状网络在物联网系统中很受欢迎,因为它们很灵活,允许节点在没有严格的分层规则的情况下连接到其他节点。
IIoT连接

IoT工业物联网面临的挑战

影响IIoT工业物联网系统外部计算机硬件和软件的相同漏洞也会影响IIoT工业物联网。硬件缺陷、固件和软件错误、缺乏维护、部件故障以及在极端条件下使用设备都可能导致设备故障。
尽管努力打击网络犯罪,但网络攻击的数量每天都在增加。批评者认为,物联网和IIoT工业物联网特别容易受到犯罪分子的攻击。其中一个原因是智能设备是远程访问、操作和管理的。
对于工人来说,广泛的自动化可能会导致某些行业的失业。愤世嫉俗的观察家认为,供应商将利用IIoT工业物联网来构建冗余的安全应用程序,并将其出售给不具备技术知识的企业主。

总结
专家建议,IIoT工业物联网在采用方面将超过物联网。这是因为制造企业有强烈的动机来提高其财务底线和投资回报率,降低劳动力成本并提高生产力。为此,组织需要投资软件来管理和监控其网络。

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