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物联的智能网关是怎样的

  物联网这一术语通常指的是网络连接和计算能力扩展到通常不被认为是计算机的设备、传感器和日常用品的情况,允许这些东西(设备)在最少的人工干预下生成、交换和消费数据。不过,并没有单一的、普遍的定义。

  支持技术:将计算机、传感器和网络结合起来以监控设备的概念已经存在了几十年。然而,最近几个技术市场趋势的融合正在使物联网更接近于广泛的现实。这些包括无处不在的连接、基于IP网络的广泛采用、计算经济学、小型化、数据分析的进步以及云计算的兴起。

  网络连接模式:物联网实施使用不同的技术通信模式,每个模式都有自己的特点。网际网络架构委员会(IAB)描述的四种常见通信模式包括:设备到设备、设备到云、设备到网关和后端数据共享。这些模式突出了物联网设备连接方式的灵活性,并为用户提供价值。

  变革潜力:如果对物联网的预测和趋势成为现实,它可能会迫使人们思考其对现实世界带来的影响和问题,在这个世界上,与互联网最常见的互动来自与连网对象的被动接触,而不是与连网对象的主动接触。主动接触的潜在实现“超级连接的世界”证明了互联网架构本身的通用性质,它不会对能够利用该技术的应用程序或服务施加固有限制。

  虽然安全考虑因素在IT环境中并不新鲜,但许多物联网实施的属性带来了新的独特安全挑战。应对这些挑战并确保物联网产品和服务的安全必须是一个优先事项。用户需要相信物联网设备和相关数据服务是安全的,不会受到黑客威胁,尤其是随着这项技术变得越来越普及并融入我们的日常生活。安全性差的物联网设备和服务可以作为网络威胁的潜在入口,并使数据流得不到充分保护,从而使用户数据暴露于盗窃行为中。

  物联网设备的互联特性意味着,每一个不安全的在线连网设备都有可能影响全球互联网的安全性和弹性。这一挑战因其他因素而加剧,如物联网设备的大规模部署、某些设备自动连接到其他设备的能力以及将这些设备部署在不安全环境中的可能性。

  原则上,物联网设备和系统的开发人员有义务确保他们不会使用户和互联网本身受到潜在伤害。因此,需要一种安全的协作方法来制定有效和适当的解决方案,以应对物联网安全挑战,这些方案非常适合问题的规模性和复杂性。

  物联网的全部潜力取决于在广泛的期望中尊重个人隐私的策略。物联网设备提供的数据流和用户特异性可以为物联网用户带来难以置信的独特价值,但对隐私和潜在危害的担忧可能阻碍物联网的全面采用。这意味着隐私权和对用户隐私期望的尊重是确保用户对互联网、连网设备和相关服务的信任和信心所不可或缺的。

  专有物联网技术实施的分散环境将抑制用户和行业的价值及其发展。虽然产品和服务之间的完全互操作性并不总是可行或必要,但如果存在集成不灵活、所有权复杂性高以及对供应商锁定的担忧,购买者可能会对购买物联网产品和服务犹豫不决。

  此外,设计和配置不当的物联网设备可能会对其连接的网络资源和更广泛的互联网产生负面影响。适当的标准、参考模型和实践也将有助于抑制可能以破坏方式进入互联网的设备的扩散。

  物联网设备的使用引发了许多新的监管和法律问题,也放大了互联网上现有的法律问题。这些问题涉及面广,而且物联网技术的快速变化速度往往超过相关政策、法律和监管机构的适应能力。虽然法律和监管方面的挑战范围广泛且复杂,但采用互联网社会指导原则,即提高用户的连接、发言、创新、共享、选择和信任能力,是制定物联网法律和法规的核心考虑因素。

  物联网为新兴经济体和发展中经济体带来了巨大的社会和经济利益。这包括可持续农业、水质和使用、医疗保健、工业化和环境管理等领域。因此,物联网有望成为实现联合国可持续发展目标的工具。

  物联网挑战的广泛范围并非工业化国家所独有。发展中地区也需要做出回应,以实现物联网的潜在利益。此外,还需要解决在欠发达地区实施的独特需求和挑战,包括基础设施准备、市场和投资激励、技术技能要求和政策资源。

  物联网正在发生。它承诺提供一个革命性的、完全连接的“智能”世界,因为物体、环境和个人之间的关系正变得更加紧密。然而,为了实现个人、社会和经济的潜在利益,需要考虑和解决与物联网相关的问题和挑战。

  在现代生产企业中,生产线的自动化系统一般采用以 PLC 为主要节点的控制、通信网络,最常用的是现场总线协议;同时在企业的管理经营系统一般采用计算机为主要节点的通信网络,以 TCP/IP 协议为主,如何实现不同应用系统间的数据通信,打通不同通信协议间的数据通路,对数据进行分析、存储、转发等功能,如生产指示快速下达和生产状态的快速发布,从而提升企业管理生产效率,是数据网关技术出现和发展的客观要求。

  数据网关的作用就是连接不同的通信系统,实现数据互通,所以首先要对不同系统进行物理连接,在物理连接的基础上,再根据不同系统的通信协议,利用协议允许的接口进行软件连接,通过数据接收、提取、发送的过程实现数据转发。

  数据网关的基本功能是进行不同通信协议间内容的翻译转换,但是对这个过程中的数据如何进行处理,或者如何使用这些数据,决定了数据网关的应用。根据对数据处理方式的不同,可将数据网关分成普通数据网关和专用数据网关两种。

  该型数据网关以数据传输功能为主,对所传输的数据只进行简单处理,如有效性过滤、存储、重新组织等。最典型的应用是控制系统中的操作上位机系统,该系统通过工业以太网、现场总线或者其它方式接入控制系统,将采集到的数据通过以太网(一般是 TCP/IP 协议)发送至操作员上位机,在控制画面上显示相应状态,同时又将上位机发出的操作指令发送给现场 PLC 等控制器,实现了现场设备通信系统与人工操作通信系统的数据连通。在这个典型中难以找到具体的数据网关,实际上是由操作上位机集成了数据转换的功能,充当了数据网关的角色。除此以外,本世纪开始广泛应用的 ERP、MES、ASP 等先进的管理系统,与生产流水线控制系统实现信息互通,这需要进行大量的数据组织、存储、转发等,就更加需要使用数据网关作为主要的信息桥梁和中转站。

  生产数据、状态的实时存储。通过数据库可以保存长期历史数据,方便进行生产过程分析和质量追溯。

  生产状态实时上报、发布。管理者可以根据实时数据高效的制定生产计划;营销人员可以及时的跟踪订单生产,反馈客户。

  生产指令的快速下达。MES、ERP 等生产计划信息可以快速的下发到生产线,实现订单的快速响应,缩短交货时间。

  增强系统稳定性。全线操作站联网,每个操作站都可以了解全线的生产情况,且互相备用,必要时可以互相替代操作。

  提高生产自动化水平。方便增加过程控制、智能控制等专用计算设备,弥补普通PLC 不具备的智能计算、大数据量计算等功能,使生产更加精细,产品质量得以提高。

  与普通型相比,该型不仅具有数据存储、转发等数据网关的基本功能,特点是将其它高级的功能也进行了集成,构成了基于数据网关技术的专用设备,目前主要有以下几种:

  信息发布数据网关 该型数据网关集成了 web 发布功能, 通过有线或者无线接口直接接入 internet,方便用户在任何地方通过互联网获得实时生产信息。为了保证正常生产不被干扰,可以通过硬件或软件进行数据隔离,保证数据流为单向,如采用硬件隔离技术可以做到完全隔离。

  过程控制数据网关 该型除了数据网关基本功能,主要功能是数据计算,主要通过软件实现,对生产系统特别是单一复杂设备进行高级控制,弥补 PLC 等现场控制器对数据处理、历史数据调用、复杂算法实现困难等功能上的不足,从而提高生产的自动化水平。

  信息存储数据网关 该型主要功能是数据存储,在本地建立数据库,将接收的数据进行长期存储,并具备多种组织和查询接口,以方便进行生产流程优化和质量追溯。

  信息技术如云技术、物联网技术等的出现大都基于互联网技术的发展,而数据网关的连通不同通信网络的特性恰恰为这些新技术应用到传统产业提供了支撑。

  通过数据网关,把生产数据发送给企业研发、质量中心,甚至专业的数据分析中心,利用“外脑”强大的计算能力和信息资源,对生产数据进行全方位、深层次的分析,进而得到更高效的生产工艺参数指导,从而提升产品质量,优化生产流程。在仅投入少量硬件的条件下,就具备了获得专业海量数据分析计算的能力,实现了低成本、和记娱乐,高效益的兼顾。

  通过数据网关,将生产数据实时发送至企业决策者的移动互联终端,使之可以随时根据市场变化制定生产策略,实现效益更大化;将生产数据实时发送至外地销售经理的移动互联终端,使之可以随时跟踪订单情况,反馈客户,并可以随时将新的客户需求传达到生产线,及时优化订单计划,达到降低生产成本,缩短交货周期的效果。

  通过数据网关,将生产线状态与原材料、辅助材料、成品等物流信息整合,整体分析各个流程,确定调度方案,实现资源的高效利用,实现即时生产、减少中间环节、降低库存、节约物流成本的目标。

  感知网络接入的能力:物联网网关首先是具有对各节点属性、状态等信息的获取功能,即可以感知各节点的实时状态。其次是具有对节点的远程控制、唤醒、诊断等功能,即实现节点的自动化管理。

  异构网络互通的能力:物联网网关接入必然存在跨域通信的要求,因此需要完善的寻址技术,以确保所有节点的信息都能被准确、高效、安全地进行定位和查询。随着物联网应用的发展,节点地址的数量会逐渐增大,且其编码结构与 DNS中的域名结构不同,因此需要有一套与互联网不同的寻址技术以满足需求。

  通讯与数据格式标准化:网关必须实现传感网络到传统通信网络的协议转换,将协议适配层上传输的标准格式数据进行统一封装,将广域接入层下发的数据解包成标准格式数据,实现命令的解析,之后转换为感知层协议可以识别的信号和控制指令。