工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究是一個(gè)跨學(xué)科的工程，它涉及自動(dòng)化、通信、計(jì)算機(jī)以及管理科學(xué)等領(lǐng)域。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用需要解決眾多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題（見(jiàn)下圖）

1、傳感器技術(shù)：價(jià)格低廉、性能良好的傳感器是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基石，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求更準(zhǔn)確、更智能、更高效以及兼容性更強(qiáng)的傳感器技術(shù)。智能數(shù)據(jù)采集技術(shù)是傳感器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向。信息的泛在化對(duì)工業(yè)傳感器和傳感裝置提出了更高的要求。具體如，微型化：元器件的微小型化，要求節(jié)約資源與能源；智能化：具備自校準(zhǔn)、自診斷、自學(xué)習(xí)、自決策、自適應(yīng)和自組織等人工智能技術(shù)；低功耗與能量獲取技術(shù)：供電方式為電池、陽(yáng)光、風(fēng)、溫度、振動(dòng)等多種方式。

2、設(shè)備兼容技術(shù)：大部分情況下，企業(yè)會(huì)基于現(xiàn)有的工業(yè)系統(tǒng)建造工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中所用的傳感器能夠與原有設(shè)備已應(yīng)用的傳感器相兼容是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)推廣所面臨的問(wèn)題之一。傳感器的兼容主要指數(shù)據(jù)格式的兼容與通信協(xié)議的兼容，兼容關(guān)鍵是標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。目前，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中普遍采用的如Profibus、Modus協(xié)議，已經(jīng)較好地解決了兼容性問(wèn)題，大多數(shù)工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)廠商基于這些協(xié)議開(kāi)發(fā)了各類(lèi)傳感器、控制器等。近年來(lái)，隨著工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用日漸普遍，當(dāng)前工業(yè)無(wú)線的WirelessHART、ISA100．11a以及wIA—PA3大標(biāo)準(zhǔn)均兼容了IEEE802．15．4無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并提供了隧道傳輸機(jī)制兼容現(xiàn)有的通信協(xié)議，豐富了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組成與功能。

3、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心之一，數(shù)據(jù)在系統(tǒng)不同的層次之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。網(wǎng)絡(luò)分為有線網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)一般應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理中心的集群服務(wù)器、工廠內(nèi)部的局域網(wǎng)以及部分現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)中，能提供高速率高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸通道。工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)則是一種新興的利用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行傳感器組網(wǎng)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用可以使得工業(yè)傳感器的布線成本大大降低，有利于傳感器功能的擴(kuò)展，因此吸引了國(guó)內(nèi)外眾多企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注。
傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)較為成熟，在眾多場(chǎng)合已得到了應(yīng)用驗(yàn)證。然而，當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境時(shí)，會(huì)面臨如下問(wèn)題：工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾、開(kāi)放的無(wú)線環(huán)境讓工業(yè)機(jī)器更容易受到攻擊威脅、部分控制數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)傳輸。相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則正處在發(fā)展階段，它解決了傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境時(shí)的不足，提供了高可靠性、高實(shí)時(shí)性以及高安全性，主要技術(shù)包括：自適應(yīng)跳頻、確實(shí)性通信資源調(diào)度、無(wú)線路由、低開(kāi)銷(xiāo)高精度時(shí)間同步、網(wǎng)絡(luò)分層數(shù)據(jù)加密、網(wǎng)絡(luò)異常監(jiān)視與報(bào)警以及設(shè)備入網(wǎng)鑒權(quán)等。

4、信息處理技術(shù)：工業(yè)信息出現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)對(duì)于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)，如何有效處理、分析、記錄這些數(shù)據(jù)，提煉出對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有指導(dǎo)性建議的結(jié)果，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心所在，也是難點(diǎn)所在。
當(dāng)前業(yè)界大數(shù)據(jù)處理技術(shù)有很多，如SAP的BW系統(tǒng)在一定程度上解決了大數(shù)據(jù)給企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的問(wèn)題。數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的發(fā)展也使海量信息處理變得更為智能、高效。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)泛在感知的特點(diǎn)使得人也成為了被感知的對(duì)象，通過(guò)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的分析以及用戶行為的建模，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)計(jì)、制造、管理過(guò)程中的人一人、人一機(jī)和機(jī)一機(jī)之間的行為、環(huán)境和狀態(tài)感知，更加真實(shí)地反映出工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的細(xì)節(jié)變化，以便得出更準(zhǔn)確的分析結(jié)果。

5、安全技術(shù)：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全主要涉及數(shù)據(jù)采集安全、網(wǎng)絡(luò)傳輸安全等過(guò)程，信息安全對(duì)于企業(yè)運(yùn)營(yíng)起到關(guān)鍵作用，例如在冶金、煤炭、石油等行業(yè)采集數(shù)據(jù)需要長(zhǎng)時(shí)問(wèn)的連續(xù)運(yùn)行，如何保證在數(shù)據(jù)采集以及傳輸過(guò)程中信息的準(zhǔn)確無(wú)誤是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的前提。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的四個(gè)特點(diǎn)

數(shù)據(jù)收集范圍：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)利用RFID、傳感器、二維碼等手段隨時(shí)獲取產(chǎn)品從生產(chǎn)到銷(xiāo)售到最終用戶使用各個(gè)階段的信息數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集往往局限于生產(chǎn)質(zhì)檢階段。

互聯(lián)傳輸：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)利用專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的方式，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞物體信息，對(duì)網(wǎng)絡(luò)依賴性更高，更強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)交互。

智能處理：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)綜合利用云計(jì)算、云存儲(chǔ)、模糊識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能計(jì)算技術(shù)，對(duì)海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，并結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，深入挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值。

自組織與自維護(hù)：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)為整個(gè)系統(tǒng)提供自己處理獲得的信息或決策數(shù)據(jù)，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)失效或數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)邏輯關(guān)系做出相應(yīng)調(diào)整。