物聯(lián)網(wǎng)(IoT)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。物聯(lián)網(wǎng)平臺（IoT Platform）是近兩年剛出現(xiàn)的一種物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施解決方案。物聯(lián)網(wǎng)平臺作為物聯(lián)網(wǎng)為用戶提供服務(wù)的基礎(chǔ)，承擔連網(wǎng)的“物”的管理、數(shù)據(jù)的采集、應(yīng)用服務(wù)的使能等功能，物聯(lián)網(wǎng)平臺的出現(xiàn)將推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計算等新一代IT技術(shù)與工業(yè)系統(tǒng)深度融合集成而形成的一種新的應(yīng)用生態(tài)。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的“采集、傳輸、計算”三要素中，采集端通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)機器、物品、人、控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集與相關(guān)聯(lián)結(jié)。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）已經(jīng)成為當前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

　　ITU在2012年出版的《物聯(lián)網(wǎng)概述》中，明確物聯(lián)網(wǎng)定義為全球信息社會的基礎(chǔ)設(shè)施；以物質(zhì)互連（物理和虛擬）的方式，在現(xiàn)有和新興互操作信息通信技術(shù)（ICT）的基礎(chǔ)上提供先進的業(yè)務(wù)；通過識別、數(shù)據(jù)捕獲、處理和通信能力，充分利用“物”為各種應(yīng)用提供服務(wù)，同時確保安全和隱私方面的要求。即物聯(lián)網(wǎng)重在提供服務(wù)，而不是簡單的將物接入網(wǎng)絡(luò)。由此可見，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將使得智能化深入到生產(chǎn)生活之中，給人們提供更多場景化的有益的服務(wù)。

　　為實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)功能，ITU定義了物聯(lián)網(wǎng)的參考模型(如圖1)。

　　圖1.物聯(lián)網(wǎng)參考模型

　　目前對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展影響比較關(guān)鍵的是服務(wù)和應(yīng)用支持層、設(shè)備層兩部分。設(shè)備層主要關(guān)注“物”側(cè)的聯(lián)網(wǎng)，以及邊緣計算能力，同時要注意低能耗和傳輸距離。服務(wù)和應(yīng)用支持層為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，通過對設(shè)備層設(shè)備的控制、數(shù)據(jù)采集和分析及邊緣計算能力（即設(shè)備應(yīng)用程序）的定制等，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供基礎(chǔ)平臺支撐，與管理能力和安全能力結(jié)合后，即成為物聯(lián)網(wǎng)平臺，是在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的PaaS平臺。

　　我國作為潛力巨大的物聯(lián)網(wǎng)市場，政府和民間一直在努力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，在核心技術(shù)研發(fā)、標準制定、產(chǎn)業(yè)推動等方面，已經(jīng)大大縮短了與國外的差距，特別是在國家出臺“中國制造2025”戰(zhàn)略后，智能制造的關(guān)鍵支撐技術(shù)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”受到越來越多的關(guān)注，由此也推動了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用普及。目前由于物聯(lián)網(wǎng)涉及的場景和行業(yè)遠超過傳統(tǒng)的人際互聯(lián)網(wǎng)，其標準眾多而繁雜，且由于大多數(shù)行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)還處在萌牙期，相關(guān)的數(shù)據(jù)采集、業(yè)務(wù)處理都相關(guān)封閉，多為豎井式解決方案，企業(yè)要針對不同的傳感器，不同的應(yīng)用場景部署相互割裂的解決方案，這些都嚴重影響了企業(yè)部署物聯(lián)網(wǎng)積極性。采用統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)平臺有望徹底解決企業(yè)的這些問題。

    一、物聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)

　　物聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)包括如圖2所示功能，主要由物聯(lián)網(wǎng)平臺層和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中間件組成。在物聯(lián)網(wǎng)平臺層統(tǒng)一給物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了接口，可以方便用戶編寫自己的特色應(yīng)用，并部署到物聯(lián)網(wǎng)平臺上，從而達到簡化物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)、快速提供物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的目的，實現(xiàn)“應(yīng)用驅(qū)動物聯(lián)網(wǎng)”的物聯(lián)網(wǎng)使能平臺。

圖2.物聯(lián)網(wǎng)平臺基礎(chǔ)架構(gòu)

　　這里的網(wǎng)關(guān)層是兼容目前多種傳感層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的關(guān)鍵層次，能夠屏蔽傳感層差異，并實現(xiàn)邊緣計算能力。隨著傳感器發(fā)展，部分傳感器也可能跳過網(wǎng)關(guān)層直接與平臺對接，相關(guān)的功能將分別移到平臺層或傳感層實現(xiàn)。

　　1. 物聯(lián)網(wǎng)平臺

　　物聯(lián)網(wǎng)平臺是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和服務(wù)支撐的基礎(chǔ)平臺，承擔起眾多“物”側(cè)的管理和數(shù)據(jù)采集，以及邊緣計算的定制等功能，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供完善的PaaS平臺支持。進入萬物互聯(lián)時代，連接數(shù)目將遠超傳統(tǒng)的人際互聯(lián)時代，巨大的連接數(shù)量對傳統(tǒng)的平臺技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。

　　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和傳感器是“物”接入互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，“物”的各種屬性都由它們收集，然后傳遞到物聯(lián)網(wǎng)平臺上。物聯(lián)網(wǎng)平臺要對所有的“物”的屬性進行保存，比如位置、能力、電池余量等，對于需要控制的物，還需要有相應(yīng)的控制能力。因為“物”的特點，有可能并不是實時在線，因此平臺要能夠在“物”不在線時仍然可以查詢，并進行相應(yīng)的設(shè)置，等“物”上線后再自動配置。如此巨大的“物”的管理，特別是安全的管理，需要平臺具備高可擴展性、高冗余度和健壯性。

　　大量的“物”接入平臺后，隨著時間變化，其傳感的大量數(shù)據(jù)將不斷的涌向平臺，將很快達到TB甚至PB級數(shù)量。平臺首先要處理大量的網(wǎng)絡(luò)連接，其次要從大量的網(wǎng)絡(luò)連接中提取大量數(shù)據(jù)，并進行初步分析。平臺需要具有千萬甚至上億級的連接處理能力，能夠方便的橫向擴展，以支持更多的“物”的連接，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)的初步處理和篩選。

    數(shù)據(jù)在經(jīng)過初步處理后，將存儲到大數(shù)據(jù)平臺中，進行后續(xù)的分析，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。平臺需要具備平臺級別的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境支持，為應(yīng)用提供API，可以方便的調(diào)用平臺的各種接口，生成各種場景化的應(yīng)用，比如查看整個工廠的機器使用狀態(tài)，用電量，對機器的維護需求進行預(yù)測，對生產(chǎn)的物料進行提前安排等。

　　對于實時要求比較高，或者數(shù)據(jù)產(chǎn)生量比較大的傳感網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)關(guān)上還需要有邊緣計算能力，以便在邊緣直接對傳感器的請求進行處理，并過濾部分噪音數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)進行某些指定的預(yù)處理。平臺需要具備這些邊緣計算能力的定制和下發(fā)，即作為網(wǎng)關(guān)應(yīng)用的管理平臺。作為場景化應(yīng)用的一個重要環(huán)節(jié)，這個網(wǎng)關(guān)應(yīng)用的管理要能夠和平臺的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境集成，使得物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能夠統(tǒng)一在平臺和網(wǎng)關(guān)上進行處理。

　　比如一個典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用——溫度變化通知功能，由應(yīng)用開發(fā)者開發(fā)網(wǎng)關(guān)上的應(yīng)用程序，在溫度變化時向某一群組發(fā)送消息，將網(wǎng)關(guān)應(yīng)用由平臺下發(fā)到網(wǎng)關(guān)；在平臺上定義群組，其成員可以是其它網(wǎng)關(guān)、某個物聯(lián)網(wǎng)APP、或者手機短消息等，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺統(tǒng)一下發(fā)到各物聯(lián)網(wǎng)關(guān)；網(wǎng)關(guān)在感知到溫度變化時，直接通過應(yīng)用發(fā)送消息到群組內(nèi)成員，比如相鄰網(wǎng)關(guān)，某用戶手機等。

　　2. 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)中間件及融合物聯(lián)網(wǎng)關(guān)

　　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是傳感器與互聯(lián)網(wǎng)連接的重要設(shè)備。傳感器的使用場景千差萬別，對傳感網(wǎng)的技術(shù)要求各異，因此需要有區(qū)別的采用不同的技術(shù)。網(wǎng)關(guān)硬件平臺可能會有多種形態(tài)，傳感網(wǎng)協(xié)議也可能多種多樣。通過物聯(lián)網(wǎng)關(guān)中間件融合的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)將提供多種多樣的網(wǎng)關(guān)形態(tài)。

　　目前傳感網(wǎng)根據(jù)場景大致分為有線傳感接入、無線傳感接入。

　　有線主要是各種工業(yè)現(xiàn)場總線，包括RS485、CAN、Ethernet/IP、ControlNet、LonWorks、EIB、Interbus、Profibus、FF HSE、Profinet、P-net、CC_Link、DeviceNet等，其物理接口和協(xié)議棧都不一致，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)中都需要不同的網(wǎng)關(guān)設(shè)備進行聯(lián)接，導(dǎo)致工廠網(wǎng)絡(luò)割裂，維護復(fù)雜。

　　無線網(wǎng)絡(luò)按距離來分，包括短距離的個域網(wǎng)協(xié)議和長距離的LPWA協(xié)議。個域網(wǎng)協(xié)議如Zigbee，Bluetooth，Wi-Fi等，其特點是傳輸距離短，帶寬高，功耗高。LPWA協(xié)議如LoRaWAN, LTE-M, NB-IoT，以及正在研究的5G技術(shù)等，這些協(xié)議的特點是傳輸距離長，帶寬低，功耗低，支持終端數(shù)量多。

　　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)要考慮兼容上述物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，同時能夠低成本實現(xiàn)包括工業(yè)現(xiàn)場、戶外等極端環(huán)境的設(shè)備防護性等問題，以及功耗問題。為不同場景提供個性化的綜合物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

　　二、平臺應(yīng)用場景

　　應(yīng)用一：智能制造

　　物聯(lián)網(wǎng)平臺在工業(yè)制造領(lǐng)域，可以將生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)安全連接，機器設(shè)備與產(chǎn)品數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，與用戶數(shù)據(jù)互通，促進數(shù)據(jù)化支撐下的企業(yè)生產(chǎn)全流程可視、用戶信息可視，實現(xiàn)IT與OT的融合，提供智能制造能力。

　　機器的能耗管理：時刻記錄機器的能耗狀態(tài)，對其能耗歷史數(shù)據(jù)進行展示和分析，形成機器開工率的直觀展示，為企業(yè)決策提供服務(wù)支持。

　　預(yù)測性運維服務(wù)：根據(jù)設(shè)備運行數(shù)據(jù)，監(jiān)視機器、零件的使用次數(shù)，根據(jù)歷史壽命來預(yù)測性的提供運維建議。

　　另外，還可以利用物聯(lián)網(wǎng)平臺跟蹤庫存，與供應(yīng)鏈集成零庫存管理；基于實時監(jiān)測和高級分析的生產(chǎn)過程優(yōu)化；柔性生產(chǎn)、軟件定義機器低成本實現(xiàn)個性化需求等。

　　應(yīng)用二：智能電網(wǎng)

　　智能電網(wǎng)可以達成供應(yīng)者與使用者之間無障礙的溝通，進而提升能源使用效率、減少消耗與浪費。遠程抄表系統(tǒng)(AMR/AMI) (Automatic Meter Reading/Automated Metering Infrastructure)是其中最重要的基礎(chǔ)建設(shè)(Infrastructure)，其原理是利用各種通信方式將使用者的用電信息傳遞到遠方的管理端，省卻人力抄表的不便以及實時性的問題?；诓煌牡乩憝h(huán)境以及不同使用程度的使用者，遠程抄表必須因地制宜。通信方式大體包括有線、無線等方式。

　　有線通信網(wǎng)絡(luò)的通信方式包括RS232/422/485等串行通信方式，其上運行Modbus等協(xié)議用于電表數(shù)據(jù)的讀取。不同的智能電表，其寄存器的地址和內(nèi)容都或多或少存在差別，傳統(tǒng)的電表數(shù)據(jù)采集，需要專門的采集設(shè)備進行電表數(shù)據(jù)讀取，不同電表廠商都有自己的配套采集設(shè)備。通過在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中間件中加載電表讀取模塊，可以實現(xiàn)動態(tài)支持多種電表種類，軟件上即可方便擴展，從而避免了采集器的采購和維護成本。

　　在無線通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面又可分為Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g/n)、蜂窩通信（GSM、GPRS、3G）、LoRaWAN等多種，其中以蜂窩技術(shù)最為常見。多種技術(shù)的通信協(xié)議不同，通過網(wǎng)關(guān)中間件的動態(tài)協(xié)議擴展機制，可以方便的擴展新的協(xié)議支持，而不需要更新網(wǎng)關(guān)本身的操作系統(tǒng)。

　　物聯(lián)網(wǎng)平臺在收集到電網(wǎng)數(shù)據(jù)后，支持數(shù)據(jù)的分布式冗余存儲，同時結(jié)合大數(shù)據(jù)平臺快速進行用電數(shù)據(jù)的分析，進而進行配電、售電的相關(guān)決策，動態(tài)調(diào)整相關(guān)的策略，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行，為能源互聯(lián)網(wǎng)提供基礎(chǔ)。

　　物聯(lián)網(wǎng)平臺是物聯(lián)網(wǎng)為用戶提供服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施平臺，作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)平臺與融合物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信設(shè)備、云計算基礎(chǔ)設(shè)施、大數(shù)據(jù)平臺等一起形成完整“采、傳、算”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，幫助企業(yè)實現(xiàn)IT與OT的融合，從而推動企業(yè)向工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)變，進而提升我國制造業(yè)的智能化水平，提升我國在國際制造領(lǐng)域的地位。