工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關如何連接IT/OT世界？

　　根據(jù)《2023-2027年物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關市場報告》，價值90億美元的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)網(wǎng)關市場在2021年至2022年期間經(jīng)歷了加速增長，并將在幾個有利因素的支持下繼續(xù)增長。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關通過在底層OT設備與IT設備或云之間安全有效地共享數(shù)據(jù)，實現(xiàn)IT和OT的融合，通常作為四種更廣泛的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)之一實施。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關在安全、邊緣計算和存儲等方面取得了多項進展。

　　為什么這很重要?

　　對于物聯(lián)網(wǎng)廠商來說：當前IT/OT融合的趨勢下，存在著更持久的市場機會。

　　對于物聯(lián)網(wǎng)采用者：部署正確的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關并正確配置它對于無縫的IT/OT融合非常重要。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關正在成為IT和OT融合的結(jié)合點。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關：市場和角色

　　由思科、西門子、研華和MOXA等企業(yè)引領的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關市場從2021年到2022年顯著加速，增長約14.7%，達到8.6億美元，占整個物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關市場的38%，我們預計至少到2027年將持續(xù)增長。推動這一增長的因素包括以下幾點：

　　連接未連接的：許多企業(yè)正在用傳感器和控制器改造其舊設備，使用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關執(zhí)行必要的協(xié)議和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀T端點。

　　軟件應用正在遷移：擁有聯(lián)網(wǎng)設備的企業(yè)正在將一些關鍵應用轉(zhuǎn)移到云端，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關逐漸成為信息進出工業(yè)場所的主要連接點。一些應用現(xiàn)在也在網(wǎng)關本身上本地運行。

　　更強大的硬件：具有嵌入式多核處理器、人工智能芯片組和安全元件的新型增強型網(wǎng)關，可實現(xiàn)更快、更安全的數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)絀T端點或云。

　　這些因素反映了我們的評估，即工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關正在成為IT和OT融合的結(jié)合點。

　　注意：當我們提到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關時，我們指的是將傳感器、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備和工業(yè)設備連接到云或本地服務器或在不同工業(yè)網(wǎng)絡上運行的plc/ipc的(加固)硬件。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關如何連接IT和OT世界

　　許多企業(yè)維護的傳統(tǒng)設備沒有傳感器或控制設備。即使傳統(tǒng)設備具有本地連接的傳感器或控制器，例如工廠車間的人機界面或平板電腦，它也可能不提供連接選項，或使用終端設備的消息傳遞協(xié)議用途。同時，擁有物聯(lián)網(wǎng)設備的企業(yè)可能希望在傳輸數(shù)據(jù)之前將數(shù)據(jù)移至外部，例如，移動到遠程IT設備或云，或增強本地數(shù)據(jù)計算以實現(xiàn)自動響應。

　　在此類情況下，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關可以通過I/O模塊主站，以無線或有線方式與獨立或集成傳感器連接，以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀T或云服務器。如下所述，它們適合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案中的許多架構(gòu)。

　　物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)內(nèi)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關

　　無論企業(yè)構(gòu)建還是購買物聯(lián)網(wǎng)解決方案，該解決方案都將與物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)保持一致，以收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉它c。雖然直接傳感器到云架構(gòu)不需要使用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，但工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關通常存在于四種一般類型的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中。

　　1.傳感器/設備到PLC/IPC到IIoT網(wǎng)關到云

　　在現(xiàn)有自動化硬件的工業(yè)環(huán)境中，傳感器/設備到PLC/IPC、IIoT網(wǎng)關到云架構(gòu)非常常見�，F(xiàn)場傳感器或執(zhí)行器連接到I/O模塊主站。這些I/O模塊主機將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜豍LC或IPC。然后，PLC/IPC連接到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，作為PLC/IPC與云之間的橋梁。

　　這種架構(gòu)可能非常強大，但也存在潛在危險。從技術上講，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關可以配置為遠程訪問位于PLC/IPC下方的整個架構(gòu)。雖然此設置允許任何數(shù)據(jù)在IT和OT之間流動，從而實現(xiàn)任何可想象的用例，但它也具有最大的潛在攻擊面，例如，在安全架構(gòu)配置錯誤的情況下。

　　2.傳感器、I/O模塊、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關、云

　　在傳感器到I/O模塊主機到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關到云架構(gòu)中，簡單的傳感器連接到I/O模塊主機。然后，I/O模塊主機使用有線或無線連接標準將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦�業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，繞過任何PLC或IPC。事實證明，這種架構(gòu)在多個傳感器排列成集群的場景中非常有效，I/O模塊主站充當每個傳感器集群的中心節(jié)點，通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關高效收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫恕?/p>

　　3.設備中的傳感器到物聯(lián)網(wǎng)云網(wǎng)關

　　在設備到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關到云架構(gòu)中的傳感器中，配備單個或多個板載傳感器的設備，直接連接到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關。這種架構(gòu)通常部署在使用非獨立物聯(lián)網(wǎng)設備的地方，即不能自己連接到互聯(lián)網(wǎng)的設備。

　　4.傳感器到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關到云

　　在傳感器到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關到云架構(gòu)中，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關可以直接連接傳感器和云服務器。例如，在改造資產(chǎn)上的特定傳感器時，可以發(fā)現(xiàn)這種架構(gòu)，希望繞過所有其他現(xiàn)有網(wǎng)絡。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關功能的進步

　　隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案中變得越來越普遍，它們已經(jīng)能夠為用戶提供更多服務。一般來說，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關通常提供8個關鍵功能：

　　● 協(xié)議轉(zhuǎn)換

　　● 數(shù)據(jù)管理

　　● 設備管理

　　● 計算

　　● 溝通

　　● 資源管理

　　● 安全管理

　　● 管理服務質(zhì)量

　　隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關市場的增長，這些功能也得到了發(fā)展。以下只是一些進步的例子。

　　安全管理

　　隨著連接設備數(shù)量的不斷增加，網(wǎng)絡攻擊和未經(jīng)授權的訪問的風險變得更加顯著。對于希望將工廠設備連接到外部IT或云服務器的企業(yè)來說尤其如此。幸運的是，為了應對這些風險，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關供應商正在積極地將安全功能整合到他們的產(chǎn)品中，并遵守特定于行業(yè)的法規(guī)和標準，允許OT監(jiān)控和控制安全地存在于策略和訪問控制層之后。

　　一個值得注意的系列標準是IEC62443，于2021年批準，它指導所有IEC62443認證的產(chǎn)品從設計的早期階段就堅持特定的產(chǎn)品開發(fā)要求。這套標準已成為許多國家/地區(qū)的強制性技術要求，越來越多的客戶要求制造商提供其工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備的安全級別證明。

　　除了標準之外，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關越來越多地結(jié)合硬件安全性，在處理器內(nèi)或PCB/模塊上使用嵌入式安全元素作為可信平臺模塊(例如TPM2.0)。

　　計算

　　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關總體上趨向于具有更強的處理能力。在工業(yè)解決方案中，這有助于企業(yè)將數(shù)據(jù)處理和計算移向解決方案的邊緣(更靠近數(shù)據(jù)收集點)，從而節(jié)省帶寬和通信能力，并釋放IT和云服務器來管理其他任務。此外，將人工智能芯片組集成到一些物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關中，以促進邊緣計算已成為一種趨勢。

　　實時處理和自動化數(shù)據(jù)的能力對企業(yè)的利潤意義重大，工業(yè)機器人和許多實時系統(tǒng)之間的毫秒級延遲，可能是安全隱患和生產(chǎn)流水線之間的差異。

　　數(shù)據(jù)和資源管理

　　本地數(shù)據(jù)存儲有助于實現(xiàn)邊緣數(shù)據(jù)處理。此外，由于網(wǎng)絡連接有限或需要更有效地使用IT設備，一些工業(yè)用例可能需要在傳輸?shù)絀T或云服務器之前對數(shù)據(jù)進行排序和分析。

　　對本地數(shù)據(jù)存儲的需求導致物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關上普遍采用eMMC閃存和SSD解決方案。在2022年年中，羅布斯特爾推出了三款基于arm的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，它們具有不同的DDR和eMMC尺寸，以滿足應用需求。幾個月后，企業(yè)宣布推出IOT-GATE-RPI4，這是一款基于Raspberrypi的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，可提供高達128GB的eMMC內(nèi)存和mPCIe插槽，可將SSD存儲擴展至256GB。其他例子包括MOXA的AIG-301系列工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，具有16gbeMMC和百通的HirschmannOpEdge-8D，具有64gbSSD閃存。

　　設備管理

　　借助集成存儲，可以將應用容器化以部署在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關上，包括設備管理軟件。傳統(tǒng)上，在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關上部署應用涉及將它們直接安裝在設備的操作系統(tǒng)上，這在可擴展性、靈活性和易于管理方面存在局限性。然而，企業(yè)越來越多地將容器化作為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關上應用的部署策略，提供Kubernetes等平臺和Docker等運行時。這些技術提供了一種創(chuàng)建輕量級且隔離的運行時環(huán)境(稱為容器)的方法，其中應用程序可以跨各種平臺和環(huán)境一致地運行。

　　許多網(wǎng)關oem廠商也在建立應用商店，其中有數(shù)百個現(xiàn)成的應用，終端用戶可以將其部署到他們的網(wǎng)關和云中，例如博世力士樂的ctrlX商店、西門子的工業(yè)邊緣市場和研華的WISE-Marketplace。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的主要優(yōu)勢

　　在對65個案例研究的分析中，我們根據(jù)各種用例確定了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關實現(xiàn)的許多好處。以下是企業(yè)列舉的3個主要好處。

　　1.更好的IT/OT集成

　　事實上，這是實施工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的一個關鍵目標，我們的分析表明，許多企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了這一目標。IT/OT集成的一個共同目標是遠程監(jiān)控和響應。

　　2.降低人工成本

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關通常用于自動化目的，因此可以減少人工成本、人力和人為錯誤。盡管Vitesco通過4ZeroBox應用減少了50%的體力勞動需求，但哥倫比亞鋼鐵制造商Corpacero在與Senzary合作，部署用于預測性維護和遠程機器管理的RotaryIQ和InsightsIQ解決方案后，削減了與維修勞動力相關的成本。

　　3.節(jié)約能源

　　企業(yè)能源管理分析軟件提供商Wattics與Kontron合作，在客戶現(xiàn)場使用Kontron的KBoxa-101作為WatticsSentinel軟件的中心“邊緣節(jié)點”。它連接到當?shù)啬茉措娋W(wǎng)和哨兵電網(wǎng)，促進儀表配置，可靠的數(shù)據(jù)收集，預處理，壓縮和安全通信。

　　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關市場前景

　　隨著許多企業(yè)尋求改造設備或增強物聯(lián)網(wǎng)解決方案，我們看到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關市場在2018年至2022年間穩(wěn)步增長(復合年增長率為8.1%)，特別是從2021年到2022年加速增長。我們評估這一趨勢將持續(xù)下去，因為制造和某些應用中的用例仍然需要實時處理、低延遲和安全的數(shù)據(jù)處理。此外，以下5個趨勢在《2023-2027年物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關市場報告》中進行了更深入的討論，支持這一評估：

　　● 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關正變得更加模塊化，使工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關供應商能夠提供一系列選項和配置，以滿足客戶需求并實現(xiàn)輕松的可擴展性。

　　● 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關支持更多無線連接選項，例如采用eSIM/iSIM技術的安全蜂窩解決方案，使工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關能夠在擴展的操作范圍內(nèi)處理多個連接設備。

　　● 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關供應商正在合作結(jié)合硬件和軟件解決方案，簡化部署并降低成本。

　　● OT硬件開始整合，例如，I/O模塊主設備轉(zhuǎn)向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關

　　● 工作負載虛擬化，例如虛擬PLC允許IPC和IIoT網(wǎng)關執(zhí)行以前與其他硬件緊密耦合的任務。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關在彌合傳統(tǒng)機械與現(xiàn)代系統(tǒng)之間的差距，在促進改造和安裝方面發(fā)揮著關鍵作用。隨著各行業(yè)努力實現(xiàn)OT設備的全球連接和集中管理，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關將繼續(xù)在整合不同地點的運營方面發(fā)揮重要作用。

　　這對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關供應商意味著什么

　　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關供應商應根據(jù)報告的調(diào)查結(jié)果問自己5個關鍵問題：

　　● 我們的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關是否仍然符合更新的安全標準?

　　● 我們的客戶是否需要邊緣人工智能功能作為一般產(chǎn)品?

　　● 我們是否探索過本地數(shù)據(jù)存儲選項來增加計算量，同時減少延遲?

　　● 我們應該將邊緣工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用容器化嗎?如果有，是怎么做到的?

　　● 我們的通用解決方案是否能夠為客戶實現(xiàn)無縫IT/OT集成?如果不是，我們是否應該專注于為客戶量身定制解決方案?

　　這對物聯(lián)網(wǎng)采用者意味著什么

　　根據(jù)報告的調(diào)查結(jié)果，物聯(lián)網(wǎng)采用者應該問自己5個關鍵問題：

　　● 我們是否評估了各種可用的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，及其對我們整體物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的潛在影響?

　　● 我們正在使用哪種物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)?工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關能提供改進嗎?

　　● 我們當前的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關是否符合當前的安全標準?如果沒有，我們需要進行哪些更新才能滿足這些標準?

　　● 我們是否評估了邊緣計算可能帶來的好處，例如，基于數(shù)據(jù)在本地自動控制?

　　● 我們是否應該利用本地數(shù)據(jù)存儲和容器化應用來更好地管理和更新設備?