工業物聯網的歷史有三個(ge)不同的技術發(fa)展(zhan)故(gu)事：網絡連(lian)接、處理(li)和(he)存儲能(neng)力，以及傳感器和(he)執行(xing)器。如果能(neng)了解每一項核心技術的發(fa)展(zhan)時(shi)(shi)間表，將能(neng)準確了解相應時(shi)(shi)代(dai)工業環境(jing)中使用的連(lian)接設備(bei)的能(neng)力。
工業物聯網網絡連接
工業物聯網(IIoT)首字母縮略詞中的第(di)二(er)個“I”代(dai)表互聯(lian)網，其(qi)表明了網絡在(zai)工業物聯(lian)網中的重要(yao)性(xing)。直到20世紀90年(nian)代(dai)末和(he)21世紀初，計算機和(he)計算設備的標準(zhun)狀態(tai)都是與互聯(lian)網斷(duan)開(kai):必須采取(qu)特殊(shu)措施才(cai)能上網和(he)連接。這(zhe)與2022年(nian)的組織生活幾(ji)乎(hu)相反，那時經常(chang)需要(yao)采取(qu)特殊(shu)措施來(lai)斷(duan)開(kai)聯(lian)系。
大多數(shu)(shu)(shu)早期的(de)(de)(de)網(wang)絡(luo)技術(shu)都是(shi)有線的(de)(de)(de):連(lian)(lian)接(jie)(jie)需要(yao)電(dian)纜將設備物理連(lian)(lian)接(jie)(jie)到網(wang)絡(luo)上。網(wang)絡(luo)帶寬，在(zai)一段(duan)時(shi)間內可以傳(chuan)(chuan)輸(shu)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)量。對(dui)于10BASE-T以太網(wang)連(lian)(lian)接(jie)(jie)來說，這是(shi)20世紀80年代末(mo)和(he)90年代初建立的(de)(de)(de)最(zui)廣(guang)泛使(shi)用的(de)(de)(de)標(biao)準之(zhi)一，允許每秒(miao)傳(chuan)(chuan)輸(shu)10兆(zhao)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)。在(zai)當代，有線網(wang)絡(luo)支持每秒(miao)1000兆(zhao)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)連(lian)(lian)接(jie)(jie)(1000BASE-T或1千(qian)兆(zhao))，甚至現代以太網(wang)連(lian)(lian)接(jie)(jie)支持每秒(miao)10千(qian)兆(zhao)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)連(lian)(lian)接(jie)(jie)(10GBASE-T)。
無(wu)線(xian)和蜂窩網絡消(xiao)除(chu)了對每個設備(bei)的(de)電纜(lan)需求(qiu)，這是工(gong)業物聯(lian)網的(de)一個重大轉(zhuan)變。802.11b于1999年(nian)標準(zhun)化，是許多制造(zao)商產(chan)品支(zhi)持的(de)首批標準(zhun)之一，也是2020年(nian)制定的(de)Wi-Fi 6E標準(zhun)的(de)前身(shen)。現代Wi-Fi設備(bei)不僅能(neng)提供比(bi)早期設備(bei)快50到800倍的(de)速度，且還能(neng)在比(bi)以前的(de)設備(bei)更密集(ji)的(de)無(wu)線(xian)電環境中可靠地運行(xing)。
蜂(feng)窩網(wang)絡是全球(qiu)范圍內智能手機覆蓋(gai)所依賴的(de)(de)網(wang)絡，其在速度(du)、容量和能效(xiao)方面都取(qu)得了(le)類似(si)的(de)(de)改進，從支持大約每秒0.1兆比特的(de)(de)早期2G網(wang)絡，到提供(gong)每秒200兆比特甚至更高連接的(de)(de)現代5G網(wang)絡。
工業物(wu)聯(lian)網也有(you)在范圍、電力使用(yong)和速度方面(mian)做出(chu)不同權衡的技(ji)術的故事(shi)。范圍可(ke)達(da)300英(ying)尺(chi)左右的射頻識別(bie)，和需(xu)要近距(ju)離接觸的近場通信技(ji)術在工業物(wu)聯(lian)網設置(zhi)中都(dou)很有(you)用(yong)。RFID通常用(yong)于資產跟蹤，NFC用(yong)于訪問控(kong)制、支付或數據交換。
其他技術，如遠程廣域網，一種低功耗廣域網或窄帶物聯網，4G物聯網的一種變體，不需要非常高的速度，可以解決特定的問題。無線智能泛在網絡聯盟等重點小組，尋求解決與智慧城市或物(wu)聯網公用事業應用相關的具體(ti)問(wen)題。
工業物聯網存儲和處理能力
處理能力(li)的(de)顯著(zhu)提(ti)高，加上(shang)可用存儲容量的(de)增加，成(cheng)本穩步下降，也(ye)在工業物聯網的(de)歷史上(shang)發揮了重要作用。
計算處理能力的提升通常體現在所謂的摩爾定律中。摩爾定律是Intel聯合創始人Gordon Moore的一項觀察，即微芯片上的晶(jing)體(ti)管(guan)數量大約每兩年翻(fan)一番，而(er)同期成本(ben)減少一半。
計算能力如此(ci)快速(su)的(de)(de)提(ti)高意(yi)味著(zhu)，在自20世紀80年代以來的(de)(de)近40年的(de)(de)現代計算機(ji)革命(ming)中，企業不僅能夠大幅提(ti)高設備(bei)的(de)(de)整體處理(li)能力，且可(ke)以在非(fei)常小的(de)(de)尺寸(cun)中制造出功能強大的(de)(de)處理(li)器。
重要的(de)(de)是，對于工業物聯網的(de)(de)目的(de)(de)，供應商可以制造硬化的(de)(de)芯片，能夠承受極(ji)端環境，如高/低溫、水暴(bao)露或浸泡，以及(ji)跌落物理影(ying)響(xiang)。
完整的(de)數據(ju)存儲(chu)歷(li)史(shi)將包(bao)括磁(ci)帶(dai)、穿孔卡和磁(ci)盤，但對工業物聯網的(de)關注將重點縮(suo)小到現(xian)代硬盤驅動器、閃存和固態(tai)磁(ci)盤。這三(san)種技術的(de)現(xian)代衍(yan)生產品使存儲(chu)幾兆位(wei)字(zi)(zi)節的(de)數據(ju)成為可能，這些數據(ju)的(de)大(da)(da)小從大(da)(da)約一(yi)角(jiao)硬幣(bi)大(da)(da)小到一(yi)副薄薄的(de)撲(pu)克牌大(da)(da)小不等(deng)——所有這些的(de)成本都不到每(mei)兆位(wei)字(zi)(zi)節150美元左右。
工業物聯網傳感器和執行器
講述工業物(wu)(wu)聯網(wang)故事(shi)的(de)第三個(ge)技術流是傳感器和執(zhi)行(xing)器。傳感器檢測(ce)事(shi)物(wu)(wu)，如溫度(du)、光線、位置(zhi)、觸摸(mo)、運動(dong)或(huo)聲(sheng)音。執(zhi)行(xing)器移動(dong)或(huo)控(kong)制事(shi)物(wu)(wu)。執(zhi)行(xing)器可以觸發門鎖(suo)的(de)打開(kai)或(huo)關閉、機(ji)械臂的(de)收(shou)緊或(huo)松(song)開(kai)、機(ji)器部(bu)件的(de)移動(dong)，或(huo)加(jia)熱或(huo)冷(leng)卻(que)系統(tong)的(de)激活。
要了解傳感器(qi)在過(guo)去(qu)幾十年(nian)里是如何(he)進步的(de)(de)(de)，不妨考慮一下數(shu)(shu)碼相(xiang)機技術。1994年(nian)，Apple推出QuickTake數(shu)(shu)碼相(xiang)機，最大分辨率為640 x 480像(xiang)(xiang)(xiang)素，略高于307萬像(xiang)(xiang)(xiang)素。到(dao)2022年(nian)，iPhone 14 Pro相(xiang)機可以拍(pai)攝8064 x 6048像(xiang)(xiang)(xiang)素的(de)(de)(de)圖像(xiang)(xiang)(xiang)，或(huo)超過(guo)4800萬像(xiang)(xiang)(xiang)素，總像(xiang)(xiang)(xiang)素數(shu)(shu)約(yue)為158倍。簡單的(de)(de)(de)像(xiang)(xiang)(xiang)素數(shu)(shu)比(bi)較甚至沒有考慮到(dao)光或(huo)顏色敏(min)感度、速度、多相(xiang)機傳感器(qi)的(de)(de)(de)使用或(huo)計算攝影(ying)的(de)(de)(de)進步方面的(de)(de)(de)變化。
機械臂可以抓住和操縱各種各樣的物(wu)(wu)體，如一張紙(zhi)、葡萄、酒杯或(huo)磚(zhuan)頭(tou)——這體現了執行器的許多進步。現代系統不僅有能(neng)力(li)(li)感知這些不同(tong)的物(wu)(wu)體，還能(neng)適(shi)當調(diao)整壓力(li)(li)。同(tong)時使用多個傳感器的能(neng)力(li)(li)也擴展了工業物(wu)(wu)聯網系統的能(neng)力(li)(li)。
工業物聯網的挑戰和機遇
工(gong)業(ye)物聯(lian)(lian)網(wang)領域的兩個最重(zhong)要(yao)的當代挑戰，即安(an)全性(xing)和互操作(zuo)(zuo)性(xing)，是上述一系列技術發展的結果。在早些(xie)時(shi)候(hou)，連接到互聯(lian)(lian)網(wang)的人(ren)和物品都很少，因此安(an)全不(bu)是一個大問題。同(tong)時(shi)，工(gong)業(ye)物聯(lian)(lian)網(wang)設備和系統的制造商也沒什么經濟動力使其系統與競(jing)爭對手的產(chan)品廣泛(fan)兼容:為(wei)什么要(yao)易(yi)于轉換?好在，客(ke)戶的集體關注引(yin)起(qi)了(le)對安(an)全性(xing)和互操作(zuo)(zuo)性(xing)的日益重(zhong)視。
