作者：Sophia
物聯網智庫 整理發布
工業(ye)4.0時(shi)代，如果(guo)說數據是新型(xing)石(shi)油(you)，那么工業(ye)物聯網網關(IIoT網關)就是運輸這(zhe)一寶(bao)貴資(zi)源的管道。
復雜工業現(xian)場往往面臨多種系統、接(jie)口、協議、軟件、平(ping)臺等難以(yi)整合對接(jie)的問題，而(er)(er)IIoT網關則扮演著連接(jie)物理設備和云(yun)平(ping)臺的橋梁角色(se)，從(cong)各種設備收(shou)集數據進(jin)(jin)行預處理，然后傳輸(shu)到云(yun)端進(jin)(jin)行進(jin)(jin)一步(bu)分析，從(cong)而(er)(er)為企業實現(xian)智(zhi)能化、自(zi)動化和數據驅(qu)動決(jue)策(ce)提供了強有力的支持。
近日，知名(ming)研究機構IoT Analytics和(he) ARC Advisory Group 相繼發(fa)布了有關(guan)(guan)(guan)IIoT網關(guan)(guan)(guan)的(de)分(fen)析報告，本文(wen)將提煉其中的(de)精華和(he)關(guan)(guan)(guan)鍵結論(lun)。
IIoT網關市場持續增長
IoT Analytics發(fa)布(bu)的(de)《2023-2027 年物(wu)聯網網關市場報告(gao)》顯示(shi)：
由思科(ke)、西門(men)子、研華和MOXA等公司引領的(de)IIoT網關(guan)(guan)市場(chang)(chang)從(cong) 2021 年到 2022 年實(shi)現了加速增長(chang)，增長(chang)約 14.7%，達到 8.6 億美元(約62億人(ren)民幣，占整個物聯網網關(guan)(guan)市場(chang)(chang)的(de) 38%)。
IoT Analytics還(huan)預計(ji)這(zhe)種增長將至少持續(xu)到 2027 年，推動這(zhe)種增長的動力來自(zi)以下幾(ji)點(dian)：
連接(jie)未連接(jie)的設(she)備。許(xu)多公司正(zheng)在將其傳(chuan)統設(she)備升級為帶有(you)傳(chuan)感器和控制器的設(she)備，這個過(guo)程需要(yao)使(shi)用IIoT網關執行必(bi)要(yao)的協(xie)議(yi)和數(shu)據(ju)轉換，并將數(shu)據(ju)傳(chuan)輸到IT端點。
軟件應(ying)用正在遷移。擁有互聯設備(bei)的公司正在將一些關鍵(jian)應(ying)用轉(zhuan)移到(dao)云(yun)端，IIoT網關逐漸成(cheng)為信息進出工業場所的重要樞紐，甚至一些應(ying)用現(xian)在也在網關上本地運(yun)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(an)全元件的(de)新型(xing)增強型(xing)網關可實(shi)現更快、更安(an)全的(de)數(shu)據處理和傳輸(shu)。
ARC Advisory Group 的(de)最新(xin)報告《IIoT網關和路由器市場(chang)研究》同樣指出，隨著邊緣技(ji)術(shu)的(de)完善(shan)、潛在用例的(de)擴展(zhan)以及試點項目(mu)開始規(gui)模(mo)化，IIoT網關和路由器的(de)格局正在不斷發展(zhan)。
ARC研究(jiu)副(fu)總裁Chantal Polsonetti對此表示(shi)：“IIoT網關和(he)路由器是數字(zi)化轉(zhuan)型(xing)的關鍵(jian)推動者(zhe)，使(shi)行業能(neng)夠利用邊緣(yuan)計(ji)(ji)算、軟件(jian)創新和(he)先進連接的潛(qian)力，提高效率、生產力和(he)卓越運營(ying)。由專用圖形處(chu)理器驅動的人工(gong)智能(neng)等(deng)增強(qiang)型(xing)邊緣(yuan)計(ji)(ji)算應用正在重新強(qiang)調硬件(jian)能(neng)力。”
另有分(fen)析文章指出，IIoT網關(guan)市場增長的(de)(de)(de)動力來(lai)自于其(qi)推動企業創新(xin)(xin)的(de)(de)(de)潛力。新(xin)(xin)式(shi)IIoT網關(guan)通過集成人工(gong)智能(neng) (AI)、機器學習 (ML) 和(he)區塊鏈等各種(zhong)(zhong)技(ji)術的(de)(de)(de)平臺，為智能(neng)工(gong)廠和(he)工(gong)業 4.0 的(de)(de)(de)發展鋪平道路。這種(zhong)(zhong)集成使企業能(neng)夠探索新(xin)(xin)的(de)(de)(de)運營(ying)模式(shi)，創造創新(xin)(xin)的(de)(de)(de)產(chan)品(pin)和(he)服務(wu)，并重新(xin)(xin)定義客戶體(ti)驗(yan)。
IIoT 網關如何橋接 IT 和 OT 世界?
IT和OT的融合一直是工(gong)業(ye)物聯網(wang)領域老生(sheng)常談的話(hua)題，IoT Analytics在報告中(zhong)指出，IIoT 網(wang)關正(zheng)在成為 IT 和 OT 融合的結合點。
許多公司運維的(de)傳(chuan)統設(she)(she)備(bei)沒(mei)有(you)(you)傳(chuan)感(gan)器(qi)或(huo)(huo)控制設(she)(she)備(bei)，即使其中(zhong)部分具有(you)(you)本地連接的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)或(huo)(huo)控制器(qi)，例如(ru)工廠車間的(de)人機界(jie)面或(huo)(huo)平板電腦，也可能(neng)不提供連接選項或(huo)(huo)使用(yong)終端(duan)設(she)(she)備(bei)(如(ru) IT 服務(wu)器(qi)或(huo)(huo)云(yun))的(de)消息傳(chuan)遞協(xie)議(yi)用(yong)途。同時(shi)，擁有(you)(you)物聯網設(she)(she)備(bei)的(de)公司可能(neng)希望將(jiang)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸到(dao)工廠外部(例如(ru)傳(chuan)輸到(dao)遠程IT設(she)(she)備(bei)或(huo)(huo)云(yun))或(huo)(huo)在傳(chuan)輸數(shu)據(ju)之前增強本地數(shu)據(ju)計算以實現自動響應。
此(ci)種(zhong)情況下，IIoT 網(wang)關(guan)(guan)可以(yi)(yi)通過(guo) I/O 模塊主站(zhan)以(yi)(yi)無線或有(you)線方(fang)式(shi)與獨立或集(ji)成(cheng)傳感(gan)器(qi)連接，將數據(ju)傳輸到 IT 或云服務器(qi)。如下所示，IIoT網(wang)關(guan)(guan)常見于4種(zhong)物聯網(wang)典型架構中。
來源：IoT Analytics
1. 傳感器(qi)/設備-PLC/IPC-IIoT網關-云
在(zai)現有自(zi)動化硬件(jian)的(de)工業(ye)環境中，從傳感(gan)器/設備到(dao) PLC/IPC到(dao)IIoT 網(wang)關(guan)(guan)再到(dao)云的(de)架(jia)構(gou)非(fei)常常見。現場傳感(gan)器或執(zhi)行器連接到(dao) I/O 模塊主站(zhan)，主站(zhan)將數據傳輸到(dao)本地 PLC 或 IPC，然后PLC/IPC 連接到(dao) IIoT 網(wang)關(guan)(guan)，IIoT 網(wang)關(guan)(guan)充當 PLC/IPC 和云端之間的(de)橋梁。
這(zhe)種架構(gou)可(ke)能(neng)非常強大，但(dan)(dan)也存在潛在危(wei)險。從(cong)技(ji)術上講(jiang)，IIoT網關可(ke)以(yi)配置為(wei)遠程訪(fang)問PLC/IPC下層的整個架構(gou)。雖然這(zhe)種配置允許任(ren)何數據(ju)在IT和OT之間流動，從(cong)而可(ke)以(yi)實現任(ren)何可(ke)想象的用例(li)，但(dan)(dan)它也具(ju)有最大的潛在攻擊面(可(ke)能(neng)是整個設施(shi))，例(li)如在配置了錯誤的安(an)全架構(gou)的情況下。
2. 傳(chuan)感器-I/O 模塊-物(wu)聯網網關-云
在從傳(chuan)(chuan)(chuan)感器到(dao) I/O 模塊主(zhu)站(zhan)到(dao)物聯網網關再(zai)到(dao)云(yun)的(de)架構中，簡(jian)單的(de)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器連接(jie)到(dao) I/O 模塊主(zhu)站(zhan)，然后I/O 模塊主(zhu)站(zhan)使用有線或(huo)無線連接(jie)標準繞過 PLC 或(huo) IPC將數(shu)據(ju)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸到(dao) IIoT 網關。
事實證明，這種架構在多個傳感器集(ji)群(qun)的(de)場景中非常有效(xiao)——I/O 模塊主站(zhan)充(chong)當每(mei)個傳感器集(ji)群(qun)的(de)中心節點，通過 IIoT 網關高效(xiao)收集(ji)數據并(bing)將數據傳輸(shu)到云端。
3. 設備中的傳(chuan)感器-物聯(lian)網網關(guan)-云
在(zai)從設備(bei)(bei)中的傳感器到物聯(lian)網網關(guan)再到云的架構(gou)中，配(pei)備(bei)(bei)單(dan)個(ge)或多個(ge)板載傳感器的設備(bei)(bei)直(zhi)接連(lian)接到IIoT網關(guan)。這(zhe)種架構(gou)通常部署在(zai)使用非獨(du)立物聯(lian)網設備(bei)(bei)(即無法自行(xing)連(lian)接到互聯(lian)網的設備(bei)(bei))的地(di)方。
4. 傳感器(qi)-物聯網網關-云
在(zai)從傳感(gan)器(qi)到(dao)物聯(lian)網網關(guan)再(zai)到(dao)云的(de)架構中，IIoT網關(guan)可(ke)直(zhi)接實(shi)現傳感(gan)器(qi)和云服(fu)務(wu)器(qi)之(zhi)間的(de)連接。例(li)如(ru)，當改造資產(chan)上的(de)特定傳感(gan)器(qi)(例(li)如(ru)用(yong)于狀態監(jian)測的(de)傳感(gan)器(qi))并(bing)希望繞(rao)過所有其他現有網絡(不干擾它們并(bing)產(chan)生新(xin)的(de)安全風險)時，可(ke)以考慮這種架構。
IIoT 網關功能的“進化”
隨著 IIoT 網(wang)關(guan)(guan)在(zai)工業(ye)物聯(lian)網(wang)解決方(fang)案中變(bian)得越(yue)來(lai)越(yue)普遍，它(ta)們已經能夠為(wei)用戶提(ti)供更(geng)多服(fu)務。一般來(lai)說(shuo)，IIoT 網(wang)關(guan)(guan)通常提(ti)供 8 項關(guan)(guan)鍵功(gong)能：
協議轉換
數據管理
設備管理
計算
溝通
資源管理
安全管理
管理服務質量
隨(sui)著IIoT 網關市(shi)場(chang)的持續(xu)增長，這些功(gong)能也得到了進一(yi)步的迭代和(he)“進化”。
1.IIoT網關安全管(guan)理功能(neng)的重要(yao)性進(jin)一步增強
隨著連接設(she)備(bei)數量的不斷(duan)增加，網絡攻擊(ji)和未經授權訪問的風險變得越來(lai)越大——對于希(xi)望將(jiang)工廠設(she)備(bei)連接到外部(bu) IT 或云(yun)服務(wu)器的公司來(lai)說尤(you)為如此。為了應對這些風險，IIoT 網關(guan)供應商正(zheng)在積(ji)極(ji)地將(jiang)安全功能(neng)整(zheng)合到其產品中，并遵守行(xing)業(ye)特定的法規(gui)和標準，從而允許(xu) OT 監控和控制安全地駐留在策略(lve)和訪問控制層后(hou)面(mian)。
值得注意(yi)的標(biao)準是(shi)(shi)于 2021 年(nian)批準的IEC 62443系列(lie)標(biao)準，其為不(bu)同(tong)(tong)網(wang)絡安(an)全(quan)(quan)用例定(ding)義了不(bu)同(tong)(tong)的安(an)全(quan)(quan)級別，并規定(ding)了實施并維護電子安(an)全(quan)(quan)工(gong)業自動化和(he)控制系統(tong)的要求和(he)流程，可以說是(shi)(shi)衡量(liang)工(gong)業網(wang)絡安(an)全(quan)(quan)的準繩。
這(zhe)套標(biao)準(zhun)已成為許多(duo)國(guo)(guo)家/地(di)區的(de)強制性技(ji)術(shu)要(yao)求(qiu)，必維國(guo)(guo)際檢驗集團網絡安全主管 Pascal LeRay 表示，“越來越多(duo)的(de)客戶要(yao)求(qiu)制造商提供其工業物聯(lian)網設備的(de)安全級別(bie)證明。”
在(zai)IoT Analytics的(de)研究(jiu)中，IIoT網(wang)關公司(si)指出了在(zai)其產(chan)品(pin)中納入安(an)(an)全(quan)標準的(de)重要性(xing)。Teltronic首席執行官 Juan Ferro 表示，“Teltronic將行業網(wang)絡安(an)(an)全(quan)風險事件視為改進自身產(chan)品(pin)和相(xiang)關流程的(de)機會”，他補充說，先發(fa)制人地采用安(an)(an)全(quan)標準使(shi)其領(ling)先于行業里的(de)其他公司(si)。
除了(le)標準，IIoT 網(wang)(wang)關也越來越多地融(rong)入硬件安全(quan)性，在處理器(qi)內或PCB/模塊(kuai)上使(shi)用嵌入式安全(quan)元(yuan)件作為可信平(ping)臺(tai)模塊(kuai)(例(li)如TPM 2.0)。 例(li)如，Ultratronik 的(de)(de)A1 物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)網(wang)(wang)關集成(cheng)了(le)NXP 的(de)(de)EdgeLock SE051安全(quan)元(yuan)件和Eurotech的(de)(de)RELIAGATE 10-14系列，保持IEC 62443-4-1、-4-2和PSA Level 1認(ren)證，并采用 TPM 2.0 安全(quan)芯片組(英飛凌可信平(ping)臺(tai)模塊(kuai)SLM 9670)。
2.IIoT網關趨向于更強的數據處理能力
在工業解決方(fang)案中(zhong)，更(geng)強的(de)處(chu)理(li)能力有助(zhu)于(yu)公司將數據處(chu)理(li)和(he)(he)計算移向解決方(fang)案的(de)邊(bian)緣(yuan)(yuan)(更(geng)靠近數據收集點(dian))，從而節省帶寬(kuan)和(he)(he)功率，并釋放 IT 和(he)(he)云服務器來管理(li)其他任務。此(ci)外，正如前(qian)文所(suo)述，將人(ren)工智能芯片組集成(cheng)到物聯網(wang)網(wang)關中(zhong)以促進(jin)邊(bian)緣(yuan)(yuan)計算已成(cheng)為一種趨勢。
實(shi)時(shi)(shi)處理和(he)自動(dong)化數據的(de)能力對公司(si)意義重大，正如一位高級副總裁(cai)所說：“工業機器(qi)人和(he)許多(duo)實(shi)時(shi)(shi)系統(tong)之間(jian)的(de)毫秒延(yan)遲，可能就是一條高效裝(zhuang)配(pei)線和(he)安全隱患之間(jian)的(de)區別。”
一個值得注意的(de)例子是研(yan)揚科(ke)技(ji)的(de)AIOT-AVID 物聯網視頻分析(xi)網關，它集成了英特爾的(de)Myriad X 視覺處理單元 (VPU)。
3.IIoT網關對本地(di)數據和資源管理的需求增(zeng)強
本(ben)地數(shu)(shu)據(ju)存(cun)儲有(you)助于(yu)實現(xian)邊(bian)緣(yuan)數(shu)(shu)據(ju)處理。此外(wai)，由于(yu)網(wang)絡連接有(you)限或(huo)(huo)需要(yao)更有(you)效地使用(yong) IT 設備，一些(xie)工業用(yong)例可能(neng)需要(yao)在傳輸到(dao) IT 或(huo)(huo)云(yun)服務器之(zhi)前對數(shu)(shu)據(ju)進行排序和(he)分(fen)析。對本(ben)地數(shu)(shu)據(ju)存(cun)儲的需求導致(zhi)了eMMC閃存(cun)和(he)SSD解(jie)決方案在物(wu)聯網(wang)網(wang)關上的普遍應(ying)用(yong)。
2022 年(nian)中(zhong)，魯邦通推出了(le)三款基于(yu)(yu)ARM的(de) IIoT 網(wang)關(guan)，具(ju)有不同(tong)的(de) DDR 和 eMMC 尺寸，以(yi)滿足應用(yong)需求。幾個(ge)月后(hou)，Compulab發布了(le)IOT-GATE-RPI4，這是(shi)一款基于(yu)(yu) Raspberry Pi 的(de) IIoT 網(wang)關(guan)，可提供高達 128 GB 的(de) eMMC 內存(cun)(cun)(cun)和 mPCIe 插槽(cao)，用(yong)于(yu)(yu)將 SSD 存(cun)(cun)(cun)儲擴展至 256 GB。其他示例包(bao)括MOXA 的(de)AIG-301 系列IIoT 網(wang)關(guan)(配備 16 GB eMMC)和Belden 的(de)Hirschmann OpEdge-8D(配備 64 GB SSD 閃(shan)存(cun)(cun)(cun))。
4.容器(qi)化成為在(zai)IIoT網(wang)關(guan)上部署應用的重(zhong)要(yao)策略
借助集(ji)成存儲，可以(yi)將(jiang)應用(yong)程(cheng)序容器(qi)化(hua)以(yi)部(bu)署(shu)在物(wu)聯網(wang)(wang)網(wang)(wang)關(guan)上(shang)，包括設備(bei)管理軟件。傳統上(shang)，在物(wu)聯網(wang)(wang)網(wang)(wang)關(guan)上(shang)部(bu)署(shu)應用(yong)程(cheng)序涉及將(jiang)它們直(zhi)接安裝在設備(bei)的操(cao)作系統上(shang)，這在可擴展(zhan)性、靈活性和易于管理方(fang)(fang)面存在局限(xian)性。然而，越(yue)來越(yue)多的公司(si)將(jiang)容器(qi)化(hua)作為 IIoT 網(wang)(wang)關(guan)上(shang)應用(yong)程(cheng)序的部(bu)署(shu)策(ce)略，提(ti)供(gong)Kubernetes 等平(ping)臺和Docker等運(yun)行時。這些技術提(ti)供(gong)了一(yi)(yi)種創建輕(qing)量(liang)級且隔(ge)離的運(yun)行時環(huan)(huan)境(jing)的方(fang)(fang)法(fa)，其中(zhong)應用(yong)程(cheng)序可以(yi)在各種平(ping)臺和環(huan)(huan)境(jing)中(zhong)一(yi)(yi)致運(yun)行。
許多網(wang)關(guan) OEM 廠商(shang)也在構建包含數(shu)百個(ge)現成應用程(cheng)序的應用程(cheng)序商(shang)店，最終用戶可以(yi)將這(zhe)些(xie)應用程(cheng)序部署到其網(wang)關(guan)(以(yi)及云端(duan))，例(li)如博世力士樂的 ctrlX 商(shang)店、西門(men)子的Industrial Edge Marketplace和研(yan)華的WISE -市場。
基于(yu)部署(shu)IIoT網關(guan)的眾多優(you)勢(shi)，一(yi)些公司已經獲得了顯(xian)著受益：
更好(hao)的(de)IT/OT集成：Vitesco Technologies Italy 使用(yong)(yong)Zerynth 的(de)4ZeroBox，這是(shi)一種用(yong)(yong)于(yu)實時監(jian)控和預測性維護的(de)本地 IIoT 系統。該解決方案(an)使Vitesco能夠提(ti)前24小時預測氣動閥故(gu)障，從而減少(shao)了裝(zhuang)配停機時間并(bing)提(ti)高了生產率(lv)。
降低人(ren)工成(cheng)本：Vitesco 通過 4ZeroBox 應用程(cheng)(cheng)序減少了 50% 的人(ren)工勞動需求;哥倫比亞鋼鐵制(zhi)造(zao)商Corpacero在與(yu)Senzary合作部署(shu)用于預測性(xing)維護和遠程(cheng)(cheng)機器(qi)管理(li)的 RotaryIQ 和 InsightsIQ 解決(jue)方(fang)案(an)后(hou)，降低了與(yu)維修(xiu)人(ren)工相關的成(cheng)本。
節(jie)能降(jiang)耗：企業(ye)能源管理分析軟(ruan)件提供商(shang)Wattics 與控(kong)創合作，使用控(kong)創的 KBox A-101 作為客戶現(xian)場 Wattics Sentinel 軟(ruan)件的中央(yang)“邊緣節(jie)點”。它(ta)連接到當地能源電網和(he)(he) Sentinel 網格，促進儀表配置、可靠的數(shu)據(ju)收(shou)集、預(yu)處理、壓縮和(he)(he)安全通信(xin)。
寫在最后
面(mian)對越來越卷的IIoT網關市場，網關供應商如果想要做出(chu)差(cha)異(yi)化競爭優勢(shi)，可以(yi)詢問自己5個關鍵(jian)問題：
我們的 IIoT 網關是否符合(he)最新的安全標準?
我們的客戶是否需要邊緣人工智能(neng)功能(neng)作為(wei)一(yi)般產品?
我們是否探索過本(ben)地(di)數據(ju)存儲選項(xiang)來增(zeng)加計算量，同(tong)時減少延遲?
我(wo)們(men)應該將邊緣 IIoT 應用(yong)程(cheng)序(xu)容器(qi)化(hua)嗎?如果是這樣，怎么辦?
我(wo)(wo)們的通用解決方案是(shi)否能(neng)夠為客戶(hu)實現(xian)無縫(feng) IT/OT 集成?如(ru)果不是(shi)，我(wo)(wo)們是(shi)否應該專注于(yu)為客戶(hu)量身定制解決方案?
與之(zhi)相(xiang)對(dui)，工(gong)業物聯網(wang)解(jie)決方案(an)的部署者同樣需要(yao)詢(xun)問自己 5 個(ge)關鍵問題：
我們是否(fou)評估了(le)各種可用的 IIoT 網關及其對我們整體 IoT 戰略的潛(qian)在影響(xiang)?
我(wo)們(men)正在使用(yong)哪(na)種物聯網架(jia)構?IIoT 網關可以提供(gong)改進(jin)嗎?
我(wo)們當(dang)前(qian)的(de) IIoT 網(wang)關是否符合(he)當(dang)前(qian)的(de)安(an)全標準?如果(guo)沒有，我(wo)們需(xu)要進行哪些(xie)更新才能滿足這些(xie)標準?
我們是否評估了(le)邊緣計算可能帶來的(de)好處(例如，基于數據在本地自動(dong)控制)?
我(wo)們是否應(ying)該(gai)利用(yong)本地數據(ju)存儲和(he)容(rong)器化應(ying)用(yong)程序來更好地管理和(he)更新設備(bei)?
如(ru)果能夠清(qing)晰地回答以(yi)(yi)上問題，IIoT網關的價值(zhi)才得以(yi)(yi)真正釋放~
參考(kao)資料(liao):
//iot-analytics.com/vital-role-of-industrial-iot-gateways-bridging-it-ot/
//www.automation.com/en-us/articles/august-2023/industrial-iot-gateways-routers-market-expands
//www.rad.com/how-choose-right-industrial-iot-gateway
