作者：Sophia
物聯網智庫 整理發布
工業4.0時代，如(ru)果(guo)說(shuo)數據是新型石(shi)油，那么工業物聯網(wang)網(wang)關(IIoT網(wang)關)就(jiu)是運輸(shu)這一寶貴(gui)資源的管道。
復(fu)雜工業現(xian)場往(wang)往(wang)面臨多種(zhong)系(xi)統、接口、協議、軟件、平臺等難以整合對接的問題，而IIoT網關(guan)則扮演著(zhu)連接物理設(she)備和云平臺的橋(qiao)梁角色，從(cong)各種(zhong)設(she)備收集數(shu)據進行(xing)預處理，然后傳輸到云端進行(xing)進一步分析，從(cong)而為企業實現(xian)智(zhi)能化、自動化和數(shu)據驅動決策提供了強有力的支持。
近(jin)日，知名研究機(ji)構IoT Analytics和(he) ARC Advisory Group 相(xiang)繼發布了有關(guan)(guan)IIoT網關(guan)(guan)的分析報(bao)告，本文將提(ti)煉其中的精華和(he)關(guan)(guan)鍵(jian)結論。
IIoT網關市場持續增長
IoT Analytics發布的《2023-2027 年物聯網網關市(shi)場報告》顯示：
由思科、西(xi)門子、研華(hua)和MOXA等(deng)公司引領的(de)IIoT網關市場從(cong) 2021 年(nian)到 2022 年(nian)實現了加速增長，增長約(yue) 14.7%，達(da)到 8.6 億(yi)美元(約(yue)62億(yi)人民幣，占整個物(wu)聯網網關市場的(de) 38%)。
IoT Analytics還預計這種增長將至少持續到(dao) 2027 年，推(tui)動這種增長的動力來自以下幾點(dian)：
連接(jie)未連接(jie)的(de)設備(bei)。許多(duo)公司正在將其(qi)傳統設備(bei)升級為帶(dai)有傳感器和(he)控(kong)制(zhi)器的(de)設備(bei)，這個(ge)過程需要使用(yong)IIoT網關執行必要的(de)協(xie)議和(he)數據轉換，并將數據傳輸到IT端點。
軟件應(ying)用(yong)正在遷移。擁(yong)有互(hu)聯設備的(de)公司正在將一些(xie)(xie)關鍵應(ying)用(yong)轉移到云端，IIoT網關逐漸成(cheng)為信息進出(chu)工業(ye)場所(suo)的(de)重要樞紐，甚至一些(xie)(xie)應(ying)用(yong)現在也在網關上本(ben)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(quan)元件的(de)新型(xing)增強型(xing)網(wang)關(guan)可實現(xian)更快、更安全(quan)的(de)數據處理(li)和傳輸。
ARC Advisory Group 的最新報告(gao)《IIoT網(wang)關和(he)路(lu)由器市場研究》同樣(yang)指出，隨著(zhu)邊緣技術的完(wan)善、潛在用例的擴展以及試(shi)點(dian)項(xiang)目開(kai)始規模化，IIoT網(wang)關和(he)路(lu)由器的格局正在不斷發展。
ARC研究副總裁Chantal Polsonetti對(dui)此表示：“IIoT網關和路(lu)由(you)器(qi)是(shi)數字化(hua)轉型的關鍵推(tui)動者，使行(xing)業能(neng)(neng)夠利用邊緣計(ji)(ji)算(suan)、軟件(jian)創新和先進連接的潛力(li)，提高效率、生產力(li)和卓越運營。由(you)專用圖形處(chu)理器(qi)驅動的人(ren)工智能(neng)(neng)等增強型邊緣計(ji)(ji)算(suan)應用正在(zai)重新強調硬件(jian)能(neng)(neng)力(li)。”
另有分(fen)析(xi)文章指出，IIoT網關市(shi)場(chang)增長的動力來自于其推動企業(ye)創(chuang)新的潛力。新式IIoT網關通過集(ji)成(cheng)人工(gong)(gong)智能 (AI)、機(ji)器學習(xi) (ML) 和(he)區塊鏈等(deng)各(ge)種技(ji)術的平(ping)臺，為(wei)智能工(gong)(gong)廠(chang)和(he)工(gong)(gong)業(ye) 4.0 的發展(zhan)鋪平(ping)道路。這種集(ji)成(cheng)使企業(ye)能夠(gou)探索(suo)新的運營模式，創(chuang)造創(chuang)新的產品和(he)服務，并重(zhong)新定義客戶體驗。
IIoT 網關如何橋接 IT 和 OT 世界?
IT和OT的(de)融合(he)(he)一直是工(gong)業物(wu)聯網領域老生(sheng)常談(tan)的(de)話題，IoT Analytics在報告中指出(chu)，IIoT 網關正在成為(wei) IT 和 OT 融合(he)(he)的(de)結合(he)(he)點。
許(xu)多(duo)公司運維的(de)(de)傳(chuan)統(tong)設備沒有傳(chuan)感器或(huo)(huo)控制(zhi)設備，即使其中部分具有本(ben)地(di)連接(jie)的(de)(de)傳(chuan)感器或(huo)(huo)控制(zhi)器，例如工廠車間(jian)的(de)(de)人機界面或(huo)(huo)平板(ban)電腦，也可能(neng)不提供連接(jie)選項或(huo)(huo)使用(yong)終端設備(如 IT 服務器或(huo)(huo)云)的(de)(de)消息傳(chuan)遞協議用(yong)途(tu)。同時(shi)，擁有物(wu)聯網設備的(de)(de)公司可能(neng)希望將數(shu)據傳(chuan)輸到工廠外部(例如傳(chuan)輸到遠程(cheng)IT設備或(huo)(huo)云)或(huo)(huo)在(zai)傳(chuan)輸數(shu)據之前增強(qiang)本(ben)地(di)數(shu)據計算以實現自動響應。
此(ci)種情況下，IIoT 網關(guan)(guan)可以(yi)通過 I/O 模塊主站(zhan)以(yi)無線或(huo)有線方(fang)式與獨立或(huo)集成傳(chuan)感(gan)器連接，將數據傳(chuan)輸(shu)到 IT 或(huo)云服務(wu)器。如下所示，IIoT網關(guan)(guan)常見于4種物聯網典型(xing)架構中。
來源：IoT Analytics
1. 傳感器/設(she)備-PLC/IPC-IIoT網關-云
在現有(you)自(zi)動化硬件的工業環(huan)境中，從傳(chuan)感器/設備到 PLC/IPC到IIoT 網(wang)(wang)關(guan)再到云的架構非常常見。現場(chang)傳(chuan)感器或(huo)執行器連接到 I/O 模塊(kuai)主(zhu)站(zhan)，主(zhu)站(zhan)將數據傳(chuan)輸到本地 PLC 或(huo) IPC，然后(hou)PLC/IPC 連接到 IIoT 網(wang)(wang)關(guan)，IIoT 網(wang)(wang)關(guan)充當 PLC/IPC 和云端之間的橋梁。
這種架(jia)構可能(neng)非常(chang)強大(da)，但也存在潛(qian)在危險。從技術上講，IIoT網關可以配(pei)置為遠程訪(fang)問PLC/IPC下(xia)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)整個架(jia)構。雖然(ran)這種配(pei)置允許任何(he)數據在IT和OT之間流動，從而可以實現任何(he)可想象(xiang)的(de)(de)(de)(de)用例(li)，但它也具有最大(da)的(de)(de)(de)(de)潛(qian)在攻擊面(可能(neng)是整個設施(shi))，例(li)如在配(pei)置了(le)錯(cuo)誤的(de)(de)(de)(de)安全架(jia)構的(de)(de)(de)(de)情況下(xia)。
2. 傳感器-I/O 模塊(kuai)-物聯網(wang)(wang)網(wang)(wang)關-云
在從傳感器(qi)到(dao) I/O 模塊(kuai)主(zhu)站到(dao)物聯網(wang)(wang)(wang)網(wang)(wang)(wang)關(guan)再到(dao)云的(de)架(jia)構中，簡(jian)單(dan)的(de)傳感器(qi)連接到(dao) I/O 模塊(kuai)主(zhu)站，然(ran)后I/O 模塊(kuai)主(zhu)站使用有線或無線連接標準(zhun)繞過(guo) PLC 或 IPC將數據傳輸到(dao) IIoT 網(wang)(wang)(wang)關(guan)。
事(shi)實證明，這種架(jia)構(gou)在(zai)多個傳(chuan)感器集群的(de)場(chang)景(jing)中(zhong)非(fei)常有效——I/O 模(mo)塊主站(zhan)充當每個傳(chuan)感器集群的(de)中(zhong)心節點，通過(guo) IIoT 網關高效收集數(shu)據(ju)并將(jiang)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸到(dao)云端。
3. 設(she)備中的(de)傳感(gan)器-物聯(lian)網網關-云
在從設備(bei)中的(de)(de)傳(chuan)感器到(dao)(dao)物聯網(wang)網(wang)關再到(dao)(dao)云的(de)(de)架(jia)構中，配備(bei)單個或多個板載傳(chuan)感器的(de)(de)設備(bei)直接連接到(dao)(dao)IIoT網(wang)關。這種架(jia)構通常(chang)部署在使用非獨立物聯網(wang)設備(bei)(即無法自行連接到(dao)(dao)互(hu)聯網(wang)的(de)(de)設備(bei))的(de)(de)地方。
4. 傳感器-物(wu)聯網網關-云
在從(cong)傳(chuan)感器到物聯網(wang)網(wang)關(guan)再到云(yun)的(de)(de)架構中，IIoT網(wang)關(guan)可直接實現傳(chuan)感器和云(yun)服務器之間的(de)(de)連接。例(li)如，當(dang)改造資產(chan)上的(de)(de)特(te)定傳(chuan)感器(例(li)如用于(yu)狀態監測的(de)(de)傳(chuan)感器)并(bing)希望繞過所(suo)有其他現有網(wang)絡(不(bu)干擾它(ta)們并(bing)產(chan)生(sheng)新的(de)(de)安(an)全風險(xian))時，可以考慮這種(zhong)架構。
IIoT 網關功能的“進化”
隨著 IIoT 網關在工業物聯(lian)網解決方(fang)案中(zhong)變得越來越普(pu)遍，它們已經能夠為(wei)用戶提(ti)供更多(duo)服務(wu)。一般來說，IIoT 網關通常提(ti)供 8 項(xiang)關鍵功能：
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
隨著(zhu)IIoT 網關(guan)市場的持(chi)續增長(chang)，這些功能也得到了進一步的迭代和“進化”。
1.IIoT網關安全管理功能(neng)的(de)重要性進(jin)一(yi)步增強
隨著(zhu)連(lian)接設備數量(liang)的(de)(de)不斷(duan)增加，網絡攻擊和(he)(he)未經授權訪問(wen)(wen)的(de)(de)風(feng)險變得越來越大(da)——對于希望將(jiang)工廠設備連(lian)接到(dao)外部 IT 或(huo)云服務器(qi)的(de)(de)公司來說尤為(wei)如此。為(wei)了應對這些風(feng)險，IIoT 網關供(gong)應商(shang)正在(zai)積極地將(jiang)安全功(gong)能整(zheng)合到(dao)其產品(pin)中，并遵(zun)守(shou)行業特定的(de)(de)法規(gui)和(he)(he)標準，從而允許 OT 監控和(he)(he)控制安全地駐(zhu)留在(zai)策略和(he)(he)訪問(wen)(wen)控制層后(hou)面。
值得注(zhu)意(yi)的(de)(de)標準(zhun)是于 2021 年批準(zhun)的(de)(de)IEC 62443系(xi)列標準(zhun)，其為不同(tong)網絡安(an)全用例定義了不同(tong)的(de)(de)安(an)全級別，并規定了實施并維護電子安(an)全工(gong)業(ye)自動(dong)化和控(kong)制系(xi)統的(de)(de)要求(qiu)和流程，可(ke)以說是衡量工(gong)業(ye)網絡安(an)全的(de)(de)準(zhun)繩。
這套標準已成為許多(duo)國(guo)家/地區的強制性(xing)技術要求，必(bi)維(wei)國(guo)際檢驗(yan)集團網絡安全(quan)主管 Pascal LeRay 表示，“越來越多(duo)的客戶要求制造商提(ti)供(gong)其工業物聯網設備的安全(quan)級別證明。”
在IoT Analytics的(de)研(yan)究中(zhong)，IIoT網關(guan)公(gong)司指(zhi)出了在其產(chan)品(pin)中(zhong)納入安全標準(zhun)的(de)重要性(xing)。Teltronic首席執行官 Juan Ferro 表示，“Teltronic將行業(ye)網絡(luo)安全風險事(shi)件視為改進自身產(chan)品(pin)和相關(guan)流程的(de)機會”，他補充說，先發制(zhi)人地采用安全標準(zhun)使(shi)其領先于行業(ye)里(li)的(de)其他公(gong)司。
除了(le)標準，IIoT 網關也越來越多地融入(ru)硬件(jian)安(an)(an)全(quan)(quan)性(xing)，在處理器內或PCB/模塊(kuai)(kuai)上(shang)使用嵌入(ru)式(shi)安(an)(an)全(quan)(quan)元件(jian)作為可信(xin)平臺模塊(kuai)(kuai)(例(li)如(ru)TPM 2.0)。 例(li)如(ru)，Ultratronik 的A1 物聯網網關集成了(le)NXP 的EdgeLock SE051安(an)(an)全(quan)(quan)元件(jian)和Eurotech的RELIAGATE 10-14系列，保持(chi)IEC 62443-4-1、-4-2和PSA Level 1認證，并采(cai)用 TPM 2.0 安(an)(an)全(quan)(quan)芯片組(英(ying)飛凌(ling)可信(xin)平臺模塊(kuai)(kuai)SLM 9670)。
2.IIoT網關趨向(xiang)于更(geng)強的數據處(chu)理能力(li)
在工業解(jie)(jie)決(jue)方案(an)中，更(geng)強的處理能(neng)力有助于公(gong)司將數據處理和(he)(he)計(ji)算(suan)移向(xiang)解(jie)(jie)決(jue)方案(an)的邊(bian)(bian)緣(更(geng)靠(kao)近數據收集(ji)點)，從而節省(sheng)帶寬和(he)(he)功率，并(bing)釋放 IT 和(he)(he)云服務器來管理其他任務。此外(wai)，正如前文(wen)所述，將人(ren)工智能(neng)芯片組(zu)集(ji)成到物聯(lian)網網關中以促進邊(bian)(bian)緣計(ji)算(suan)已成為一(yi)種(zhong)趨勢。
實時處理和自動化數據(ju)的能力對公司意義重大(da)，正如一位高(gao)級副(fu)總裁所(suo)說(shuo)：“工業機器人和許多實時系(xi)統(tong)之(zhi)間(jian)的毫秒延遲(chi)，可能就是一條高(gao)效裝配線和安全隱患之(zhi)間(jian)的區別(bie)。”
一個值得注意(yi)的(de)(de)例子是研揚科技的(de)(de)AIOT-AVID 物聯(lian)網視頻分析網關，它集成了英特爾的(de)(de)Myriad X 視覺處理(li)單(dan)元 (VPU)。
3.IIoT網(wang)關對本地(di)數據和資源管理的需(xu)求增強
本地數(shu)據存儲(chu)有助(zhu)于實現邊(bian)緣數(shu)據處理。此外，由于網絡連接有限或需要更有效地使(shi)用 IT 設備(bei)，一些工業用例可能需要在(zai)傳輸到 IT 或云服務器(qi)之前對數(shu)據進行排序和(he)分析。對本地數(shu)據存儲(chu)的(de)需求(qiu)導致了eMMC閃(shan)存和(he)SSD解決方案(an)在(zai)物聯(lian)網網關(guan)上的(de)普(pu)遍應用。
2022 年中(zhong)，魯邦通推出(chu)了(le)(le)三(san)款基于ARM的(de)(de) IIoT 網關(guan)，具有不同(tong)的(de)(de) DDR 和 eMMC 尺寸，以滿足應用需求。幾個月后，Compulab發布了(le)(le)IOT-GATE-RPI4，這是一款基于 Raspberry Pi 的(de)(de) IIoT 網關(guan)，可提供高達 128 GB 的(de)(de) eMMC 內存(cun)和 mPCIe 插(cha)槽，用于將 SSD 存(cun)儲擴展至 256 GB。其(qi)他示例包括MOXA 的(de)(de)AIG-301 系列(lie)IIoT 網關(guan)(配(pei)備(bei) 16 GB eMMC)和Belden 的(de)(de)Hirschmann OpEdge-8D(配(pei)備(bei) 64 GB SSD 閃存(cun))。
4.容器化(hua)成為(wei)在IIoT網關上部署(shu)應用(yong)的重要策略
借助集成(cheng)存儲，可以(yi)將(jiang)應用(yong)程序容(rong)器化以(yi)部(bu)(bu)署(shu)在(zai)物聯網(wang)網(wang)關上，包括(kuo)設備(bei)管理(li)軟件。傳統上，在(zai)物聯網(wang)網(wang)關上部(bu)(bu)署(shu)應用(yong)程序涉及將(jiang)它(ta)們直(zhi)接安裝在(zai)設備(bei)的操作系統上，這在(zai)可擴(kuo)展性、靈活性和(he)易于管理(li)方面(mian)存在(zai)局限性。然而，越(yue)來越(yue)多的公司(si)將(jiang)容(rong)器化作為 IIoT 網(wang)關上應用(yong)程序的部(bu)(bu)署(shu)策(ce)略，提供(gong)Kubernetes 等平(ping)臺和(he)Docker等運(yun)行時(shi)。這些技術提供(gong)了一種(zhong)創(chuang)建輕量級(ji)且隔離的運(yun)行時(shi)環(huan)境(jing)的方法，其中(zhong)應用(yong)程序可以(yi)在(zai)各種(zhong)平(ping)臺和(he)環(huan)境(jing)中(zhong)一致運(yun)行。
許多網(wang)關 OEM 廠商也在構建(jian)包含數百個現成應(ying)用程(cheng)序(xu)的(de)應(ying)用程(cheng)序(xu)商店(dian)，最終(zhong)用戶可(ke)以(yi)將這些應(ying)用程(cheng)序(xu)部署(shu)到其網(wang)關(以(yi)及云端(duan))，例如博世(shi)力士樂的(de) ctrlX 商店(dian)、西門子的(de)Industrial Edge Marketplace和研(yan)華的(de)WISE -市場(chang)。
基于部署(shu)IIoT網(wang)關的眾(zhong)多優勢，一些公司(si)已(yi)經(jing)獲得了顯著受(shou)益：
更好的(de)IT/OT集成：Vitesco Technologies Italy 使用Zerynth 的(de)4ZeroBox，這(zhe)是一種(zhong)用于實時監控和預測(ce)性維護(hu)的(de)本地 IIoT 系統。該解決方(fang)案使Vitesco能(neng)夠提前24小時預測(ce)氣(qi)動閥(fa)故障，從而減(jian)少了裝配停機(ji)時間(jian)并(bing)提高了生產率。
降(jiang)低人工成(cheng)本：Vitesco 通過 4ZeroBox 應用程(cheng)序減(jian)少(shao)了(le) 50% 的人工勞動需求(qiu);哥倫比(bi)亞鋼鐵制(zhi)造商Corpacero在與Senzary合作部署用于預測性維(wei)護和遠程(cheng)機(ji)器(qi)管理(li)的 RotaryIQ 和 InsightsIQ 解決方案(an)后，降(jiang)低了(le)與維(wei)修人工相(xiang)關(guan)的成(cheng)本。
節能降耗：企業能源管(guan)理(li)分析軟件提供商Wattics 與控創(chuang)合作，使用控創(chuang)的(de)(de) KBox A-101 作為客戶現場 Wattics Sentinel 軟件的(de)(de)中央“邊(bian)緣節點”。它連接到當地能源電網(wang)和(he) Sentinel 網(wang)格(ge)，促進(jin)儀表配(pei)置(zhi)、可靠的(de)(de)數據收集、預處理(li)、壓縮和(he)安全通信(xin)。
寫在最后
面(mian)對越(yue)來越(yue)卷的IIoT網關(guan)市場，網關(guan)供(gong)應(ying)商(shang)如果想(xiang)要做出差異化競爭優勢，可以(yi)詢問自己(ji)5個關(guan)鍵(jian)問題：
我(wo)們(men)的 IIoT 網關是(shi)否符合(he)最新的安全標準?
我們的客戶是否需要邊(bian)緣人工智能功能作(zuo)為一般(ban)產(chan)品(pin)?
我們是否探索過(guo)本地數據存(cun)儲選(xuan)項來增加計算(suan)量，同時減少延遲?
我們應該將邊(bian)緣(yuan) IIoT 應用程序容器化嗎(ma)?如果是這樣(yang)，怎(zen)么(me)辦(ban)?
我(wo)們(men)的通用解(jie)決方案是否能夠(gou)為(wei)客戶實現無縫 IT/OT 集成?如果不是，我(wo)們(men)是否應該(gai)專注于為(wei)客戶量(liang)身定制解(jie)決方案?
與之相對，工業物聯網解決方案的部(bu)署者(zhe)同樣需要詢問(wen)(wen)自(zi)己 5 個(ge)關(guan)鍵問(wen)(wen)題：
我(wo)們(men)是否評估了各種(zhong)可用的 IIoT 網(wang)關(guan)及其對我(wo)們(men)整體 IoT 戰略的潛在影響?
我(wo)們正在使用(yong)哪種物(wu)聯網架構?IIoT 網關可以(yi)提供改進(jin)嗎?
我(wo)們當前(qian)的 IIoT 網關是否符合當前(qian)的安全標準(zhun)?如果沒有，我(wo)們需(xu)要進(jin)行哪些更新才能滿足這些標準(zhun)?
我們是否評估了邊緣(yuan)計算可能(neng)帶來的好處(chu)(例(li)如，基于數據在本地自動(dong)控制(zhi))?
我(wo)們是(shi)否應該利用(yong)本地數(shu)據存儲(chu)和容器(qi)化(hua)應用(yong)程序來更(geng)好地管理和更(geng)新(xin)設備(bei)?
如果能夠(gou)清晰地回(hui)答以上問題(ti)，IIoT網關的價值才(cai)得以真(zhen)正釋放~
參考資料:
//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
