工業物聯網（IIoT）：2020年之前需要注意的四件事

工業物聯網（IIoT）：2020年之前需要注意的四件事

雖然它是過去幾年中最常聽到的預測之一，值得重復的一件事：物聯網（IoT）在可預見的未來將繼續呈指數級增長。顯然，隨著越來越多的設備，車輛，機器和其他設備每天都上網，物聯網技術正在改變我們的生活和工作方式。統計顯示到2015年，物聯網連接節點的總數超過150億。2018年，全球有超過230億臺互聯設備。到2025年，消費者和工業設備的連接設備總數預計將超過750億。數字不會說謊：物聯網正在發生！

消費與工業物聯網-不同的增長速度

在消費領域，物聯網已經很普遍了，隨著物聯網設備和應用（例如智能家居，聯網汽車和智能醫療配件）的發展，用戶體驗得到了改善。但是，在工業物聯網領域，到目前為止，總體增長落后于消費物聯網市場。為了說明差異，請考慮大多數與IoT對話的人如何輕松地將IoT技術已經與Alexa，Fitbit和智能車輛移動應用等消費類產品帶來的變化聯系起來。但是，當涉及到工業物聯網（IIoT）時，即使是在工業領域工作的人通常也只能提供諸如“他們正在為生產線增加更多的傳感器。是的，我們是物聯網……”一些知識淵博的人可能會提到諸如“智慧城市”項目之類的開發項目。但是，到目前為止，似乎大多數IIoT成功案例都是試點項目。IIoT尚未成為一種全球工業現象。這種差異并不是因為IT行業在IIoT技術開發方面懈怠。相反。幾乎每個行業都在IIoT上進行了大量投資。但是，不幸的是，IIoT具有自己獨特的基礎設施和技術要求，與消費者物聯網生態系統有很大不同（請參見表1）。

表1.工業和消費者物聯網需求的比較。要將消費物聯網設備和IIoT設備之間的差異放到上下文中，就像智能家居恒溫器和工業渦輪發電機之間的復雜性差異一樣。許多人認為，只需向現有網絡添加更多傳感器和數據即可啟動IIoT。現實情況是，在此之前，還有很多事情要做。

現在，每秒產生數萬個事件的工業系統很常見。隊列中已經有更多的系統每秒可創建數百萬個事件。隨著機器設計變得越來越復雜，這種趨勢是不可逆的。數據量的增加意味著在已經擁塞的網絡上，更多的數據流量和更高的數據強度（圖1）。不要忘記，即使此數據流通過網絡流量瓶頸，也需要立即（以毫秒為單位）進行處理和分析，以便提供有意義的，工業級的，接近實時的洞察力。等等，我忘了提到可擴展性嗎？一個典型的IIoT系統需要適應由于數據源不斷增加而產生的大量數據涌入（傳感器數量可能從幾十到幾千萬不等），并且必須協調地協同處理這些來源中的所有復雜事件數據。圖1.如果大多數IIoT系統繼續在3G / 4G蜂窩網絡上運行并通過單層（節點到云）計算連續體處理數據，這就是最終的結果。幸運的是，有障礙的地方總會有突破。IIoT戰略和技術的一些新進步值得關注。這樣的進步顯示出在IIoT發展路線圖上的良好發展軌跡。而且，如果實施得當，它們可能會使2019年或2020年成為人們期待已久的“ IIoT年”。讓我們看一下這四個趨勢及其對IIoT的預期影響。

1.窄帶物聯網（NB-IoT）

現有的大多數IIoT系統使用低功耗，短距離無線連接。這是由于當前3G / 4G蜂窩環境中帶寬和數據吞吐能力的連接性限制所致。此類使用公共3G / 4G網絡的IIoT系統被迫與同一小區上的其他并發移動用戶共享帶寬和吞吐量，從而導致潛在的安全風險和一些嚴重的性能問題，例如：

高延遲（以秒為單位，而不是毫秒）低吞吐量（高峰時間<10Kbps）傳感器節點的分布有限（每個基站最多30-40個傳感器）像無線局域網（WLAN）設置中的短距離連接部署，負載平衡，故障轉移或調度中的可管理性非常有限

NB-IoT是3GPP在2015年提出的低功耗廣域網（LPWAN）行業標準。NB?-IoT技術的基準是使用軟件定義網絡（SDN）方法來構建專用于數據的“快速通道” 3G / 4G公共網絡上的IIoT數據交易。除了更高的安全性和增強的可管理性帶來的直接好處之外，與主流的短距離IIoT系統相比，NB-IoT的實際性能也存在巨大差異。以下是我在審查全球最大（迄今為止）的NB-IoT部署項目時收集的關鍵性能數據，該項目是由中國國家電網公司（SGCC）提供的基于eLTE的下一代智能電網。超過11億的人口：

低延遲：<10ms幀高吞吐量：每個節點高達1Mbps，每個單元高達18.8Mbps增加的傳感器節點容量：每個單元最多4,000個節點真正的無線廣域網（WWAN）連接極低的功耗：短距離系統通常使用電量的0.75％

直到有更好的下一代連接可用（例如5G網絡），NB-IoT才是IIoT項目最有希望的中間解決方案。

2. 5G網絡

關于它已經說了太多了；因此引發了很多期待；每個人都在為此而努力。期待已久的下一代蜂窩通信標準5G網絡最終計劃于2019年第二季度（第一階段發布）生效。它旨在與當前的4G網絡一起運行，而不是取代它。從一開始，5G性能就可提供高數據吞吐量，最小延遲，低功耗，高連接密度，優化的系統容量和龐大的設備連接性-所有規格都是針對IoT定制的。我絕對毫無疑問，5G性能將動搖并重塑當前的IIoT架構。我們開始見證5G技術為IIoT帶來的承諾價值只是時間問題（實際上是很短的時間）。

3.邊緣計算

當前的主流IIoT計算范例是一種以云為中心的單層結構。也就是說，所有數據處理和分析都在云中完成。

當網絡上的終端節點數量有限時，這種高度簡化的計算結構可以很好地工作。但是，任何密切關注IIoT趨勢的IT專業人員都會立即將這幅圖視為可伸縮性災難：終端節點（“物”）的大量涌入最終將使云達到其計算/存儲容量極限，從而使云不再能夠維持有效的IIoT運行。減輕潛在風險的一種解決方案是邊緣計算。這個想法是通過利用源附近的計算能力來分散數據處理的功能。邊緣計算通常可以減輕連接和處理方面的瓶頸，并減少系統延遲，因為邊緣處理處理的數據接近數據源（不一定物理上接近，但就數據路徑關系而言接近）。它用作將原始數據保留在源頭的過濾器，只有洞察力才流向云中的分析工具，從而使大數據“變小”。根據終端節點的部署規模，可以有不止一層的邊緣。當使用NB-IoT或5G消除IIoT的連接瓶頸時，邊緣計算或其他分布式計算范例將成為真正的業務必需。當前市場上只有少數邊緣計算服務提供商。但這并沒有大多數人認為的創建自己的邊緣層那么艱巨或昂貴。（提示：對基于動態隨機存取存儲器[DRAM]的內存中數據網格[IMDG]的一些快速研究確實可以奏效。）

4.數碼雙胞胎

數字孿生是在遠程位置的物理業務對象（例如，建筑物，機器，一件設備，甚至具有預定流程的服務）的精確數字副本（或“化身”）。通過實時數據線程連接，數字孿生使人類用戶能夠與遠程對象或服務的數字圖像進行交互。這種交互可以包括執行復雜的動作，例如瞬時仿真，測試，建模和監視。這種數字化介導的人-物界面將極大地改善IIoT用戶體驗，并將從根本上改變人類與事物進行交流和交互的方式。

結論

2019年和2020年很可能成為IIoT發展最重要的一年。預計對新5G網絡技術的大力推動將消除長期阻礙IIoT發展的連接障礙。我認為，消除這一障礙將成為最終點燃人們期待已久的IIoT大爆炸的發展。

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