工业物联网（IIoT）：2020年之前需要注意的四件事

工业物联网（IIoT）：2020年之前需要注意的四件事

虽然它是过去几年中最常听到的预测之一，值得重复的一件事：物联网（IoT）在可预见的未来将继续呈指数级增长。显然，随着越来越多的设备，车辆，机器和其他设备每天都上网，物联网技术正在改变我们的生活和工作方式。统计显示到2015年，物联网连接节点的总数超过150亿。2018年，全球有超过230亿台互联设备。到2025年，消费者和工业设备的连接设备总数预计将超过750亿。数字不会说谎：物联网正在发生！

消费与工业物联网-不同的增长速度

在消费领域，物联网已经很普遍了，随着物联网设备和应用（例如智能家居，联网汽车和智能医疗配件）的发展，用户体验得到了改善。但是，在工业物联网领域，到目前为止，总体增长落后于消费物联网市场。为了说明差异，请考虑大多数与IoT对话的人如何轻松地将IoT技术已经与Alexa，Fitbit和智能车辆移动应用等消费类产品带来的变化联系起来。但是，当涉及到工业物联网（IIoT）时，即使是在工业领域工作的人通常也只能提供诸如“他们正在为生产线增加更多的传感器。是的，我们是物联网……”一些知识渊博的人可能会提到诸如“智慧城市”项目之类的开发项目。但是，到目前为止，似乎大多数IIoT成功案例都是试点项目。IIoT尚未成为一种全球工业现象。这种差异并不是因为IT行业在IIoT技术开发方面懈怠。相反。几乎每个行业都在IIoT上进行了大量投资。但是，不幸的是，IIoT具有自己独特的基础设施和技术要求，与消费者物联网生态系统有很大不同（请参见表1）。

表1.工业和消费者物联网需求的比较。要将消费物联网设备和IIoT设备之间的差异放到上下文中，就像智能家居恒温器和工业涡轮发电机之间的复杂性差异一样。许多人认为，只需向现有网络添加更多传感器和数据即可启动IIoT。现实情况是，在此之前，还有很多事情要做。

现在，每秒产生数万个事件的工业系统很常见。队列中已经有更多的系统每秒可创建数百万个事件。随着机器设计变得越来越复杂，这种趋势是不可逆的。数据量的增加意味着在已经拥塞的网络上，更多的数据流量和更高的数据强度（图1）。不要忘记，即使此数据流通过网络流量瓶颈，也需要立即（以毫秒为单位）进行处理和分析，以便提供有意义的，工业级的，接近实时的洞察力。等等，我忘了提到可扩展性吗？一个典型的IIoT系统需要适应由于数据源不断增加而产生的大量数据涌入（传感器数量可能从几十到几千万不等），并且必须协调地协同处理这些来源中的所有复杂事件数据。图1.如果大多数IIoT系统继续在3G / 4G蜂窝网络上运行并通过单层（节点到云）计算连续体处理数据，这就是最终的结果。幸运的是，有障碍的地方总会有突破。IIoT战略和技术的一些新进步值得关注。这样的进步显示出在IIoT发展路线图上的良好发展轨迹。而且，如果实施得当，它们可能会使2019年或2020年成为人们期待已久的“ IIoT年”。让我们看一下这四个趋势及其对IIoT的预期影响。

1.窄带物联网（NB-IoT）

现有的大多数IIoT系统使用低功耗，短距离无线连接。这是由于当前3G / 4G蜂窝环境中带宽和数据吞吐能力的连接性限制所致。此类使用公共3G / 4G网络的IIoT系统被迫与同一小区上的其他并发移动用户共享带宽和吞吐量，从而导致潜在的安全风险和一些严重的性能问题，例如：

高延迟（以秒为单位，而不是毫秒）低吞吐量（高峰时间<10Kbps）传感器节点的分布有限（每个基站最多30-40个传感器）像无线局域网（WLAN）设置中的短距离连接部署，负载平衡，故障转移或调度中的可管理性非常有限

NB-IoT是3GPP在2015年提出的低功耗广域网（LPWAN）行业标准。NB -IoT技术的基准是使用软件定义网络（SDN）方法来构建专用于数据的“快速通道” 3G / 4G公共网络上的IIoT数据交易。除了更高的安全性和增强的可管理性带来的直接好处之外，与主流的短距离IIoT系统相比，NB-IoT的实际性能也存在巨大差异。以下是我在审查全球最大（迄今为止）的NB-IoT部署项目时收集的关键性能数据，该项目是由中国国家电网公司（SGCC）提供的基于eLTE的下一代智能电网。超过11亿的人口：

低延迟：<10ms帧高吞吐量：每个节点高达1Mbps，每个单元高达18.8Mbps增加的传感器节点容量：每个单元最多4,000个节点真正的无线广域网（WWAN）连接极低的功耗：短距离系统通常使用电量的0.75％

直到有更好的下一代连接可用（例如5G网络），NB-IoT才是IIoT项目最有希望的中间解决方案。

2. 5G网络

关于它已经说了太多了；因此引发了很多期待；每个人都在为此而努力。期待已久的下一代蜂窝通信标准5G网络最终计划于2019年第二季度（第一阶段发布）生效。它旨在与当前的4G网络一起运行，而不是取代它。从一开始，5G性能就可提供高数据吞吐量，最小延迟，低功耗，高连接密度，优化的系统容量和庞大的设备连接性-所有规格都是针对IoT定制的。我绝对毫无疑问，5G性能将动摇并重塑当前的IIoT架构。我们开始见证5G技术为IIoT带来的承诺价值只是时间问题（实际上是很短的时间）。

3.边缘计算

当前的主流IIoT计算范例是一种以云为中心的单层结构。也就是说，所有数据处理和分析都在云中完成。

当网络上的终端节点数量有限时，这种高度简化的计算结构可以很好地工作。但是，任何密切关注IIoT趋势的IT专业人员都会立即将这幅图视为可伸缩性灾难：终端节点（“物”）的大量涌入最终将使云达到其计算/存储容量极限，从而使云不再能够维持有效的IIoT运行。减轻潜在风险的一种解决方案是边缘计算。这个想法是通过利用源附近的计算能力来分散数据处理的功能。边缘计算通常可以减轻连接和处理方面的瓶颈，并减少系统延迟，因为边缘处理处理的数据接近数据源（不一定物理上接近，但就数据路径关系而言接近）。它用作将原始数据保留在源头的过滤器，只有洞察力才流向云中的分析工具，从而使大数据“变小”。根据终端节点的部署规模，可以有不止一层的边缘。当使用NB-IoT或5G消除IIoT的连接瓶颈时，边缘计算或其他分布式计算范例将成为真正的业务必需。当前市场上只有少数边缘计算服务提供商。但这并没有大多数人认为的创建自己的边缘层那么艰巨或昂贵。（提示：对基于动态随机存取存储器[DRAM]的内存中数据网格[IMDG]的一些快速研究确实可以奏效。）

4.数码双胞胎

数字孪生是在远程位置的物理业务对象（例如，建筑物，机器，一件设备，甚至具有预定流程的服务）的精确数字副本（或“化身”）。通过实时数据线程连接，数字孪生使人类用户能够与远程对象或服务的数字图像进行交互。这种交互可以包括执行复杂的动作，例如瞬时仿真，测试，建模和监视。这种数字化介导的人-物界面将极大地改善IIoT用户体验，并将从根本上改变人类与事物进行交流和交互的方式。

结论

2019年和2020年很可能成为IIoT发展最重要的一年。预计对新5G网络技术的大力推动将消除长期阻碍IIoT发展的连接障碍。我认为，消除这一障碍将成为最终点燃人们期待已久的IIoT大爆炸的发展。

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