工業(yè)4.0時(shí)代，如果說數(shù)據(jù)是新型石油，那么工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（IIoT網(wǎng)關(guān)）就是運(yùn)輸這一寶貴資源的管道。

復(fù)雜工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)往往面臨多種系統(tǒng)、接口、協(xié)議、軟件、平臺(tái)等難以整合對(duì)接的問題，而IIoT網(wǎng)關(guān)則扮演著連接物理設(shè)備和云平臺(tái)的橋梁角色，從各種設(shè)備收集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行進(jìn)一步分析，從而為企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策提供了強(qiáng)有力的支持。

近日，知名研究機(jī)構(gòu)IoT Analytics和 ARC Advisory Group 相繼發(fā)布了有關(guān)IIoT網(wǎng)關(guān)的分析報(bào)告，本文將提煉其中的精華和關(guān)鍵結(jié)論。

IIoT網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)

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IoT Analytics發(fā)布的《2023-2027 年物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)報(bào)告》顯示：

由思科、西門子、研華和MOXA等公司引領(lǐng)的IIoT網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)從 2021 年到 2022 年實(shí)現(xiàn)了加速增長(zhǎng)，增長(zhǎng)約 14.7%，達(dá)到 8.6 億美元（約62億人民幣，占整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)的 38%）。

IoT Analytics還預(yù)計(jì)這種增長(zhǎng)將至少持續(xù)到 2027 年，推動(dòng)這種增長(zhǎng)的動(dòng)力來自以下幾點(diǎn)：

• 連接未連接的設(shè)備。許多公司正在將其傳統(tǒng)設(shè)備升級(jí)為帶有傳感器和控制器的設(shè)備，這個(gè)過程需要使用IIoT網(wǎng)關(guān)執(zhí)行必要的協(xié)議和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀T端點(diǎn)。

• 軟件應(yīng)用正在遷移。擁有互聯(lián)設(shè)備的公司正在將一些關(guān)鍵應(yīng)用轉(zhuǎn)移到云端，IIoT網(wǎng)關(guān)逐漸成為信息進(jìn)出工業(yè)場(chǎng)所的重要樞紐，甚至一些應(yīng)用現(xiàn)在也在網(wǎng)關(guān)上本地運(yùn)行。

• 更強(qiáng)大的硬件。具有嵌入式多核處理器、人工智能芯片組和安全元件的新型增強(qiáng)型網(wǎng)關(guān)可實(shí)現(xiàn)更快、更安全的數(shù)據(jù)處理和傳輸。

ARC Advisory Group 的最新報(bào)告《IIoT網(wǎng)關(guān)和路由器市場(chǎng)研究》同樣指出，隨著邊緣技術(shù)的完善、潛在用例的擴(kuò)展以及試點(diǎn)項(xiàng)目開始規(guī)?；?，IIoT網(wǎng)關(guān)和路由器的格局正在不斷發(fā)展。

ARC研究副總裁Chantal Polsonetti對(duì)此表示：“IIoT網(wǎng)關(guān)和路由器是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵推動(dòng)者，使行業(yè)能夠利用邊緣計(jì)算、軟件創(chuàng)新和先進(jìn)連接的潛力，提高效率、生產(chǎn)力和卓越運(yùn)營。由專用圖形處理器驅(qū)動(dòng)的人工智能等增強(qiáng)型邊緣計(jì)算應(yīng)用正在重新強(qiáng)調(diào)硬件能力?！?/span>

另有分析文章指出，IIoT網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)增長(zhǎng)的動(dòng)力來自于其推動(dòng)企業(yè)創(chuàng)新的潛力。新式IIoT網(wǎng)關(guān)通過集成人工智能 (AI)、機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 和區(qū)塊鏈等各種技術(shù)的平臺(tái)，為智能工廠和工業(yè) 4.0 的發(fā)展鋪平道路。這種集成使企業(yè)能夠探索新的運(yùn)營模式，創(chuàng)造創(chuàng)新的產(chǎn)品和服務(wù)，并重新定義客戶體驗(yàn)。

IIoT 網(wǎng)關(guān)如何橋接 IT 和 OT 世界？

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IT和OT的融合一直是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域老生常談的話題，IoT Analytics在報(bào)告中指出，IIoT 網(wǎng)關(guān)正在成為 IT 和 OT 融合的結(jié)合點(diǎn)。

許多公司運(yùn)維的傳統(tǒng)設(shè)備沒有傳感器或控制設(shè)備，即使其中部分具有本地連接的傳感器或控制器，例如工廠車間的人機(jī)界面或平板電腦，也可能不提供連接選項(xiàng)或使用終端設(shè)備（如 IT 服務(wù)器或云）的消息傳遞協(xié)議用途。同時(shí)，擁有物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的公司可能希望將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦S外部(例如傳輸?shù)竭h(yuǎn)程IT設(shè)備或云)或在傳輸數(shù)據(jù)之前增強(qiáng)本地?cái)?shù)據(jù)計(jì)算以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)響應(yīng)。

此種情況下，IIoT 網(wǎng)關(guān)可以通過 I/O 模塊主站以無線或有線方式與獨(dú)立或集成傳感器連接，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?IT 或云服務(wù)器。如下所示，IIoT網(wǎng)關(guān)常見于4種物聯(lián)網(wǎng)典型架構(gòu)中。

來源：IoT Analytics

1. 傳感器/設(shè)備-PLC/IPC-IIoT網(wǎng)關(guān)-云

在現(xiàn)有自動(dòng)化硬件的工業(yè)環(huán)境中，從傳感器/設(shè)備到 PLC/IPC到IIoT 網(wǎng)關(guān)再到云的架構(gòu)非常常見?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器或執(zhí)行器連接到 I/O 模塊主站，主站將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜?PLC 或 IPC，然后PLC/IPC 連接到 IIoT 網(wǎng)關(guān)，IIoT 網(wǎng)關(guān)充當(dāng) PLC/IPC 和云端之間的橋梁。

這種架構(gòu)可能非常強(qiáng)大，但也存在潛在危險(xiǎn)。從技術(shù)上講，IIoT網(wǎng)關(guān)可以配置為遠(yuǎn)程訪問PLC/IPC下層的整個(gè)架構(gòu)。雖然這種配置允許任何數(shù)據(jù)在IT和OT之間流動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)任何可想象的用例，但它也具有最大的潛在攻擊面(可能是整個(gè)設(shè)施)，例如在配置了錯(cuò)誤的安全架構(gòu)的情況下。

2. 傳感器-I/O 模塊-物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)-云

在從傳感器到 I/O 模塊主站到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)再到云的架構(gòu)中，簡(jiǎn)單的傳感器連接到 I/O 模塊主站，然后I/O 模塊主站使用有線或無線連接標(biāo)準(zhǔn)繞過 PLC 或 IPC將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?IIoT 網(wǎng)關(guān)。

事實(shí)證明，這種架構(gòu)在多個(gè)傳感器集群的場(chǎng)景中非常有效——I/O 模塊主站充當(dāng)每個(gè)傳感器集群的中心節(jié)點(diǎn)，通過 IIoT 網(wǎng)關(guān)高效收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫恕?/span>

3. 設(shè)備中的傳感器-物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)-云

在從設(shè)備中的傳感器到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)再到云的架構(gòu)中，配備單個(gè)或多個(gè)板載傳感器的設(shè)備直接連接到IIoT網(wǎng)關(guān)。這種架構(gòu)通常部署在使用非獨(dú)立物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（即無法自行連接到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備）的地方。

4. 傳感器-物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)-云

在從傳感器到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)再到云的架構(gòu)中，IIoT網(wǎng)關(guān)可直接實(shí)現(xiàn)傳感器和云服務(wù)器之間的連接。例如，當(dāng)改造資產(chǎn)上的特定傳感器（例如用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的傳感器）并希望繞過所有其他現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)（不干擾它們并產(chǎn)生新的安全風(fēng)險(xiǎn)）時(shí)，可以考慮這種架構(gòu)。

IIoT 網(wǎng)關(guān)功能的“進(jìn)化”

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隨著 IIoT 網(wǎng)關(guān)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案中變得越來越普遍，它們已經(jīng)能夠?yàn)橛脩籼峁└喾?wù)。一般來說，IIoT 網(wǎng)關(guān)通常提供 8 項(xiàng)關(guān)鍵功能：

• 協(xié)議轉(zhuǎn)換

• 數(shù)據(jù)管理

• 設(shè)備管理

• 計(jì)算

• 溝通

• 資源管理

• 安全管理

• 管理服務(wù)質(zhì)量

隨著IIoT 網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)的持續(xù)增長(zhǎng)，這些功能也得到了進(jìn)一步的迭代和“進(jìn)化”。

1.IIoT網(wǎng)關(guān)安全管理功能的重要性進(jìn)一步增強(qiáng)

隨著連接設(shè)備數(shù)量的不斷增加，網(wǎng)絡(luò)攻擊和未經(jīng)授權(quán)訪問的風(fēng)險(xiǎn)變得越來越大——對(duì)于希望將工廠設(shè)備連接到外部 IT 或云服務(wù)器的公司來說尤為如此。為了應(yīng)對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)，IIoT 網(wǎng)關(guān)供應(yīng)商正在積極地將安全功能整合到其產(chǎn)品中，并遵守行業(yè)特定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，從而允許 OT 監(jiān)控和控制安全地駐留在策略和訪問控制層后面。

值得注意的標(biāo)準(zhǔn)是于 2021 年批準(zhǔn)的IEC 62443系列標(biāo)準(zhǔn)，其為不同網(wǎng)絡(luò)安全用例定義了不同的安全級(jí)別，并規(guī)定了實(shí)施并維護(hù)電子安全工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng)的要求和流程，可以說是衡量工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全的準(zhǔn)繩。

這套標(biāo)準(zhǔn)已成為許多國家/地區(qū)的強(qiáng)制性技術(shù)要求，必維國際檢驗(yàn)集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)安全主管 Pascal LeRay 表示，“越來越多的客戶要求制造商提供其工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全級(jí)別證明?！?/span>

在IoT Analytics的研究中，IIoT網(wǎng)關(guān)公司指出了在其產(chǎn)品中納入安全標(biāo)準(zhǔn)的重要性。Teltronic首席執(zhí)行官 Juan Ferro 表示，“Teltronic將行業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)事件視為改進(jìn)自身產(chǎn)品和相關(guān)流程的機(jī)會(huì)”，他補(bǔ)充說，先發(fā)制人地采用安全標(biāo)準(zhǔn)使其領(lǐng)先于行業(yè)里的其他公司。

除了標(biāo)準(zhǔn)，IIoT 網(wǎng)關(guān)也越來越多地融入硬件安全性，在處理器內(nèi)或PCB/模塊上使用嵌入式安全元件作為可信平臺(tái)模塊(例如TPM 2.0)。 例如，Ultratronik 的A1 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)集成了NXP 的EdgeLock SE051安全元件和Eurotech的RELIAGATE 10-14系列，保持IEC 62443-4-1、-4-2和PSA Level 1認(rèn)證，并采用 TPM 2.0 安全芯片組（英飛凌可信平臺(tái)模塊SLM 9670）。

2.IIoT網(wǎng)關(guān)趨向于更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力

在工業(yè)解決方案中，更強(qiáng)的處理能力有助于公司將數(shù)據(jù)處理和計(jì)算移向解決方案的邊緣（更靠近數(shù)據(jù)收集點(diǎn)），從而節(jié)省帶寬和功率，并釋放 IT 和云服務(wù)器來管理其他任務(wù)。此外，正如前文所述，將人工智能芯片組集成到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中以促進(jìn)邊緣計(jì)算已成為一種趨勢(shì)。

實(shí)時(shí)處理和自動(dòng)化數(shù)據(jù)的能力對(duì)公司意義重大，正如一位高級(jí)副總裁所說：“工業(yè)機(jī)器人和許多實(shí)時(shí)系統(tǒng)之間的毫秒延遲，可能就是一條高效裝配線和安全隱患之間的區(qū)別?！?/span>
一個(gè)值得注意的例子是研揚(yáng)科技的AIOT-AVID 物聯(lián)網(wǎng)視頻分析網(wǎng)關(guān)，它集成了英特爾的Myriad X 視覺處理單元 (VPU)。

3.IIoT網(wǎng)關(guān)對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)和資源管理的需求增強(qiáng)

本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)有助于實(shí)現(xiàn)邊緣數(shù)據(jù)處理。此外，由于網(wǎng)絡(luò)連接有限或需要更有效地使用 IT 設(shè)備，一些工業(yè)用例可能需要在傳輸?shù)?IT 或云服務(wù)器之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序和分析。對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求導(dǎo)致了eMMC閃存和SSD解決方案在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)上的普遍應(yīng)用。

2022 年中，魯邦通推出了三款基于ARM的 IIoT 網(wǎng)關(guān)，具有不同的 DDR 和 eMMC 尺寸，以滿足應(yīng)用需求。幾個(gè)月后，Compulab發(fā)布了IOT-GATE-RPI4，這是一款基于 Raspberry Pi 的 IIoT 網(wǎng)關(guān)，可提供高達(dá) 128 GB 的 eMMC 內(nèi)存和 mPCIe 插槽，用于將 SSD 存儲(chǔ)擴(kuò)展至 256 GB。其他示例包括MOXA 的AIG-301 系列IIoT 網(wǎng)關(guān)（配備 16 GB eMMC）和Belden 的Hirschmann OpEdge-8D（配備 64 GB SSD 閃存）。

4.容器化成為在IIoT網(wǎng)關(guān)上部署應(yīng)用的重要策略

借助集成存儲(chǔ)，可以將應(yīng)用程序容器化以部署在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)上，包括設(shè)備管理軟件。傳統(tǒng)上，在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)上部署應(yīng)用程序涉及將它們直接安裝在設(shè)備的操作系統(tǒng)上，這在可擴(kuò)展性、靈活性和易于管理方面存在局限性。然而，越來越多的公司將容器化作為 IIoT 網(wǎng)關(guān)上應(yīng)用程序的部署策略，提供Kubernetes 等平臺(tái)和Docker等運(yùn)行時(shí)。這些技術(shù)提供了一種創(chuàng)建輕量級(jí)且隔離的運(yùn)行時(shí)環(huán)境的方法，其中應(yīng)用程序可以在各種平臺(tái)和環(huán)境中一致運(yùn)行。

許多網(wǎng)關(guān) OEM 廠商也在構(gòu)建包含數(shù)百個(gè)現(xiàn)成應(yīng)用程序的應(yīng)用程序商店，最終用戶可以將這些應(yīng)用程序部署到其網(wǎng)關(guān)（以及云端），例如博世力士樂的 ctrlX 商店、西門子的Industrial Edge Marketplace和研華的WISE -市場(chǎng)。

基于部署IIoT網(wǎng)關(guān)的眾多優(yōu)勢(shì)，一些公司已經(jīng)獲得了顯著受益：

• 更好的IT/OT集成：Vitesco Technologies Italy 使用Zerynth 的4ZeroBox，這是一種用于實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)測(cè)性維護(hù)的本地 IIoT 系統(tǒng)。該解決方案使Vitesco能夠提前24小時(shí)預(yù)測(cè)氣動(dòng)閥故障，從而減少了裝配停機(jī)時(shí)間并提高了生產(chǎn)率。

• 降低人工成本：Vitesco 通過 4ZeroBox 應(yīng)用程序減少了 50% 的人工勞動(dòng)需求；哥倫比亞鋼鐵制造商Corpacero在與Senzary合作部署用于預(yù)測(cè)性維護(hù)和遠(yuǎn)程機(jī)器管理的 RotaryIQ 和 InsightsIQ 解決方案后，降低了與維修人工相關(guān)的成本。

• 節(jié)能降耗：企業(yè)能源管理分析軟件提供商Wattics 與控創(chuàng)合作，使用控創(chuàng)的 KBox A-101 作為客戶現(xiàn)場(chǎng) Wattics Sentinel 軟件的中央“邊緣節(jié)點(diǎn)”。它連接到當(dāng)?shù)啬茉措娋W(wǎng)和 Sentinel 網(wǎng)格，促進(jìn)儀表配置、可靠的數(shù)據(jù)收集、預(yù)處理、壓縮和安全通信。

寫在最后

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面對(duì)越來越卷的IIoT網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)，網(wǎng)關(guān)供應(yīng)商如果想要做出差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，可以詢問自己5個(gè)關(guān)鍵問題：

1. 我們的 IIoT 網(wǎng)關(guān)是否符合最新的安全標(biāo)準(zhǔn)？

2. 我們的客戶是否需要邊緣人工智能功能作為一般產(chǎn)品？

3. 我們是否探索過本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)選項(xiàng)來增加計(jì)算量，同時(shí)減少延遲？

4. 我們應(yīng)該將邊緣 IIoT 應(yīng)用程序容器化嗎？如果是這樣，怎么辦？

5. 我們的通用解決方案是否能夠?yàn)榭蛻魧?shí)現(xiàn)無縫 IT/OT 集成？如果不是，我們是否應(yīng)該專注于為客戶量身定制解決方案？

與之相對(duì)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的部署者同樣需要詢問自己 5 個(gè)關(guān)鍵問題：

1. 我們是否評(píng)估了各種可用的 IIoT 網(wǎng)關(guān)及其對(duì)我們整體 IoT 戰(zhàn)略的潛在影響？

2. 我們正在使用哪種物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)？IIoT 網(wǎng)關(guān)可以提供改進(jìn)嗎？

3. 我們當(dāng)前的 IIoT 網(wǎng)關(guān)是否符合當(dāng)前的安全標(biāo)準(zhǔn)？如果沒有，我們需要進(jìn)行哪些更新才能滿足這些標(biāo)準(zhǔn)？

4. 我們是否評(píng)估了邊緣計(jì)算可能帶來的好處（例如，基于數(shù)據(jù)在本地自動(dòng)控制）？

5. 我們是否應(yīng)該利用本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)和容器化應(yīng)用程序來更好地管理和更新設(shè)備？

如果能夠清晰地回答以上問題，IIoT網(wǎng)關(guān)的價(jià)值才得以真正釋放~