物聯(lián)網(wǎng)這一術(shù)語(yǔ)通常指的是網(wǎng)絡(luò)連接和計(jì)算能力擴(kuò)展到通常不被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)的設(shè)備、傳感器和日常用品的情況，允許這些東西(設(shè)備)在最少的人工干預(yù)下生成、交換和消費(fèi)數(shù)據(jù)。不過(guò)，并沒(méi)有單一的、普遍的定義。

• 支持技術(shù)：將計(jì)算機(jī)、傳感器和網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái)以監(jiān)控設(shè)備的概念已經(jīng)存在了幾十年。然而，最近幾個(gè)技術(shù)市場(chǎng)趨勢(shì)的融合正在使物聯(lián)網(wǎng)更接近于廣泛的現(xiàn)實(shí)。這些包括無(wú)處不在的連接、基于IP網(wǎng)絡(luò)的廣泛采用、計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)、小型化、數(shù)據(jù)分析的進(jìn)步以及云計(jì)算的興起。
• 網(wǎng)絡(luò)連接模式：物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施使用不同的技術(shù)通信模式，每個(gè)模式都有自己的特點(diǎn)。網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)委員會(huì)(IAB)描述的四種常見(jiàn)通信模式包括：設(shè)備到設(shè)備、設(shè)備到云、設(shè)備到網(wǎng)關(guān)和后端數(shù)據(jù)共享。這些模式突出了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接方式的靈活性，并為用戶提供價(jià)值。
• 變革潛力：如果對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)測(cè)和趨勢(shì)成為現(xiàn)實(shí)，它可能會(huì)迫使人們思考其對(duì)現(xiàn)實(shí)世界帶來(lái)的影響和問(wèn)題，在這個(gè)世界上，與互聯(lián)網(wǎng)最常見(jiàn)的互動(dòng)來(lái)自與連網(wǎng)對(duì)象的被動(dòng)接觸，而不是與連網(wǎng)對(duì)象的主動(dòng)接觸。主動(dòng)接觸的潛在實(shí)現(xiàn)——“超級(jí)連接的世界”——證明了互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)本身的通用性質(zhì)，它不會(huì)對(duì)能夠利用該技術(shù)的應(yīng)用程序或服務(wù)施加固有限制。

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一、戰(zhàn)略領(lǐng)域

1. 安全

雖然安全考慮因素在IT環(huán)境中并不新鮮，但許多物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的屬性帶來(lái)了新的獨(dú)特安全挑戰(zhàn)。應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)并確保物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和服務(wù)的安全必須是一個(gè)優(yōu)先事項(xiàng)。用戶需要相信物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)是安全的，不會(huì)受到黑客威脅，尤其是隨著這項(xiàng)技術(shù)變得越來(lái)越普及并融入我們的日常生活。安全性差的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和服務(wù)可以作為網(wǎng)絡(luò)威脅的潛在入口，并使數(shù)據(jù)流得不到充分保護(hù)，從而使用戶數(shù)據(jù)暴露于盜竊行為中。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的互聯(lián)特性意味著，每一個(gè)不安全的在線連網(wǎng)設(shè)備都有可能影響全球互聯(lián)網(wǎng)的安全性和彈性。這一挑戰(zhàn)因其他因素而加劇，如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的大規(guī)模部署、某些設(shè)備自動(dòng)連接到其他設(shè)備的能力以及將這些設(shè)備部署在不安全環(huán)境中的可能性。

原則上，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員有義務(wù)確保他們不會(huì)使用戶和互聯(lián)網(wǎng)本身受到潛在傷害。因此，需要一種安全的協(xié)作方法來(lái)制定有效和適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，以應(yīng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)安全挑戰(zhàn)，這些方案非常適合問(wèn)題的規(guī)模性和復(fù)雜性。

2. 隱私

物聯(lián)網(wǎng)的全部潛力取決于在廣泛的期望中尊重個(gè)人隱私的策略。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供的數(shù)據(jù)流和用戶特異性可以為物聯(lián)網(wǎng)用戶帶來(lái)難以置信的獨(dú)特價(jià)值，但對(duì)隱私和潛在危害的擔(dān)憂可能阻礙物聯(lián)網(wǎng)的全面采用。這意味著隱私權(quán)和對(duì)用戶隱私期望的尊重是確保用戶對(duì)互聯(lián)網(wǎng)、連網(wǎng)設(shè)備和相關(guān)服務(wù)的信任和信心所不可或缺的。

3. 互操作性/標(biāo)準(zhǔn)

專(zhuān)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施的分散環(huán)境將抑制用戶和行業(yè)的價(jià)值及其發(fā)展。雖然產(chǎn)品和服務(wù)之間的完全互操作性并不總是可行或必要，但如果存在集成不靈活、所有權(quán)復(fù)雜性高以及對(duì)供應(yīng)商鎖定的擔(dān)憂，購(gòu)買(mǎi)者可能會(huì)對(duì)購(gòu)買(mǎi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和服務(wù)猶豫不決。

此外，設(shè)計(jì)和配置不當(dāng)?shù)奈锫?lián)網(wǎng)設(shè)備可能會(huì)對(duì)其連接的網(wǎng)絡(luò)資源和更廣泛的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響。適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)、參考模型和實(shí)踐也將有助于抑制可能以破壞方式進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備的擴(kuò)散。

4. 法律、監(jiān)管和權(quán)利

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的使用引發(fā)了許多新的監(jiān)管和法律問(wèn)題，也放大了互聯(lián)網(wǎng)上現(xiàn)有的法律問(wèn)題。這些問(wèn)題涉及面廣，而且物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速變化速度往往超過(guò)相關(guān)政策、法律和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的適應(yīng)能力。雖然法律和監(jiān)管方面的挑戰(zhàn)范圍廣泛且復(fù)雜，但采用互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)指導(dǎo)原則，即提高用戶的連接、發(fā)言、創(chuàng)新、共享、選擇和信任能力，是制定物聯(lián)網(wǎng)法律和法規(guī)的核心考慮因素。

5. 新興經(jīng)濟(jì)和發(fā)展問(wèn)題

物聯(lián)網(wǎng)為新興經(jīng)濟(jì)體和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體帶來(lái)了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)利益。這包括可持續(xù)農(nóng)業(yè)、水質(zhì)和使用、醫(yī)療保健、工業(yè)化和環(huán)境管理等領(lǐng)域。因此，物聯(lián)網(wǎng)有望成為實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的工具。

物聯(lián)網(wǎng)挑戰(zhàn)的廣泛范圍并非工業(yè)化國(guó)家所獨(dú)有。發(fā)展中地區(qū)也需要做出回應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的潛在利益。此外，還需要解決在欠發(fā)達(dá)地區(qū)實(shí)施的獨(dú)特需求和挑戰(zhàn)，包括基礎(chǔ)設(shè)施準(zhǔn)備、市場(chǎng)和投資激勵(lì)、技術(shù)技能要求和政策資源。

物聯(lián)網(wǎng)正在發(fā)生。它承諾提供一個(gè)革命性的、完全連接的“智能”世界，因?yàn)槲矬w、環(huán)境和個(gè)人之間的關(guān)系正變得更加緊密。然而，為了實(shí)現(xiàn)個(gè)人、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的潛在利益，需要考慮和解決與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

二、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)

在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，生產(chǎn)線的自動(dòng)化系統(tǒng)一般采用以 PLC 為主要節(jié)點(diǎn)的控制、通信網(wǎng)絡(luò)，最常用的是現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議;同時(shí)在企業(yè)的管理經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)一般采用計(jì)算機(jī)為主要節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)，以 TCP/IP 協(xié)議為主，如何實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信，打通不同通信協(xié)議間的數(shù)據(jù)通路，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)等功能，如生產(chǎn)指示快速下達(dá)和生產(chǎn)狀態(tài)的快速發(fā)布，從而提升企業(yè)管理生產(chǎn)效率，是數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)技術(shù)出現(xiàn)和發(fā)展的客觀要求。

數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的作用就是連接不同的通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，所以首先要對(duì)不同系統(tǒng)進(jìn)行物理連接，在物理連接的基礎(chǔ)上，再根據(jù)不同系統(tǒng)的通信協(xié)議，利用協(xié)議允許的接口進(jìn)行軟件連接，通過(guò)數(shù)據(jù)接收、提取、發(fā)送的過(guò)程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的基本功能是進(jìn)行不同通信協(xié)議間內(nèi)容的翻譯轉(zhuǎn)換，但是對(duì)這個(gè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)如何進(jìn)行處理，或者如何使用這些數(shù)據(jù)，決定了數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用。根據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)處理方式的不同，可將數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)分成普通數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和專(zhuān)用數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)兩種。

1. 普通數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)

該型數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)以數(shù)據(jù)傳輸功能為主，對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)只進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，如有效性過(guò)濾、存儲(chǔ)、重新組織等。最典型的應(yīng)用是控制系統(tǒng)中的操作上位機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線或者其它方式接入控制系統(tǒng)，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)(一般是 TCP/IP 協(xié)議)發(fā)送至操作員上位機(jī)，在控制畫(huà)面上顯示相應(yīng)狀態(tài)，同時(shí)又將上位機(jī)發(fā)出的操作指令發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng) PLC 等控制器，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信系統(tǒng)與人工操作通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連通。在這個(gè)典型中難以找到具體的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，實(shí)際上是由操作上位機(jī)集成了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的功能，充當(dāng)了數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的角色。除此以外，本世紀(jì)開(kāi)始廣泛應(yīng)用的 ERP、MES、ASP 等先進(jìn)的管理系統(tǒng)，與生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息互通，這需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)等，就更加需要使用數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)作為主要的信息橋梁和中轉(zhuǎn)站。

配置了數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，整個(gè)系統(tǒng)就具備了以下功能：

• 生產(chǎn)數(shù)據(jù)、狀態(tài)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)可以保存長(zhǎng)期歷史數(shù)據(jù)，方便進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程分析和質(zhì)量追溯。
• 生產(chǎn)狀態(tài)實(shí)時(shí)上報(bào)、發(fā)布。管理者可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)高效的制定生產(chǎn)計(jì)劃;營(yíng)銷(xiāo)人員可以及時(shí)的跟蹤訂單生產(chǎn)，反饋客戶。
• 生產(chǎn)指令的快速下達(dá)。MES、ERP 等生產(chǎn)計(jì)劃信息可以快速的下發(fā)到生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)訂單的快速響應(yīng)，縮短交貨時(shí)間。
• 增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。全線操作站聯(lián)網(wǎng)，每個(gè)操作站都可以了解全線的生產(chǎn)情況，且互相備用，必要時(shí)可以互相替代操作。
• 提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平。方便增加過(guò)程控制、智能控制等專(zhuān)用計(jì)算設(shè)備，彌補(bǔ)普通PLC 不具備的智能計(jì)算、大數(shù)據(jù)量計(jì)算等功能，使生產(chǎn)更加精細(xì)，產(chǎn)品質(zhì)量得以提高。

2. 專(zhuān)用數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)

與普通型相比，該型不僅具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)等數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的基本功能，特點(diǎn)是將其它高級(jí)的功能也進(jìn)行了集成，構(gòu)成了基于數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)技術(shù)的專(zhuān)用設(shè)備，目前主要有以下幾種：

• 信息發(fā)布數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān) 該型數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)集成了 web 發(fā)布功能， 通過(guò)有線或者無(wú)線接口直接接入 internet，方便用戶在任何地方通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲得實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息。為了保證正常生產(chǎn)不被干擾，可以通過(guò)硬件或軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)隔離，保證數(shù)據(jù)流為單向，如采用硬件隔離技術(shù)可以做到完全隔離。
• 過(guò)程控制數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān) 該型除了數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)基本功能，主要功能是數(shù)據(jù)計(jì)算，主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)特別是單一復(fù)雜設(shè)備進(jìn)行高級(jí)控制，彌補(bǔ) PLC 等現(xiàn)場(chǎng)控制器對(duì)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)調(diào)用、復(fù)雜算法實(shí)現(xiàn)困難等功能上的不足，從而提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。
• 信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān) 該型主要功能是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在本地建立數(shù)據(jù)庫(kù)，將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期存儲(chǔ)，并具備多種組織和查詢接口，以方便進(jìn)行生產(chǎn)流程優(yōu)化和質(zhì)量追溯。

三、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與信息技術(shù)的融合

信息技術(shù)如云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等的出現(xiàn)大都基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，而數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的連通不同通信網(wǎng)絡(luò)的特性恰恰為這些新技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提供了支撐。

1. 數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與云計(jì)算

通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，把生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送給企業(yè)研發(fā)、質(zhì)量中心，甚至專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)分析中心，利用“外腦”強(qiáng)大的計(jì)算能力和信息資源，對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位、深層次的分析，進(jìn)而得到更高效的生產(chǎn)工藝參數(shù)指導(dǎo)，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)流程。在僅投入少量硬件的條件下，就具備了獲得專(zhuān)業(yè)海量數(shù)據(jù)分析計(jì)算的能力，實(shí)現(xiàn)了低成本、高效益的兼顧。

2. 數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與移動(dòng)互聯(lián)終端

通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至企業(yè)決策者的移動(dòng)互聯(lián)終端，使之可以隨時(shí)根據(jù)市場(chǎng)變化制定生產(chǎn)策略，實(shí)現(xiàn)效益更大化;將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至外地銷(xiāo)售經(jīng)理的移動(dòng)互聯(lián)終端，使之可以隨時(shí)跟蹤訂單情況，反饋客戶，并可以隨時(shí)將新的客戶需求傳達(dá)到生產(chǎn)線，及時(shí)優(yōu)化訂單計(jì)劃，達(dá)到降低生產(chǎn)成本，縮短交貨周期的效果。

3. 數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，將生產(chǎn)線狀態(tài)與原材料、輔助材料、成品等物流信息整合，整體分析各個(gè)流程，確定調(diào)度方案，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，實(shí)現(xiàn)即時(shí)生產(chǎn)、減少中間環(huán)節(jié)、降低庫(kù)存、節(jié)約物流成本的目標(biāo)。

物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)或者說(shuō)智能網(wǎng)關(guān)主要實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)功能：

• 感知網(wǎng)絡(luò)接入的能力：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)首先是具有對(duì)各節(jié)點(diǎn)屬性、狀態(tài)等信息的獲取功能，即可以感知各節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。其次是具有對(duì)節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程控制、喚醒、診斷等功能，即實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)化管理。
• 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互通的能力：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)接入必然存在跨域通信的要求，因此需要完善的尋址技術(shù)，以確保所有節(jié)點(diǎn)的信息都能被準(zhǔn)確、高效、安全地進(jìn)行定位和查詢。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，節(jié)點(diǎn)地址的數(shù)量會(huì)逐漸增大，且其編碼結(jié)構(gòu)與 DNS中的域名結(jié)構(gòu)不同，因此需要有一套與互聯(lián)網(wǎng)不同的尋址技術(shù)以滿足需求。
• 通訊與數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化：網(wǎng)關(guān)必須實(shí)現(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)到傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，將協(xié)議適配層上傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一封裝，將廣域接入層下發(fā)的數(shù)據(jù)解包成標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)命令的解析，之后轉(zhuǎn)換為感知層協(xié)議可以識(shí)別的信號(hào)和控制指令。