工業(yè)4.0時代，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（IIoT網(wǎng)關）就是運輸這一寶貴資源的管道。

復雜工業(yè)現(xiàn)場往往面臨多種系統(tǒng)、接口、協(xié)議、軟件、平臺等難以整合對接的問題，而IIoT網(wǎng)關則扮演著連接物理設備和云平臺的橋梁角色，從各種設備收集數(shù)據(jù)進行預處理，然后傳輸?shù)皆贫诉M行進一步分析，從而為企業(yè)實現(xiàn)智能化、自動化和數(shù)據(jù)驅(qū)動決策提供了強有力的支持。

近日，知名研究機構IoT Analytics和 ARC Advisory Group 相繼發(fā)布了有關IIoT網(wǎng)關的分析報告，本文將提煉其中的精華和關鍵結(jié)論。

IIoT網(wǎng)關市場持續(xù)增長

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IoT Analytics發(fā)布的《2023-2027 年物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關市場報告》顯示：

由思科、西門子、研華和MOXA等公司引領的IIoT網(wǎng)關市場從 2021 年到 2022 年實現(xiàn)了加速增長，增長約 14.7%，達到 8.6 億美元（約62億人民幣，占整個物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關市場的 38%）。

IoT Analytics還預計這種增長將至少持續(xù)到 2027 年，推動這種增長的動力來自以下幾點：

• 連接未連接的設備。許多公司正在將其傳統(tǒng)設備升級為帶有傳感器和控制器的設備，這個過程需要使用IIoT網(wǎng)關執(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。

• 軟件應用正在遷移。擁有互聯(lián)設備的公司正在將一些關鍵應用轉(zhuǎn)移到云端，IIoT網(wǎng)關逐漸成為信息進出工業(yè)場所的重要樞紐，甚至一些應用現(xiàn)在也在網(wǎng)關上本地運行。

• 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元件的新型增強型網(wǎng)關可實現(xiàn)更快、更安全的數(shù)據(jù)處理和傳輸。

ARC Advisory Group 的最新報告《IIoT網(wǎng)關和路由器市場研究》同樣指出，隨著邊緣技術的完善、潛在用例的擴展以及試點項目開始規(guī)模化，IIoT網(wǎng)關和路由器的格局正在不斷發(fā)展。

ARC研究副總裁Chantal Polsonetti對此表示：“IIoT網(wǎng)關和路由器是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關鍵推動者，使行業(yè)能夠利用邊緣計算、軟件創(chuàng)新和先進連接的潛力，提高效率、生產(chǎn)力和卓越運營。由專用圖形處理器驅(qū)動的人工智能等增強型邊緣計算應用正在重新強調(diào)硬件能力?！?/span>

另有分析文章指出，IIoT網(wǎng)關市場增長的動力來自于其推動企業(yè)創(chuàng)新的潛力。新式IIoT網(wǎng)關通過集成人工智能 (AI)、機器學習 (ML) 和區(qū)塊鏈等各種技術的平臺，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)能夠探索新的運營模式，創(chuàng)造創(chuàng)新的產(chǎn)品和服務，并重新定義客戶體驗。

IIoT 網(wǎng)關如何橋接 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)領域老生常談的話題，IoT Analytics在報告中指出，IIoT 網(wǎng)關正在成為 IT 和 OT 融合的結(jié)合點。

許多公司運維的傳統(tǒng)設備沒有傳感器或控制設備，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界面或平板電腦，也可能不提供連接選項或使用終端設備（如 IT 服務器或云）的消息傳遞協(xié)議用途。同時，擁有物聯(lián)網(wǎng)設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程IT設備或云)或在傳輸數(shù)據(jù)之前增強本地數(shù)據(jù)計算以實現(xiàn)自動響應。

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

來源：IoT Analytics

1. 傳感器/設備-PLC/IPC-IIoT網(wǎng)關-云

在現(xiàn)有自動化硬件的工業(yè)環(huán)境中，從傳感器/設備到 PLC/IPC到IIoT 網(wǎng)關再到云的架構非常常見?，F(xiàn)場傳感器或執(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，IIoT 網(wǎng)關充當 PLC/IPC 和云端之間的橋梁。

這種架構可能非常強大，但也存在潛在危險。從技術上講，IIoT網(wǎng)關可以配置為遠程訪問PLC/IPC下層的整個架構。雖然這種配置允許任何數(shù)據(jù)在IT和OT之間流動，從而可以實現(xiàn)任何可想象的用例，但它也具有最大的潛在攻擊面(可能是整個設施)，例如在配置了錯誤的安全架構的情況下。

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

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

事實證明，這種架構在多個傳感器集群的場景中非常有效——I/O 模塊主站充當每個傳感器集群的中心節(jié)點，通過 IIoT 網(wǎng)關高效收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫恕?/span>

3. 設備中的傳感器-物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關-云

在從設備中的傳感器到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關再到云的架構中，配備單個或多個板載傳感器的設備直接連接到IIoT網(wǎng)關。這種架構通常部署在使用非獨立物聯(lián)網(wǎng)設備（即無法自行連接到互聯(lián)網(wǎng)的設備）的地方。

4. 傳感器-物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關-云

在從傳感器到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關再到云的架構中，IIoT網(wǎng)關可直接實現(xiàn)傳感器和云服務器之間的連接。例如，當改造資產(chǎn)上的特定傳感器（例如用于狀態(tài)監(jiān)測的傳感器）并希望繞過所有其他現(xiàn)有網(wǎng)絡（不干擾它們并產(chǎn)生新的安全風險）時，可以考慮這種架構。

IIoT 網(wǎng)關功能的“進化”

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隨著 IIoT 網(wǎng)關在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案中變得越來越普遍，它們已經(jīng)能夠為用戶提供更多服務。一般來說，IIoT 網(wǎng)關通常提供 8 項關鍵功能：

• 協(xié)議轉(zhuǎn)換

• 數(shù)據(jù)管理

• 設備管理

• 計算

• 溝通

• 資源管理

• 安全管理

• 管理服務質(zhì)量

隨著IIoT 網(wǎng)關市場的持續(xù)增長，這些功能也得到了進一步的迭代和“進化”。

1.IIoT網(wǎng)關安全管理功能的重要性進一步增強

隨著連接設備數(shù)量的不斷增加，網(wǎng)絡攻擊和未經(jīng)授權訪問的風險變得越來越大——對于希望將工廠設備連接到外部 IT 或云服務器的公司來說尤為如此。為了應對這些風險，IIoT 網(wǎng)關供應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)和標準，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。

值得注意的標準是于 2021 年批準的IEC 62443系列標準，其為不同網(wǎng)絡安全用例定義了不同的安全級別，并規(guī)定了實施并維護電子安全工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)的要求和流程，可以說是衡量工業(yè)網(wǎng)絡安全的準繩。

這套標準已成為許多國家/地區(qū)的強制性技術要求，必維國際檢驗集團網(wǎng)絡安全主管 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)設備的安全級別證明?！?/span>

在IoT Analytics的研究中，IIoT網(wǎng)關公司指出了在其產(chǎn)品中納入安全標準的重要性。Teltronic首席執(zhí)行官 Juan Ferro 表示，“Teltronic將行業(yè)網(wǎng)絡安全風險事件視為改進自身產(chǎn)品和相關流程的機會”，他補充說，先發(fā)制人地采用安全標準使其領先于行業(yè)里的其他公司。

除了標準，IIoT 網(wǎng)關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模塊(例如TPM 2.0)。 例如，Ultratronik 的A1 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關集成了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認證，并采用 TPM 2.0 安全芯片組（英飛凌可信平臺模塊SLM 9670）。

2.IIoT網(wǎng)關趨向于更強的數(shù)據(jù)處理能力

在工業(yè)解決方案中，更強的處理能力有助于公司將數(shù)據(jù)處理和計算移向解決方案的邊緣（更靠近數(shù)據(jù)收集點），從而節(jié)省帶寬和功率，并釋放 IT 和云服務器來管理其他任務。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)關中以促進邊緣計算已成為一種趨勢。

實時處理和自動化數(shù)據(jù)的能力對公司意義重大，正如一位高級副總裁所說：“工業(yè)機器人和許多實時系統(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。”
一個值得注意的例子是研揚科技的AIOT-AVID 物聯(lián)網(wǎng)視頻分析網(wǎng)關，它集成了英特爾的Myriad X 視覺處理單元 (VPU)。

3.IIoT網(wǎng)關對本地數(shù)據(jù)和資源管理的需求增強

本地數(shù)據(jù)存儲有助于實現(xiàn)邊緣數(shù)據(jù)處理。此外，由于網(wǎng)絡連接有限或需要更有效地使用 IT 設備，一些工業(yè)用例可能需要在傳輸?shù)?IT 或云服務器之前對數(shù)據(jù)進行排序和分析。對本地數(shù)據(jù)存儲的需求導致了eMMC閃存和SSD解決方案在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關上的普遍應用。

2022 年中，魯邦通推出了三款基于ARM的 IIoT 網(wǎng)關，具有不同的 DDR 和 eMMC 尺寸，以滿足應用需求。幾個月后，Compulab發(fā)布了IOT-GATE-RPI4，這是一款基于 Raspberry Pi 的 IIoT 網(wǎng)關，可提供高達 128 GB 的 eMMC 內(nèi)存和 mPCIe 插槽，用于將 SSD 存儲擴展至 256 GB。其他示例包括MOXA 的AIG-301 系列IIoT 網(wǎng)關（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)關上部署應用的重要策略

借助集成存儲，可以將應用程序容器化以部署在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關上，包括設備管理軟件。傳統(tǒng)上，在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關上部署應用程序涉及將它們直接安裝在設備的操作系統(tǒng)上，這在可擴展性、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)關上應用程序的部署策略，提供Kubernetes 等平臺和Docker等運行時。這些技術提供了一種創(chuàng)建輕量級且隔離的運行時環(huán)境的方法，其中應用程序可以在各種平臺和環(huán)境中一致運行。

許多網(wǎng)關 OEM 廠商也在構建包含數(shù)百個現(xiàn)成應用程序的應用程序商店，最終用戶可以將這些應用程序部署到其網(wǎng)關（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。

基于部署IIoT網(wǎng)關的眾多優(yōu)勢，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，這是一種用于實時監(jiān)控和預測性維護的本地 IIoT 系統(tǒng)。該解決方案使Vitesco能夠提前24小時預測氣動閥故障，從而減少了裝配停機時間并提高了生產(chǎn)率。

• 降低人工成本：Vitesco 通過 4ZeroBox 應用程序減少了 50% 的人工勞動需求；哥倫比亞鋼鐵制造商Corpacero在與Senzary合作部署用于預測性維護和遠程機器管理的 RotaryIQ 和 InsightsIQ 解決方案后，降低了與維修人工相關的成本。

• 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 Wattics Sentinel 軟件的中央“邊緣節(jié)點”。它連接到當?shù)啬茉措娋W(wǎng)和 Sentinel 網(wǎng)格，促進儀表配置、可靠的數(shù)據(jù)收集、預處理、壓縮和安全通信。

寫在最后

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面對越來越卷的IIoT網(wǎng)關市場，網(wǎng)關供應商如果想要做出差異化競爭優(yōu)勢，可以詢問自己5個關鍵問題：

1. 我們的 IIoT 網(wǎng)關是否符合最新的安全標準？

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數(shù)據(jù)存儲選項來增加計算量，同時減少延遲？

4. 我們應該將邊緣 IIoT 應用程序容器化嗎？如果是這樣，怎么辦？

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

與之相對，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 個關鍵問題：

1. 我們是否評估了各種可用的 IIoT 網(wǎng)關及其對我們整體 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？IIoT 網(wǎng)關可以提供改進嗎？

3. 我們當前的 IIoT 網(wǎng)關是否符合當前的安全標準？如果沒有，我們需要進行哪些更新才能滿足這些標準？

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

5. 我們是否應該利用本地數(shù)據(jù)存儲和容器化應用程序來更好地管理和更新設備？

如果能夠清晰地回答以上問題，IIoT網(wǎng)關的價值才得以真正釋放~