2015物聯(lián)網(wǎng)新趨勢：“工業(yè)革命風暴”來襲

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)一詞往往與商業(yè)、工業(yè)和政府環(huán)境內(nèi)的“智能物體”之間的嵌入式機器對機器(M2M)網(wǎng)絡通信相關(guān)聯(lián)。

　　憑借其提供連接物體的實時可見性和控制能力，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡注定將給我們的生活帶來無與倫比的透明度和效率。工業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)的重要應用領(lǐng)域?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能工業(yè)模式正是當前工業(yè)發(fā)展的新熱潮，因此形成的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡也隨之不斷地發(fā)展與完善。

　　目前，雖然專有的通信協(xié)議已在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的網(wǎng)絡通信中長期占據(jù)主導地位，但日益提高的聯(lián)網(wǎng)能力和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的高帶寬需求，已使以太網(wǎng)成為了取代傳統(tǒng)通信協(xié)議阻力最小的升級途徑。以太網(wǎng)及TCP/IP通信技術(shù)在IT行業(yè)獲得了很大的成功，成為IT行業(yè)應用中首選的網(wǎng)絡通信技術(shù)。

　　近年來，由于國際現(xiàn)場總線技術(shù)標準化工作沒有達到人們理想中的結(jié)果，以太網(wǎng)及TCP/IP技術(shù)逐步在工業(yè)自動化中得到應用，并發(fā)展成為一種技術(shù)潮流。

　　以太網(wǎng)在工業(yè)自動化中的應用應該區(qū)分為兩個方面問題，或者說兩個層次的問題。一是工廠自動化技術(shù)與IT技術(shù)結(jié)合，與互連網(wǎng)Internet技術(shù)結(jié)合，成為未來可能的制造業(yè)電子商務技術(shù)、網(wǎng)絡制造技術(shù)雛形。大多數(shù)專家們對自動化技術(shù)這種發(fā)展趨勢給予肯定的評價。

　　另一個方面，即以太網(wǎng)能否在工業(yè)過程控制底層，也就是設備層或稱為現(xiàn)場層廣泛應用?能否成為甚至取代現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術(shù)成為統(tǒng)一的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡標準?這些問題實為目前自動化行業(yè)專家們爭論的熱點。

　　為了充分滿足這些需求，下一代以太網(wǎng)技術(shù)必須發(fā)展演進，并為以下三項關(guān)鍵功能提供原生支持：

　　1)可靠性和確定性性能

　　2)精確的授時和同步

　　3)安全性我們將關(guān)注為什么這些功能是必不可少的，以及它們將如何幫助以太網(wǎng)應對未來工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡將面臨的一些主要挑戰(zhàn)。

　　一個風險游戲：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡要求可靠性和確定性性能在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，采用的自治、對等(peer-to-peer)分布控制，遠比任何消費性物聯(lián)網(wǎng)的要求更高。數(shù)據(jù)采集、記錄和分析不斷且實時發(fā)生。利用能夠比人類更快地處理任務的系統(tǒng)，在無需人工干預的情況下，可靠和安全地運行是至關(guān)重要。

　　例如，倉庫中物料搬運設備可感知沿著傳送帶移動的包裹。它通過RFID標簽或條形碼辨認物料，并基于該信息相應引導該物料到下條傳送帶。通信故障可能潛在性地導致成本增加或威脅人員安全的風險。

　　現(xiàn)在想象一下一個監(jiān)控一座核電站結(jié)構(gòu)性健康的網(wǎng)絡。

　　錯誤檢測和可靠性承擔著更高的代價，因為在這樣環(huán)境中的通信故障可能造成災難性的后果，包括變電站崩潰、環(huán)境污染和死亡。

　　在這些環(huán)境中，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡有嚴格的性能和可靠性要求，包括：

　　(1)容錯能力(2)安全(3)低延遲(4)低功耗無處不在的覆蓋隨著物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡加速其向以太網(wǎng)的過渡，它們可以利用由城域以太網(wǎng)論壇(MetroEthernetForum，MEF)所定義的、標準化的、電信級的服務定義來確定“電信級以太網(wǎng)”。這些標準尤其重要，因為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡不可能承擔在網(wǎng)絡性能、穩(wěn)定性或服務可靠性等方面的妥協(xié)。我們將看到，隨著更多的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡采用以太網(wǎng)，它們將尋求部署高性價比的、電信級的設備，以滿足這些實時需要的、高性能的聯(lián)網(wǎng)服務。

　　授時和同步對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡至關(guān)重要IEEE1588v2精密時間協(xié)議(1588或PTP)將在包括有線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡在內(nèi)的、各種下一代網(wǎng)絡中起到舉足輕重的作用。起源于工業(yè)自動化領(lǐng)域的1588能夠非常準確地授時，可為實時應用提供精確的計時時間(time-of-day，ToD)信息，以及時間戳輸入、調(diào)度和同步輸出。

　　這種能力將最大限度地減少了傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡的性能限制，如“響應時間抖動”等，支持共同完成時間敏感任務的那些完全不同的和分散的智能對象間的實時通信和互動，包括自動流量管理系統(tǒng)和自動駕駛汽車到智能電網(wǎng)管理。以自動流量管理為例。1588可以為與公路和鐵路互連的流量管理系統(tǒng)提供可視性和動態(tài)控制，允許運營商基于客流量靈活調(diào)整時刻表。

　　同樣，在自動駕駛汽車領(lǐng)域內(nèi)，1588可以提供道路實時流量和擁塞數(shù)據(jù)，與自主車輛通信，以實現(xiàn)暢順的交通流量。

　　縱觀智能電網(wǎng)，公用事業(yè)公司可以使用1588來管理分散的能量供應源，如風力發(fā)電機或光伏系統(tǒng)。帶有1588功能的智能電網(wǎng)也可讓公用事業(yè)公司訪問實時負載數(shù)據(jù)，并可以通過迅速控制商業(yè)、工業(yè)和住宅環(huán)境中已有的用電限制系統(tǒng)，幫助他們針對突發(fā)需求高峰穩(wěn)定其電網(wǎng)。

　　展望未來，我們預計帶有1588計時支持的芯片解決方案將得到更廣泛的采用，以滿足這些嚴格的精度要求，以及物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的特定需求，如更小的尺寸和低功耗，并支持擴展的溫度范圍。

　　安全性對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡至關(guān)重要有關(guān)信息安全和保護商業(yè)，工業(yè)基礎(chǔ)設施免受網(wǎng)絡攻擊的意識正在提高。由于以前的閉物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡和智能設備現(xiàn)在要連接到外部世界，準備就緒堅實可靠的安全策略勢在必行。雖然存在眾多的網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)安全模型，我們在本領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注的重點仍是加密功能，因為它是保證網(wǎng)絡安全連接的最有效手段之一。

　　今天常用的一種基于網(wǎng)絡的安全協(xié)議是IPsec。IPsec運行在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議層次結(jié)構(gòu)的第3層(L3)，它可在路由網(wǎng)絡中很好地工作。然而，因為它通常需要嵌入式或?qū)Ｓ玫莫毩⒓用芤妫瑢崿F(xiàn)起來成本很高。工作在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議層次結(jié)構(gòu)的第2層(L2)工作的另一種替代方案是IEEE802.1AE“MACSec”安全標準，它與“KeySec”認證密鑰協(xié)商協(xié)議l802.1af共同使用。

　　雖然今天沒有被廣泛采用，但由于其在L2層可簡便而高性價比地實現(xiàn)，它提供了一個更簡單、更高效、可擴展的選擇。像其他基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡一樣，保護其多個接入點的強大加密功能將對物聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要。由于任何帶有一個IP地址的設備理論上都是脆弱的，連接的“東西”越多，對黑客們可訪問點的數(shù)量就越大。

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)和我們的互聯(lián)世界進一步擴展，任何從工廠網(wǎng)絡到單臺家用電器的東西都將被包括在預計的750億個物聯(lián)網(wǎng)連接之中，使得可擴展的、高性價比的安全技術(shù)變得更為關(guān)鍵。幸運的是，美國國家標準與技術(shù)研究所(NIST)創(chuàng)建了一套最佳實踐，它已成為保護系統(tǒng)免受網(wǎng)絡攻擊的事實標準。

　　我們有望看到，通過遵循下面這些原則，如NIST的FIPS197中描述的AES加密，將成為基于以太網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的基本最低要求。