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包郵 物聯(lián)網(wǎng)技術與應用

作者：鐘良驥
出版社：華中科技大學出版社出版時間：2021-05-01
開本： 16開 頁數(shù)： 236
中 圖 價:¥50.3(8.7折) 定價  ¥58.0 登錄后可看到會員價
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物聯(lián)網(wǎng)技術與應用 版權信息

物聯(lián)網(wǎng)技術與應用 本書特色

本書的主要特點如下：1、物聯(lián)網(wǎng)技術是國家戰(zhàn)略發(fā)展方向：作為一種新技術，是我國未來發(fā)展的重點，人才和技術是關鍵。本書內(nèi)容，有利于培養(yǎng)更多卓越的物聯(lián)網(wǎng)工程師。2、物聯(lián)網(wǎng)技術是傳統(tǒng)行業(yè)的挑戰(zhàn)與機遇：越來越多的企業(yè)產(chǎn)品，需要遠程監(jiān)測、遠程維護、遠程升級等，需要大量的物聯(lián)網(wǎng)從業(yè)人員，而技術源于書本及實踐。3、本書理論+實踐：與其他物聯(lián)網(wǎng)的書籍不同的是，本書的理論源于實踐的抽象；而實踐內(nèi)容源于項目開發(fā)本身。4、本書編排：由淺入深，從易到難，從硬件到軟件，盡可能詳細介紹物聯(lián)網(wǎng)應用設計的每個關鍵點，讓讀者學習本書內(nèi)容，就能入手物聯(lián)網(wǎng)應用設計。

物聯(lián)網(wǎng)技術與應用 內(nèi)容簡介

物聯(lián)網(wǎng)源自互聯(lián)網(wǎng)，如果說互聯(lián)網(wǎng)解決的是人與人的交流問題，那么物聯(lián)網(wǎng)解決的是人與物的交互問題。物聯(lián)網(wǎng)技術是一種新方法和新路徑，并融合互聯(lián)網(wǎng)領域的一些軟硬件技術，讓人們更加科學、高效、快捷地認識物理世界，給人類工作和生活帶來舒適與方便。本書由淺入深地講述物聯(lián)網(wǎng)技術應用開發(fā)的全過程，共11章，從物聯(lián)網(wǎng)的理論架構到應用開發(fā)，從感知及控制層、網(wǎng)絡層、平臺服務層到應用服務層，分別講述單片機技術、通信技術、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關技術、MQTT協(xié)議、時序數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)分析與處理、物聯(lián)網(wǎng)云平臺開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化等內(nèi)容。本書不僅適合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)、計算機專業(yè)、電子信息專業(yè)、自動化專業(yè)等多個專業(yè)的師生閱讀，而且可以作為企業(yè)工程師了解設備上云的參考資料，還可以用作物聯(lián)網(wǎng)愛好者的入門讀物。

物聯(lián)網(wǎng)技術與應用 目錄

第1章物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概述(1)
1.1物聯(lián)網(wǎng)技術的意義(3)
1.2物聯(lián)網(wǎng)的體系結構(4)
1.3物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術(6)
1.4如何學習物聯(lián)網(wǎng)(7)
第2章物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式技術(9)
2.1嵌入式聯(lián)網(wǎng)的重要意義(11)
2.2嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)(13)
2.3傳統(tǒng)設備與物聯(lián)網(wǎng)(15)
第3章傳感器是物聯(lián)網(wǎng)觸角(19)
3.1傳感器簡述(21)
3.2無線傳感器網(wǎng)絡(25)
3.3傳感器數(shù)據(jù)融合(32)
3.4案例分析——無人駕駛(33)
第4章物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關與邊緣計算(35)
4.1傳統(tǒng)網(wǎng)關與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(37)
4.2深入學習物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(40)
4.3物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關與邊緣計算(47)
第5章物聯(lián)網(wǎng)與通信技術(53)
5.1通 信 概 述(55)
5.2物聯(lián)網(wǎng)與有線通信(57)
5.3物聯(lián)網(wǎng)與無線通信(61)
5.4物聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)透傳(63)
第6章物聯(lián)網(wǎng)與MQTT協(xié)議(69)
6.1MQTT協(xié)議概述(71)
6.2MQTT系統(tǒng)組成(72)
6.3物聯(lián)網(wǎng)與消息中間件(80)
第7章物聯(lián)網(wǎng)與時間序列數(shù)據(jù)(93)
7.1物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)概述(95)
7.2時序數(shù)據(jù)庫(98)
7.3物聯(lián)網(wǎng)與時序數(shù)據(jù)庫(104)
第8章大數(shù)據(jù)分析與處理(113)
8.1傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析(115)
8.2大數(shù)據(jù)分析(118)
8.3物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析(127)
第9章物聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)可視化(135)
9.1數(shù)據(jù)可視化(137)
9.2物聯(lián)網(wǎng)與前端開發(fā)(141)
9.3物聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)大屏(148)
第10章物聯(lián)網(wǎng)云平臺(157)
10.1物聯(lián)網(wǎng)云平臺概述(159)
10.2技術選型(164)
10.3開發(fā)流程(167)
10.4系統(tǒng)測試(180)
第11章行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(193)
11.1家居物聯(lián)網(wǎng)(195)
11.2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(200)
11.3農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(208)
11.4醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)(213)
附錄物聯(lián)網(wǎng)名詞術語(221)
參考文獻(227)
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物聯(lián)網(wǎng)技術與應用 節(jié)選

11.2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 工業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)應用的重要領域。具有環(huán)境感知能力的各類終端、基于泛在技術的計算模式、移動通信等不斷融入工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，可大幅提高制造效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和資源消耗，將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能工業(yè)的新階段。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術優(yōu)勢明顯，如圖114所示。 圖114 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術優(yōu)勢當前，全球第四次工業(yè)革命孕育興起與我國制造業(yè)轉型升級形成歷史性交匯，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術與工業(yè)制造技術深度融合，推動生產(chǎn)制造模式、產(chǎn)業(yè)組織方式、商業(yè)運行機制發(fā)生顛覆式創(chuàng)新，催生融合發(fā)展的新技術、新產(chǎn)品、新模式、新業(yè)態(tài)，為工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展打造新動能、開辟新道路、拓展新邊界。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，通過實現(xiàn)人、機、物的全面互聯(lián)，構建起全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈全面連接的新型工業(yè)生產(chǎn)制造和服務體系，成為支撐第四次工業(yè)革命的基礎設施，對未來工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生全方位、深層次、革命性影響。加快發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不僅是各國順應產(chǎn)業(yè)發(fā)展大勢，搶占產(chǎn)業(yè)未來制高點的戰(zhàn)略選擇，而且是推動制造業(yè)質(zhì)量變革、效率變革和動力變革，實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的客觀要求。 從國際來看，發(fā)達國家政府紛紛加快推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設，如美國在先進制造國家戰(zhàn)略中將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為重點發(fā)展方向，德國工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略也將推進網(wǎng)絡化制造作為核心。GE、西門子、達索、PTC 等國際巨頭也紛紛布局工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，并將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為探索數(shù)字化轉型、提升行業(yè)服務能力、構建長期發(fā)展競爭力的關鍵。總體來看，美國、歐洲和亞太地區(qū)是當前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展的焦點地區(qū)，全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺市場持續(xù)呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢。 我國平臺發(fā)展取得顯著進展，平臺應用水平得到明顯提升，多層次系統(tǒng)化平臺體系初步形成。全國各類型平臺數(shù)量總計已有數(shù)百家之多，如航天云網(wǎng)、海爾、寶信軟件、石化盈科、樹根互聯(lián)、徐工、TCL、中聯(lián)重科、富士康、優(yōu)也、昆侖數(shù)據(jù)、黑湖科技等。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的中國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)細分市場需求與投資機會分析報告統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2012年我國物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領域需求規(guī)模已達730億元，2014年我國物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領域需求規(guī)模突破千億元。截止至2017年，我國物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領域需求規(guī)模增長至2 354億元左右，較2016年增長30.49%，2018年我國物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領域需求規(guī)模達到3 072億元。 11.2.1 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)概述 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺是基于云計算和大數(shù)據(jù)的工業(yè)領域的行業(yè)平臺，對下能接入多種行業(yè)終端，對上支持多種行業(yè)應用，通過工業(yè)物聯(lián)大數(shù)據(jù)平臺，把各種垂直的物聯(lián)網(wǎng)應用整合成一個扁平的應用體系。除滿足不同設備快速接入要求外，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺還提供如智能分析、數(shù)據(jù)挖掘、機器學習、可視化組件等多種應用服務，使開發(fā)者即使不了解物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術也能快速、低成本地開發(fā)出專業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應用、大數(shù)據(jù)應用，共同建設應用生態(tài)圈。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括云平臺和硬件設備，其中物聯(lián)網(wǎng)云平臺包括工業(yè)邊緣、工業(yè)數(shù)據(jù)建模、工業(yè)數(shù)據(jù)管理與分析和工業(yè)PaaS與應用開發(fā)，系統(tǒng)結構如圖115所示。 圖115 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結構1. 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)定義 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術的研究是一個跨學科的工程，涉及自動化、通信、計算機以及管理科學等領域。它有著物聯(lián)網(wǎng)技術的共性，也有行業(yè)技術的特色。 1) 傳感器 價格低廉、性能良好的傳感器是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的基石，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求使用更準確、更智能、更高效以及兼容性更強的傳感器技術。智能數(shù)據(jù)采集技術是傳感器技術發(fā)展的一個新方向。信息的泛在化對工業(yè)傳感器和傳感裝置提出了更高的要求，具體如下。 (1) 微型化：元器件微型化，要求節(jié)約資源與能源。 (2) 智能化：具備自校準、自診斷、自學習、自決策、自適應和自組織等人工智能。 (3) 低功耗與能量獲取技術：供電方式為電池、陽光、風、溫度、振動等多種方式。 2) 網(wǎng)絡技術 網(wǎng)絡是構成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心之一，數(shù)據(jù)在系統(tǒng)不同的層次之間通過網(wǎng)絡進行傳輸。網(wǎng)絡分為有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡。有線網(wǎng)絡一般應用于數(shù)據(jù)處理中心的集群服務器、工廠內(nèi)部的局域網(wǎng)以及部分現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡中，能提供高速率、高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸通道。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡技術是一種新興的利用無線網(wǎng)絡技術進行傳感器組網(wǎng)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g。無線網(wǎng)絡技術的應用可以使得工業(yè)傳感器的布線成本大大降低，有利于傳感器功能的擴展，因此吸引了國內(nèi)外眾多企業(yè)和科研機構的關注。 傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡技術較為成熟，在眾多場合已得到了應用驗證。無線網(wǎng)絡技術應用于工業(yè)環(huán)境時，會面臨如下問題：工業(yè)現(xiàn)場強電磁干擾、開放的無線環(huán)境讓工業(yè)機器更容易受到攻擊威脅、部分控制數(shù)據(jù)需要實時傳輸。相對于有線網(wǎng)絡，工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡技術正處在發(fā)展階段，它解決了傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡技術應用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境時的不足，提供了高可靠性、高實時性以及高安全性，主要技術包括自適應跳頻、確定性通信資源調(diào)度、無線路由、低開銷高精度時間同步、網(wǎng)絡分層數(shù)據(jù)加密、網(wǎng)絡異常監(jiān)視與報警以及設備入網(wǎng)鑒權等。 3) 通信協(xié)議 在大多數(shù)情況下，企業(yè)會基于現(xiàn)有的工業(yè)系統(tǒng)建造工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，如何實現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中所用的傳感器能夠與原有設備已應用的傳感器相兼容是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)推廣所面臨的問題之一。傳感器的兼容主要指數(shù)據(jù)格式的兼容與通信協(xié)議的兼容，兼容的關鍵是標準的統(tǒng)一。目前，工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡中普遍采用的如Profibus、Modus協(xié)議，已經(jīng)較好地解決了兼容性問題，大多數(shù)工業(yè)設備生產(chǎn)廠商基于這些協(xié)議開發(fā)了各類傳感器、控制器等。近年來，隨著工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡應用日漸普遍，當前工業(yè)無線的WirelessHART、ISA100．11a以及WIAPA3大標準均兼容了IEEE 802.15.4無線網(wǎng)絡協(xié)議，并提供了隧道傳輸機制兼容現(xiàn)有的通信協(xié)議，豐富了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組成與功能。 4) 數(shù)據(jù)分析 工業(yè)信息出現(xiàn)爆炸式增長，工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來說是一個挑戰(zhàn)，如何有效地處理、分析、記錄這些數(shù)據(jù)，提煉出對工業(yè)生產(chǎn)有指導性建議的結果，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心所在，也是難點所在。 當前業(yè)界大數(shù)據(jù)處理技術有很多，如SAP的BW系統(tǒng)在一定程度上解決了大數(shù)據(jù)給企業(yè)生產(chǎn)運營帶來的問題。數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)挖掘技術的發(fā)展也使海量信息處理變得更為智能、高效。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)泛在感知的特點使得人也成為被感知的對象，通過對環(huán)境數(shù)據(jù)的分析以及用戶行為的建模，可以實現(xiàn)生產(chǎn)設計、制造、管理過程中人與人、人與機和機與機之間的行為、環(huán)境和狀態(tài)感知，更加真實地反映出工業(yè)生產(chǎn)過程中的細節(jié)變化，以便得出更準確的分析結果。 5) 安全技術 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全主要涉及數(shù)據(jù)采集安全、網(wǎng)絡傳輸安全等過程，信息安全對于企業(yè)運營起到關鍵作用。例如，在冶金、煤炭、石油等行業(yè)采集數(shù)據(jù)需要工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)長時間地連續(xù)運行，保證在數(shù)據(jù)采集以及傳輸過程中信息的準確無誤是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用于實際生產(chǎn)的前提。 2. 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用主要集中在供應鏈管理、生產(chǎn)過程工藝優(yōu)化、生產(chǎn)設備監(jiān)控管理、環(huán)保監(jiān)測及能源管理、工業(yè)安全生產(chǎn)管理等場景，主要實現(xiàn)制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、精細化、個性化、智能化等發(fā)展目標，功能示意圖如圖116所示。 圖116 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用1) 制造業(yè)供應鏈管理 企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術，能及時掌握原材料采購、庫存、銷售等信息，通過大數(shù)據(jù)分析還能預測原材料的價格趨向、供求關系等，有助于完善和優(yōu)化供應鏈管理體系，提高供應鏈效率，降低成本。空中客車通過在供應鏈體系中應用傳感網(wǎng)絡技術，構建了全球制造業(yè)中規(guī)模*大、效率*高的供應鏈體系。 2) 生產(chǎn)過程工藝優(yōu)化 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的泛在感知特性提高了生產(chǎn)線過程檢測、實時參數(shù)采集、材料消耗監(jiān)測的能力和水平，通過對數(shù)據(jù)的分析處理可以實現(xiàn)智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護，提高生產(chǎn)力，降低能源消耗。鋼鐵企業(yè)應用各種傳感器和通信網(wǎng)絡，在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)了對加工產(chǎn)品的寬度、厚度、溫度的實時監(jiān)控，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化了生產(chǎn)流程。 3) 生產(chǎn)設備監(jiān)控管理 利用傳感技術對生產(chǎn)設備進行健康監(jiān)控，可以及時跟蹤生產(chǎn)過程中各個工業(yè)機器設備的使用情況，通過網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)匯聚到設備生產(chǎn)商的數(shù)據(jù)分析中心進行處理，能有效地進行機器故障診斷、預測，快速、精確地定位故障原因，提高維護效率，降低維護成本。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通過傳感器和網(wǎng)絡對設備進行在線監(jiān)測和實時監(jiān)控，提供設備維護和故障診斷的解決方案。 4) 環(huán)保監(jiān)測及能源管理 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保設備的融合可以實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理環(huán)節(jié)關鍵指標的實時監(jiān)控。在化工、輕工、火電廠等企業(yè)部署傳感器網(wǎng)絡，不僅可以實時監(jiān)測企業(yè)排污數(shù)據(jù)，而且可以通過智能化的數(shù)據(jù)報警及時發(fā)現(xiàn)排污異常，并停止相應的生產(chǎn)過程，防止突發(fā)性環(huán)境污染事故發(fā)生。電信運營商已開始推廣基于物聯(lián)網(wǎng)的污染治理實時監(jiān)測解決方案。 5) 工業(yè)安全生產(chǎn)管理 安全生產(chǎn)是現(xiàn)代化工業(yè)中的重中之重。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術通過把傳感器安裝到礦山設備、油氣管道、礦工設備等危險作業(yè)環(huán)境中，可以實時監(jiān)測作業(yè)人員、設備機器以及周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息，全方位獲取生產(chǎn)環(huán)境中的安全要素，將現(xiàn)有的網(wǎng)絡監(jiān)管平臺提升為系統(tǒng)、開放、多元的綜合網(wǎng)絡監(jiān)管平臺，有效保障了工業(yè)生產(chǎn)安全。 3. 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術路線 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實施有四個階段，即智能感知控制階段、全面互聯(lián)互通階段、深度數(shù)據(jù)應用階段和創(chuàng)新服務模式階段。 1) 智能感知控制階段 在智能感知控制階段，利用基于末端的智能感知技術(傳感器技術、REID技術、無線傳感器網(wǎng)絡技術等)隨時、隨地進行工業(yè)數(shù)據(jù)的采集和設備控制的智能化。 2) 全面互聯(lián)互通階段 在全面互聯(lián)互通階段，通過多種通信網(wǎng)絡互聯(lián)互通手段(工業(yè)網(wǎng)關、短距離無線通信、低功耗廣域網(wǎng)和OPC UA等)整合信息化共性技術和行業(yè)特征，將采集到的數(shù)據(jù)實時、安全、高效地傳遞出去。 3) 深度數(shù)據(jù)應用階段 在深度數(shù)據(jù)應用階段，利用云計算、大數(shù)據(jù)等相關技術，對數(shù)據(jù)進行建模、分析和優(yōu)化，實現(xiàn)多源異構數(shù)據(jù)的深度開發(fā)應用，從數(shù)據(jù)倉庫中提取隱藏的預測性信息，挖掘出數(shù)據(jù)間潛在的關系，快速而準確地找出有價值的信息，有效提高系統(tǒng)的決策支持能力。 4) 創(chuàng)新服務模式階段 在創(chuàng)新服務模式階段，利用信息管理、智能終端和平臺集成等技術，提供定制服務、增值服務、運維服務、升級服務、培訓服務、咨詢服務和實施服務等，廣泛應用于智能工廠、智能交通、工藝流程再造、環(huán)境監(jiān)測、遠程維護、設備租賃等物聯(lián)網(wǎng)應用示范領域，全方位構建工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新的服務模式生態(tài)圈，提升產(chǎn)業(yè)價值，優(yōu)化服務資源。 11.2.2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)由智能硬件設備、邊緣計算網(wǎng)關、云平臺套件，以及大數(shù)據(jù)智能分析服務組成，通過智能采控終端采集設備將各種數(shù)據(jù)上傳到云平臺，并對數(shù)據(jù)進行存儲、整理、分析，通過智能應用系統(tǒng)實現(xiàn)時時在線監(jiān)控、記錄、查詢、統(tǒng)計、分析、修改、報警等操作，實現(xiàn)遠程智能化管理，提高企業(yè)智能化管理水平。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構如圖117所示。 圖117 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構從感知及控制層、網(wǎng)絡層、平臺服務層到應用服務層，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有著行業(yè)自身的特點。 1. 數(shù)據(jù)感知 感知及控制層面有三個信息來源渠道，分別是傳統(tǒng)信息系統(tǒng)、web系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。 1) 傳統(tǒng)系統(tǒng) 傳統(tǒng)信息系統(tǒng)采集的信息往往具有較高的價值。一方面原因是傳統(tǒng)信息系統(tǒng)采集的往往是結構化數(shù)據(jù)，易于統(tǒng)計和分析；另一方面原因是傳統(tǒng)信息系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)往往是比較重要的數(shù)據(jù)，對后續(xù)的數(shù)據(jù)分析有重要的參考價值。傳統(tǒng)信息系統(tǒng)包含的內(nèi)容比較廣泛，如常見的ERP系統(tǒng)。對于企業(yè)來說，傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的建設應該是信息化建設的**步。 2) web系統(tǒng) 隨著web應用的普及，尤其是web2.0的普及應用之后，整個web系統(tǒng)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)也是大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)來源之一。web系統(tǒng)的數(shù)據(jù)具備幾個典型的特點，如數(shù)量大、結構多樣性、真假難辨等，這就需要通過數(shù)據(jù)分析來進一步挖掘潛在的價值。 3) 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 與傳統(tǒng)信息系統(tǒng)和web系統(tǒng)不同，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)大部分是非結構化數(shù)據(jù)和半結構化數(shù)據(jù)，主要是各類硬件設備接入數(shù)據(jù)，如圖118所示。這些數(shù)據(jù)需要采用特定處理方式進行處理。比較常見的處理方式包括批處理和流處理。 圖118 物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)接入2. 泛在連接 泛在連接是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的前提。工業(yè)資源通過有線或無線的方式彼此連接或將互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)，形成便捷、高效的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息通道，實現(xiàn)工業(yè)資源數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，拓展了機器與人、機器與環(huán)境之間連接的廣度與深度。 物聯(lián)網(wǎng)信息傳遞依托有線、無線等介質(zhì)進行數(shù)據(jù)傳輸。當前移動互聯(lián)技術更多被用于實現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)倪^程中。通信傳輸介質(zhì)包括有線、無線兩種類型，其中無線協(xié)議有LoRa、NBIoT、eMTC、WirelessHART、WIAPA、ISA100等，這些協(xié)議分為兩大類。 (1) 低功耗短距離通信技術，如IEEE 802.15.4，節(jié)點間傳輸距離短(小于100 m)，多跳路由協(xié)議CTP、RPL、LLN。 (2) 低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)，代表性技術NBIoT、LoRa、eMTC、SigFox等具有發(fā)展前景，但未必可以取代已有的技術。針對室外大范圍部署，LPWAN是一個很好的解決方案。NBIoT是基于LTE的改進版本，具有技術成熟、可以復用已有基站的好處。LoRa需要部署LoRa基站，但也適用于智慧園區(qū)等場景中，而且LoRa技術開放程度更高，更容易進行二次開發(fā)。 3. 數(shù)字建模 數(shù)字建模是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術之一。數(shù)字建模將工業(yè)資源映射到數(shù)字空間中，在虛擬的世界里模擬工業(yè)生產(chǎn)流程，借助數(shù)字空間強大的信息處理能力，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程全要素的抽象建模，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實體產(chǎn)業(yè)鏈運行提供有效的決策。 海量工業(yè)數(shù)據(jù)分析、發(fā)展趨勢預測及可視化呈現(xiàn)功能，提升工業(yè)數(shù)據(jù)價值洞察力。通過對工業(yè)資源數(shù)據(jù)進行處理、分析和存儲，可以形成有效的、可繼承的知識庫、模型庫和資源庫，面向工業(yè)資源制造原料、制造過程、制造工藝和制造環(huán)境，進行不斷迭代優(yōu)化，達到*優(yōu)目標。 4. 上層應用 1) 實時分析 實時分析是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的手段。針對所感知的工業(yè)資源數(shù)據(jù)，通過技術分析手段，在數(shù)字空間中進行實時處理，獲取工業(yè)資源狀態(tài)在虛擬空間和現(xiàn)實空間的內(nèi)在聯(lián)系，將抽象的數(shù)據(jù)進一步直觀化和可視化，完成對外部物理實體的實時響應。 2) 精準控制 精準控制是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的目的。通過工業(yè)資源的狀態(tài)感知、信息互聯(lián)、數(shù)字建模和實時分析等過程，基于虛擬空間形成的決策，轉換成工業(yè)資源實體可以理解的控制命令，進行實際操作，實現(xiàn)工業(yè)資源精準的信息交互和無間隙協(xié)作。 3) 其他業(yè)務 眾所周知，數(shù)據(jù)和業(yè)務的整合可以提供更好的管理與服務，如原材料采購、生產(chǎn)中的故障診斷、流水線優(yōu)化、節(jié)能減排、遠程售后、財務分析、新營銷業(yè)務等，不但支持單純的物聯(lián)網(wǎng)技術，還支持傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品服務。 11.2.3 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是一個系統(tǒng)工程，目前還沒有誰能夠提供全鏈路的技術支撐，它需要有一個生態(tài)圈。我們需要了解云平臺、硬件、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)集成等多個方面的資源，掌握這些信息本身是一種知識。 1. 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺需要部署在公有云或混合云上。因此，云計算廠商提供的計算、網(wǎng)絡、存儲、物聯(lián)網(wǎng)、機器學習、數(shù)據(jù)分析、安全等服務很重要。在這個領域主要的廠商有亞馬遜、GE、西門子、Bosch、阿里巴巴、微軟、IBM、華為、Oracle、Rackspace、Heroku等。 亞馬遜AWS尤為突出，它提供的物聯(lián)網(wǎng)平臺成為行業(yè)風向標。AWS 物聯(lián)網(wǎng)使連接了internet 的設備能夠連接到 AWS 云，并使云中的應用程序能夠與連接了internet的設備進行交互。常見的物聯(lián)網(wǎng)應用程序可從設備收集和處理遙測數(shù)據(jù)，或者令用戶能夠遠程控制設備。AWS 物聯(lián)網(wǎng) SiteWise 提供可在常見工業(yè)網(wǎng)關上運行的網(wǎng)關軟件。該軟件通過 OPC UA 協(xié)議直接從服務器和歷史記錄讀取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲在 AWS 物聯(lián)網(wǎng) Analytics 中針對時間優(yōu)化的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。AWS 物聯(lián)網(wǎng) SiteWise 提供了資產(chǎn)建模框架，可用于從數(shù)據(jù)構建資產(chǎn)、流程和設施的表現(xiàn)形式。AWS 物聯(lián)網(wǎng) SiteWise 視圖實質(zhì)上是可執(zhí)行的可視化儀表板。 2. 數(shù)據(jù)分析 無論物聯(lián)網(wǎng)與哪個傳統(tǒng)行業(yè)結合，數(shù)據(jù)分析始終是關鍵所在。數(shù)據(jù)應用的需求不一樣，需要解決的問題有差異，數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)建模的目標會大為不同。這個領域的先進企業(yè)有亞馬遜、FogHorn、PTC、MathWorks、Rigado、SAP、西門子、Splunk、SAS、Tulip、Uptake、TIBCO等。 3. 硬件支持 1) 芯片技術 在工業(yè)現(xiàn)場，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的硬件基礎是物聯(lián)網(wǎng)芯片和物聯(lián)網(wǎng)核心板。有了這些，才可以開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關和數(shù)據(jù)分析硬件等。主要的物聯(lián)網(wǎng)芯片行業(yè)巨頭有ARM、TSMC、Nvidia、Intel、Infineon、高通、NXP等。 2) 傳感器 工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集離不開各種傳感器和執(zhí)行器。一些重要的傳感器廠商有ABB、Bosch、Festo、KEYENCE、Toshiba、Libelium、ublox。 3) 網(wǎng)關技術 除了芯片和傳感器技術外，工業(yè)網(wǎng)關也是業(yè)界一直在努力突破的重點。邊緣計算是工業(yè)網(wǎng)關的終極目標，對硬件、軟件、數(shù)據(jù)分析都有著很高的要求。目前，工業(yè)網(wǎng)關技術較為突出的企業(yè)有ABB、研華、戴爾、思科、Belden、CODESYS、Digi、ProSoft、映翰通、華為、Moxa、Telit、西肯麥、Eurotech、ADLINK、NEXCOM、Systech等。 4. 系統(tǒng)集成 傳統(tǒng)制造型企業(yè)不僅有對生產(chǎn)設備或產(chǎn)品的監(jiān)控、運維、故障診斷、遠程升級等功能需求，還包括企業(yè)其他信息系統(tǒng)的對接，如對ERP、CRM、MES、EAM、IM等系統(tǒng)進行集成。這個領域的系統(tǒng)集成商產(chǎn)品非常豐富，業(yè)界知名企業(yè)有埃森哲、IBM、Infosys、德勤、Cognizant、Callisto、Kalypso、金蝶、用友等。 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈如圖119所示。 圖119 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將在智能感知階段實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，在互聯(lián)互通階段實現(xiàn)數(shù)據(jù)標準化，在數(shù)據(jù)融合階段實現(xiàn)決策系統(tǒng)化，*終助推工業(yè)制造領域生產(chǎn)方式、運維方式、商業(yè)模式、服務模式等的改進，實現(xiàn)全方位產(chǎn)業(yè)升級。

物聯(lián)網(wǎng)技術與應用 作者簡介

鐘良驥，生于1981年11月，副教授，武漢大學碩士畢業(yè)，咸寧市物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)中心主任，2016年入選“湖北省全國萬名優(yōu)秀創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導師”。主要研究領域是行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)應用；主持10個科研項目，其中省部級3項，市廳級7項；參與項目5項，其中*1項。主持企業(yè)合作項目4項，參與橫向項目2項。申報專利12項，其中發(fā)明專利5項；已授權專利7項，其中發(fā)明專利1項。申報軟著3項，已授權3項。近三年，發(fā)表科研論文13篇，其中SCI、EI收錄3篇；中文核心3篇；教研論文4篇、主編教材5部，參編1部。徐斌，1975年8月生，博士，副教授。現(xiàn)為湖北科技學院計算機科學與技術學院院長。研究方向：目前主要從事智能數(shù)據(jù)分析、智慧校園、教育信息化、信息檢索、數(shù)據(jù)庫應用等方面的研究。同時承擔本科生的教學任務。科研成果：作為主要成員參與國家自然科學基金項目1項，國家社會科學基金重大計劃招標項目1項，主持省級及市廳級項目5項，主持橫向項目3項，已授權發(fā)明專利2項。在國際國內(nèi)重要的學術期刊與會議上發(fā)表論文被SCI、EI論文收錄多篇。胡文杰 ，男，碩士，副教授，咸寧市人工智能學習應用工程研究中心主任，近幾年，主持省市課題5項，公開發(fā)表論文15篇，主編和參編教材6本，實用新型專利4項，軟件著作權2項。

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