工业互联网的技术特性新时代

工业互联的技术特性

1.对物联层级的不同定义

如果做一个简单的比较，就会发现（工业互联）执行视角的基础架构和（信息领域）物联络结构十分相似，但对层级的划分却有一些不同。

边缘层，一是包括了传感器、驱动器（执行器）、工业设备等终端设备，对应到物联的感知/执行层；二是包括了两种络形式：邻接络、接入络。和物联络层级相比，这两种络的定义、范围略有差异。

邻接络，可以理解为边缘络层，包括了用于局域组的转发节点，提供“就近”服务的边缘计算，以及连接云端的边缘关。两者的差异在于物联终端到边缘转发节点也属于邻接络，但在边缘络层（信息领域）中是不包括这部分的。

接入络，其定义和物联络接入层有较大差异。它主要是指核心（主要是指通信领域的骨干络，例如移动通信的4G Lte/EPC络），是用于接入终端和边缘关的核心络。

虽然在“接入”的理解上工业互联有自己的定义，但是整体上工业互联和其他领域对物联层次的理解差异性并不大。

平台层和服务层共处于服务络之中，可以映射到核心络层的应用部分（不包括核心络）。其中，平台层对应于物联服务平台，而服务层则对应于具体的行业应用。

端系统的概念

工业互联对“接入”有不同的理解，是由于工业领域通常会将工厂内一整套的自动化系统理解为“端”。这种概念，在计算机领域称之为“端系统”，如同“终端”一样的信息化系统。

端系统是在一个区域范围内，由多种边缘设备（传感器、执行器、生产设备（终端）、仪器仪表、边缘络节点、边缘服务器等）组成的系统。例如自动化生产系统，就是在一个工厂空间内，由各类感测器、执行器、控制器等组成的生产流水线。

端系统中的各类络、设备、终端、有着非常紧密的联系，相互间往往采用私有、专用的通信协议进行数据传递，具有紧耦合的结构特性，以此搭建出一个完整、封闭（具有专专用的特征）、自动化的生产应用或服务。除了生产流水线以外，传感器各地太阳能规划一哄而上络(Wireless Sensor Networks, WSN)和rfid应用系统（RFID应用系统包括控制服务器、读写器、电子标签）也都属于端系统。由于采用了专用、私有的通信协议，使得端系统必须作为一个整体来使用，系统中单独一个部件的功能无法被企业或用户正常使用。

从物联的发展趋势来看

，边缘设备的智能会逐步提升，通信接入和组协议也会朝着规范、开放的方向发展，工业的“端系统”会逐渐被分解（系统解耦），边缘络中的终端和节点会逐渐独立出来，以满足自由、灵活的组合。所以，执行视角对络层级的理解，预计会和互联、通信领域的理解进行融合。

当然，仅从字面上纠结“接入”的范围和上下层次，并没太大的实际意义。物联应用是丰富多态的，只有根据实际需求去理解架构层次，才具有价值。

2. 执行视角的递归性

从执行视角自身来看，其架构是具有显著“递归性”的，即络能力和信息处理能力可以相互叠加和组装，实现更加复杂、健壮的信息系统。

例如：

一个小的邻接络可以归属于一个范围更大的邻接络，再连接到平台层（叠加络）；

平台层也可以分为多个层级来实现各类信息化功能（分层服务）；

应用层中各类应用之间可以相互“调用”和“查询”，它们交互信息、相互支持，在不同的行业应用中扮演不同的角色，在各异的业务流程中履行不同职责（能力分工）。

架构中信息能力的组合，是设计者从商业、管理、行业和信息技术等各个方面的统筹考量，可以是一个极度复杂的大系统，也可以“弱水三千、只取一瓢”：只实现最基本的组，使用最基本的功能。

3.执行视角和功能视角的关系

（1）元素（执行视角）与组合（功能视角）的关系

从功能视角来看，在执行视角中的信息处理能力是组成功能视角的元素。功能域中的功能模块，就是执行层中各类技术的组合。

如果一个“功能”是需要对控制域的设备进行操作，则需要从服务层（行业应用）发送指示，经过平台层转换为具体的操作指令，再贯穿两层络（接入络、边缘络），抵达驱动器执行。在这个具体的功能中，涉及了大量（执行视角中）的信息技术和相关设备。但对最终用户来说，只需要知道如何发出“指示”就可以实现对物的远程操控。

功能视角中的“功能”被称为“组件”，功能组件可以理解为一种数字化的“物品”，是在虚拟世界中可见、可以触及的“事物”。组件具有开放、规范的交互接口，结构化的属性和状态，语义化的内在含义。它可以被其它任何应用系统查询、理解、分析和使用，就像球场上的足球，可以被双方22个球员“盘顶扑射”的同时，还能被裁判和数万个现场球迷观看到。在执行视角中，各类终端设备也具有“功能”，但不能称为组件。就像一个温度传及天生的贵族气息感器有感知温度的“功能”，但只有专用系统才能够读取、理解并运用它的测量数据。对其它设备系统来说，它们“看不到”传感器的存在，即使“捕获”传感器的感测数据，也无法理解那一串字符。

功能视角可以将现实物件映射在虚拟世界中（例如数字化双胞胎），也可以将信息化应用（例如某特定行业的大数据分析）映射成标准服务向外提供。

利用功能组件中所包含的元素（功能模块）和组合（多个模块之间形成的结构），能够在信息化、数字化的基础上，实现既灵活、又复杂的应用。这便是功能视角作为工业互联顶层构架的意义所在。

（2） 功能域在络层级（执行视角）中的位置

从整体来看，功能视角中的功能域，在执行视角的路结构中有集中化部署的特性，即某些特定的功能域（功能视角）主要集中在特定的（执行视角中的）络层级中。或者说，“层（执行视角的络层级）”和“域（功能域）”有一定的映射关系，但这种映射关系并不是必然的。

控制域几乎都部署在边缘层中；大部分信息域和操作域的能力落地在平台层中；而企业层主要对应着应用域和业务域。

虽然整体上具备对应关系，但实际情况往往是由特定的行业系统来决定的，并且会随着技术的发展不断变化。

当设备终端是通过接入络直接连接服务平台时，平台层必须具备一定的控制域能力。

如果边缘计算的能力不断增强，更多信息域的功能(数据预处理能力等)自然会迁移到边缘层中，而操作域中包括的资产管理能力也可以部署到边缘层中。

整体来看，随着计算的泛在部署逐渐推进，上层功能域的能力（应用域、业务域的信息处理能力）会更广泛地部署到各个层级中。此外，在实际的行业应用中，不同层级中的功能域需要相互服务和调用：控制域在图像的智能识别上，可能需要信息域提供图像处理的能力；同样需要定位服务的时候，又需要借助应用域提供Google地图这样的服务。所以，执行的“层”和功能的“域”并没有严密的映射关系。

工业互联的初衷在于通过自动化控制系统和信息系统的结合，实现两个核心“主题”：增加边缘的协作自主性；全球化业务贯通增进系统优化。

1.增加边缘的协作自主性

自主性是建立在自动化之上的“智能”。在工业生产的现场，高新传感监测技术的广泛部署，实现高质量的数据采集；利用嵌入式计算来完成实时的复杂逻辑运算和高级数据分析；络互联实现了系统间无缝的信息交互，使得相互合作、协同生产称为可能。“智能”的落地（边缘计算）将成长性赋予了系统，它们可以通过“自学习（机器学习等）”来自建数据分析模型和信息处理工具，不断地优化自身的业务逻辑。

2.全球业务贯通的系统优化

通过跨系统的海量（传感）数据汇聚和“智能”的分析，使得企业的决策系统能够预见未来的业务趋势，洞察新的商业机会。系统将对未来的“洞见”进行“消化”，自主性地形成新的商业策略，并融入业务组件中（例如调整供应商、增加库存、修改产品设计等）。智能化的信息反馈机制，会将“智慧”垂直向下传递到“行为”上：业务组件会根据策略优化应用（组件），改进功能（组件），并最终落实到执行层面（组件）。“感知-智能（策略）-执行”形成了一个持续不止、巨大无比的信息循环，循环中的每一个独立系统，都可以根据自身获取的信息流，来调整自己的工作状态和工作方式，以适应（以预测为依据的）不断变化的商业环境。

Predix是GE的物联平台，定位于工业领域的PAAS（平台及服务）。从Predix中能看到工业互联的架构，也能看到物联平台发展最关键的需求。

1.从功能视角回看GE的Predix

在功能视角中，平台包括有三类功能域：操作域、信息域、应用域。GE作为工业互联平台推进的主力企业，它的Predix（物联平台）即是按照这三类功能域进行构建的。

Predix的PaaS层平台中有五类核心服务：“Assets”（资产）、“Analytics”（分析）、“Data”（数据）、“Security”（安全）、“Operations”（运营）。

Predix 的“服务”具备“域”的各种能力：

资产服务->信息域：工业数据建立“资产模型”、图形化数据库

分析服务->操作域：运营分析和预测分析（工业领域内的应用计算）

数据服务->信息域：引入层（Ingestion）和数据池（Data Lake）功能

安全服务->所有五类功能域：信息安全和安全生产

运营服务->操作域、应用域：“DevOps”和“BizOps”（软件领域）

（Predix的详情可见我此前发表的GE Predix相关文章）

2. GE Predix的荆棘之路

相比工业4.0，工业互联有着比较清晰的信息基础架构，从GE Predix的架构中可以看出工业互联企业努力的方向。

对于工业4.0和工业互联，CPS都是它们构建工业物联的基石，而构建CPS的关键是统一、规范的数字化标准和能力架构。但不幸的是，随着杰夫·伊梅尔特（Jeffrey Immelt）离任GE的CEO一职（2017年下半年），Predix的发展被猛踩了一脚刹车。

由于前几年收购、合并了大量的软件公司，造成Predix自身一直存在大量的异构性问题，数据接口、系统架构、通信协议、数据模型差异巨大。由于一直无法有效整合这些软件系统，致使GE的“登月工程”戛然而止。

在工业物联中，不论是引入CPS系统，还是搭建物联平台服务，最核心的基础目标都是为了消除各领域信息系统的异构性。然而，如果位于应用之下的CPS、平台自身也存在大量的异构问题，那么这就会给企业的“工业革命”带来灾难性的后果。显然，GE雄厚的技术实力也无法解决战略上的判断失误，没有相对统一、明确的内部系统，则无法整合纷乱的外部系统，而形成新的工业生态。

所以，GE的Predix怕是需要推倒重来，才能涅槃重生了！?