面向异构协议兼容的工业互联网平台关键技术研究

该文从工业互联网数据接入和异构协议解析需求出发，分析了我国工业设备种类多、协议多样、难以实现互联的现状，提出了一套解决异构协议兼容问题的工业互联网平台关键技术研究方法，从平台的设备接入、协议解析及组态开发应用进行系统性研究，对协议兼容适配技术、App组态开发技术进行研究和开发，旨在解决我国设备种类多，工业互联网数据采集的应用难题，让工业设备数据上云无忧，为企业数字化转型提供能力支撑，为现在的工业互联网连接和智能化应用发展打下坚实基础。     

面向虚拟私有网的网络设备虚拟化技术

针对边缘设备随着接入的分支机构增多,需处理的公网与私网数据爆增,导致边缘设备负载过重,影响数据的正常交互.为此,分析了产生问题的根源,提出了网络设备虚拟化技术与多协议标签交换与边界网关协议技术相融合的解决方案.为验证方案的可行性,借助实验室设备,搭建了方案所需环境,完成了方案的部署.部署完成后对方案的可用性、数据访问控...     

基于5G多接入边缘计算的云化PLC系统架构设计与应用

随着工业控制系统对柔性化、扁平化的要求不断提升,以PLC为构建基础的传统工业控制网络在大规模接入、算力提升和部署灵活性方面均受到限制.针对这些问题,融合5G网络和边缘计算技术,设计了基于5G多接入边缘计算的云化PLC系统架构,阐述了该架构的运行机制和所涉及的关键技术;在此基础上,进行PLC系统的云化部署和调试,实现了工业现场、企业数据中心、5G网络和边缘网络的集成;最后,通过在某汽车制造公司产线改造过程中的应用,验证了所提架构的有效性.     

工业互联网场景下边缘计算的关键技术探讨

边缘计算由于其算力节点下沉、实时处理能力强等特点,近年来在工业互联网领域被广泛应用.本文将从算网融合、云边协同、网络高可靠性承载方面切入,探讨如何通过边缘计算助力工业互联网发展,推动企业数字化转型.     

面向煤矿井下的多协议融合网关设计

针对现有煤矿安全监测系统中信息传输可靠性差、异构数据融合度低的问题,设计了一款面向煤矿井下的多协议融合网关。该网关可同时接入不同协议类型的传感器,将多源数据以以太网协议数据的形式传输到远程服务器进行信息融合。在该网关中,物理层通过不同协议(RS232、RS485、CAN、ZigBee)传输介质和接口接收终端的数据信息;协议层对不同的数据格式进行解封,得到终端用户原始数据;系统层通过任务管理和通信调度完成多类型设备的接入;应用层设计用户函数和调用内核空间的网络层协议进行数据封装,得到以太网协议格式的数据后不需处理就可传送到上级节点,完成网关多类型协议数据到以太网协议数据的转换传输。测试结果表明,该网关可以实现RS232、RS485、CAN、ZigBee等协议数据转以太网协议数据的透明传输,且传输时延集中在15ms以内,传输数据丢包率低,具有很强的通信可靠性。     

工业控制网络协议与IPv6协议的一种转换方法

在企业自动化系统中,上层企业管理和生产监控大多采用以太网,下层车间现场大多采用现场总线,上下层各自采用不同的网络体系结构和协议.为了远程监控生产现场,实现异构网络的数据通信,需要构建合适的协议转换网关.通过对工业控制网络协议与IPv6协议的研究,提出了异构网络协议转换网关模型,并给出了一种基于中间件技术的工业控制网络与以太网的协议转换网关系统的设计方案,满足了底层工业控制网络与上层管理网络互联的应用要求.     

工业网关分类及关键指标分析

工业互联网的发展,加速了信息技术(IT)和操作技术(OT)的融合进程。但工业互联网标准碎片化和工业企业自动化程度低,已成为阻碍设备互联互通、人机互联的瓶颈。工业数据采集是工业互联网和智能制造的基础,是"两化"融合的先决条件。工业网关作为数据采集、数据转发的重要设备,是实现从边缘侧打通工业互联网最后"一公里"的关键设备。目前,市场上的网关种类繁多,功能、性能良莠不齐,且尚无统一的标准和规范的评价体系,规范工业网关产品本身的接入能力和各项指标。通过对主流工业物联网网关的深入调研,从转发通信方式、转发协议、采集对象等维度对网关进行了分类。同时,提出工业网关设计和应用中应具备的关键指标,并研判了未来发展趋势。该研究为产品研发人员提供了规划化设计指标,为产品标准的建立提供参考,使工业互联更加简单易行。     

面向异构工业任务高并发计算卸载的深度强化学习算法

进入工业4.0时代,大规模互联分布式智能工业设备产生了海量的具有时延敏感和计算负载差异的异构工业任务,终端侧有限的计算能力难以支持任务的实时高效处理.通过工业无线网络将任务卸载到网络边缘侧服务器进行多接入边缘计算成为解决终端侧算力受限问题的一种有效手段.然而,工业无线网络有限的时频资源难以支持大规模分布式工业设备的高并发任务卸载.本文充分考虑异构工业任务高并发计算卸载中有限时频资源约束和建模难的问题,提出一种基于深度强化学习的动态优先级并发接入算法(Deep Reinforcement Learning-based Concurrent Access Algorithm with Dynamic Priority,CADP DRL).该算法首先分析异构工业任务的时延敏感性和计算负载时变性,为工业设备分配不同的优先级,动态地改变工业设备接入信道进行计算卸载的概率.然后,利用Markov决策过程形式化动态优先级高并发计算卸载问题,并采用深度强化学习方法建立高维状态空间下状态到动作的映射关系.针对动态优先级和并发卸载的多目标决策问题,设计了包含优先级奖励和卸载奖励的复合奖励函数.为保证训练数据的独立同分布,同时提高算法收敛速度,提出了带经验权重的经验回放方法.对比实验结果表明,CADP DRL能够快速收敛,实时响应,在实现最小卸载冲突的情况下为高优先级工业设备提供最高的成功卸载概率保证,性能优于slotted-Aloha、DQN、DDQN和D3QN算法.     

通用实物设备接入技术研究与实现

综合试验验证技术正朝着“虚实融合”的方向发展,将实物试验设备接入虚拟试验的支撑平台进行统一试验,成为综合试验验证的一大关键技术;文章提出一种通用的实物设备接人技术,一方面通过用户界面配置,自动生成与实物设备传输协议相匹配的接入网关,解决传输协议异构性问题;另一方面,通过采用嵌入式的硬件协议转换器,实现高效率的实时设备接入;实验证明,该技术具有良好的实时性,协议转换耗时不到1 ms,同时提高了开发效率,节省了应用开发的人力和时间成本,降低了应用人员的技术门槛,为高效可靠地实现“虚实融合”的综合试验验证奠定了基础.     

PlantPAx现场设备集成和资产管理

概述现场设备组件包括接口、仪表、执行器、驱动器和现场设备。通信协议包括DeviceNet、HART、FF和Profibus PA设备。DeviceNet设备DeviceNet网络是一种开放、底层网络,如图1所示,提供了简单工业设备(诸如传感器和执行器)与高层设备(诸如PLC控制器和计算机)之间的连接。DeviceNet网络使用得到验证的公共工业协议(CIP),为工业设备提供了控制、配置和数据采集能力。     

Platform as a service gateway for the Fog of Things

Internet of Things (IoT), one of the key research topics in recent years, together with concepts from Fog Computing, brings rapid advancements in Smart City, Monitoring Systems, industrial control, transportation and other fields. These applications require a reconfigurable sensor architecture that can span multiple scenarios, devices and use cases that allow storage, networking and computational resources to be efficiently used on the edge of the network. There are a number of platforms and gateway architectures that have been proposed to manage these components and enable application deployment. These approaches lack horizontal integration between multiple providers as well as higher order functionalities like load balancing and clustering. This is partly due to the strongly coupled nature of the deployed applications, a lack of abstraction of device communication layers as well as a lock-in for communication protocols. This limitation is a major obstacle for the development of a protocol agnostic application environment that allows for single application to be migrated and to work with multiple peripheral devices with varying protocols from different local gateways. This research looks at existing platforms and their shortcomings as well as proposes a messaging based modular gateway platform that enables clustering of gateways and the abstraction of peripheral communication protocol details. These novelties allow applications to send and receive messages regardless of their deployment location and destination device protocol, creating a more uniform development environment. Furthermore, it results in a more streamlined application development and testing while providing more efficient use of the gateway’s resources. Our evaluation of a prototype for the system shows the need for the migration of resources and the QoS advantages of such a system. The examined use case scenarios show that clustering proves to be an advantage in certain use cases as well as presenting the deployment of a larger testing and control environment through the platform.     

一种工业智能网关技术解决方案

智能制造的基础是工业信息的互联互通,工业智能网关在工业互联中占有重要的地位。给出一种工业智能网关的技术解决方案:以TI公司工业级Sitara处理器以及嵌入式Linux操作系统为核心,通过Sitara芯片上面的协处理器,完成各种工业协议解析;采用OPC UA统一架构,作为OT和IT之间的信息交互统一接口;通过裁剪修改MySQL源代码,使用MySQL作为智能网关的边缘嵌入式存储数据库;通过精简编译PHP源代码及运行环境,在嵌入式环境中开发基于PHP的Web管理软件。工程实践证明,该解决方案简单易行,具有广阔的应用前景。     

边缘计算环境下基于区块链的跨域认证与密钥协商协议

身份认证与密钥协商是接入物联网首先要考虑的安全问题.传统的物联网身份认证是基于"云中心-终端设备"的认证架构.而随着边缘计算技术的引入,认证架构转变为"边缘设备-终端设备"的架构,传统的认证方式不再适用.此外,物联网中存在多个通信域,不同域中的设备之间需要进行跨域间认证与密钥协商.针对以上问题,本文设计了边缘计算环境下...     

利用多路无线传输的并行网关系统

随着移动设备的快速发展,工业应用对无线网络的速度与质量要求越来越高.然而目前无线网络的发展速度缓慢,远远没有满足实际需求.因此针对无线网络传输速度与质量的瓶颈问题,本文提出一种利用多路无线传输的并行网关系统.该系统利用一对并行网关建立多路无线连接,实现以太网帧数据的并行传输,以此提高无线网络的传输速度.并且并行网关之间使用UDT传输协议进行数据传输,以此提高数据的传输质量.     

油田物联网系统边缘计算研究与实践

随着智能传感器和无线通信技术的发展,油田物联网系统提高了现场生产数据采集的频率和生产过程控制的效率,然而现有物联网系统仍然通过位于远程数据中心的计算资源进行数据处理和控制,网络带宽和通信延迟成为严重的瓶颈。通过对物联网系统的边缘层设备应用边缘计算技术,充分利用边缘网关的计算和存储能力,使用孤立森林算法实现异常数据检测和报警规则学习,同时对温度和阀门开关进行逻辑控制,将之前在云端的处理功能下沉在边缘端实现,降低对网络的要求,满足偏远地区油田生产需要。     

工业物联网网关的研究与实现

工业物联网是工业领域的物联网技术,是新一代信息技术的重要组成部分。在工业物联网体系架构中,感知层网络和工业互联网之间需要一个网关设备,实现工业互联网与传感层网络的互联互通。工业物联网网关旨在解决当前感知层网络设备的横向不关联,无法联动控制和统一管理的问题。网关以工业互联网为载体进行信息交换,把分散在各种工业现场的感知网络设备信息进行采集、存储、分析、管理。本文研究了一种工业物联网网关设计及实现方案。该方案设计基于ARM9平台,采用Linux操作系统,集成多种通用工控通讯协议、物联网通讯协议及互联网通讯协议,实现物联网感知层与工业互联网应用层之间的无缝对接。     

基于区块链的边缘计算IIoT架构研究

在智能制造系统中,工业物联网通过先进的管理技术将制造设备互连,实现了信息的实时传输、设备的范在化感知和数据的快速分析处理。但是由于制造设备的异构性、物联网网关（IoT网关）数据分析能力的有限性、制造设备的存储力低下,设备和数据的低安全性等缺陷严重阻碍了智能制造的发展。BEIIoT架构从制造企业的实际生产过程与应用角度出发,将区块链技术与边缘计算相结合,通过对服务器进行P2P组网以实现对设备去中心化管理;通过对边缘设备进行服务化封装,增强设备的安全性与实时分析能力,降低设备的异构性;使用DAG双链式数据存储结构,提高数据的冗余度与安全性,实现生产线数据的异步并发备份存储。BEIIoT架构为智能制造的实施提供了体系支持。     

基于动态网关体系结构的路由技术

移动自组网（MANET）的节点要进行Internet连接,就必须寻找Internet网关。如何寻找和维持与Internet网关的连接是这个问题的关键,再者,就是如何切换到一个更合适的相邻网关。MANET节点接入Internet有两种不同方式,即单一固定网关和多网关模式．文中提出动态网关的体系结构及适应此结构的路由协议（ADHR）,动态网关作为MANET和Internet之间的接口起桥梁作用。仿真结果显示．ADHR路由协议更适合动态网关体系结构下的自组网与Internet互联。     

边缘计算助力工业互联网:架构、应用与挑战

工业互联网通过整合5G通信、人工智能等先进技术,将各类具有感知、控制能力的传感器与控制器融入工业生产过程,来优化产品生产工艺,降低成本,提高生产率.传统的云计算模式由于集中式部署的特点,计算节点通常离智能终端较远,难以满足工业领域对高实时性、低延迟的需求.边缘计算通过将计算、存储与网络等资源下沉到工业网络边缘,可以更加...     

基于边缘计算的物联网技术在智能油气田中的应用研究

在工业物联网(IIoT,Industrial Internet of Things)环境中部署机器学习已成为石油和天然气行业研究最多的课题之一。提出了一种基于边缘计算的智能油气田物联网系统,该系统以边缘计算的机器学习模型为核心,结合智能RTU的采集传输数据,两者相互补充利用。通过卡尔曼滤波器(KF, Kalman Filter)实现对数据的异常值侦测,利用边缘计算对数据安全分析进行了对策研究,完成油气生产的动态在线监测和控制,有效提高油气生产管理的智能化水平,满足智能化气田井场的远程监控要求。