物聯(lián)網(wǎng)這一術語通常指的是網(wǎng)絡連接和計算能力擴展到通常不被認為是計算機的設備、傳感器和日常用品的情況，允許這些東西(設備)在最少的人工干預下生成、交換和消費數(shù)據(jù)。不過，并沒有單一的、普遍的定義。

• 支持技術：將計算機、傳感器和網(wǎng)絡結合起來以監(jiān)控設備的概念已經(jīng)存在了幾十年。然而，最近幾個技術市場趨勢的融合正在使物聯(lián)網(wǎng)更接近于廣泛的現(xiàn)實。這些包括無處不在的連接、基于IP網(wǎng)絡的廣泛采用、計算經(jīng)濟學、小型化、數(shù)據(jù)分析的進步以及云計算的興起。
• 網(wǎng)絡連接模式：物聯(lián)網(wǎng)實施使用不同的技術通信模式，每個模式都有自己的特點。網(wǎng)際網(wǎng)絡架構委員會(IAB)描述的四種常見通信模式包括：設備到設備、設備到云、設備到網(wǎng)關和后端數(shù)據(jù)共享。這些模式突出了物聯(lián)網(wǎng)設備連接方式的靈活性，并為用戶提供價值。
• 變革潛力：如果對物聯(lián)網(wǎng)的預測和趨勢成為現(xiàn)實，它可能會迫使人們思考其對現(xiàn)實世界帶來的影響和問題，在這個世界上，與互聯(lián)網(wǎng)最常見的互動來自與連網(wǎng)對象的被動接觸，而不是與連網(wǎng)對象的主動接觸。主動接觸的潛在實現(xiàn)——“超級連接的世界”——證明了互聯(lián)網(wǎng)架構本身的通用性質，它不會對能夠利用該技術的應用程序或服務施加固有限制。

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一、戰(zhàn)略領域

1. 安全

雖然安全考慮因素在IT環(huán)境中并不新鮮，但許多物聯(lián)網(wǎng)實施的屬性帶來了新的獨特安全挑戰(zhàn)。應對這些挑戰(zhàn)并確保物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和服務的安全必須是一個優(yōu)先事項。用戶需要相信物聯(lián)網(wǎng)設備和相關數(shù)據(jù)服務是安全的，不會受到黑客威脅，尤其是隨著這項技術變得越來越普及并融入我們的日常生活。安全性差的物聯(lián)網(wǎng)設備和服務可以作為網(wǎng)絡威脅的潛在入口，并使數(shù)據(jù)流得不到充分保護，從而使用戶數(shù)據(jù)暴露于盜竊行為中。

物聯(lián)網(wǎng)設備的互聯(lián)特性意味著，每一個不安全的在線連網(wǎng)設備都有可能影響全球互聯(lián)網(wǎng)的安全性和彈性。這一挑戰(zhàn)因其他因素而加劇，如物聯(lián)網(wǎng)設備的大規(guī)模部署、某些設備自動連接到其他設備的能力以及將這些設備部署在不安全環(huán)境中的可能性。

原則上，物聯(lián)網(wǎng)設備和系統(tǒng)的開發(fā)人員有義務確保他們不會使用戶和互聯(lián)網(wǎng)本身受到潛在傷害。因此，需要一種安全的協(xié)作方法來制定有效和適當?shù)慕鉀Q方案，以應對物聯(lián)網(wǎng)安全挑戰(zhàn)，這些方案非常適合問題的規(guī)模性和復雜性。

2. 隱私

物聯(lián)網(wǎng)的全部潛力取決于在廣泛的期望中尊重個人隱私的策略。物聯(lián)網(wǎng)設備提供的數(shù)據(jù)流和用戶特異性可以為物聯(lián)網(wǎng)用戶帶來難以置信的獨特價值，但對隱私和潛在危害的擔憂可能阻礙物聯(lián)網(wǎng)的全面采用。這意味著隱私權和對用戶隱私期望的尊重是確保用戶對互聯(lián)網(wǎng)、連網(wǎng)設備和相關服務的信任和信心所不可或缺的。

3. 互操作性/標準

專有物聯(lián)網(wǎng)技術實施的分散環(huán)境將抑制用戶和行業(yè)的價值及其發(fā)展。雖然產(chǎn)品和服務之間的完全互操作性并不總是可行或必要，但如果存在集成不靈活、所有權復雜性高以及對供應商鎖定的擔憂，購買者可能會對購買物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和服務猶豫不決。

此外，設計和配置不當?shù)奈锫?lián)網(wǎng)設備可能會對其連接的網(wǎng)絡資源和更廣泛的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生負面影響。適當?shù)臉藴?、參考模型和實踐也將有助于抑制可能以破壞方式進入互聯(lián)網(wǎng)的設備的擴散。

4. 法律、監(jiān)管和權利

物聯(lián)網(wǎng)設備的使用引發(fā)了許多新的監(jiān)管和法律問題，也放大了互聯(lián)網(wǎng)上現(xiàn)有的法律問題。這些問題涉及面廣，而且物聯(lián)網(wǎng)技術的快速變化速度往往超過相關政策、法律和監(jiān)管機構的適應能力。雖然法律和監(jiān)管方面的挑戰(zhàn)范圍廣泛且復雜，但采用互聯(lián)網(wǎng)社會指導原則，即提高用戶的連接、發(fā)言、創(chuàng)新、共享、選擇和信任能力，是制定物聯(lián)網(wǎng)法律和法規(guī)的核心考慮因素。

5. 新興經(jīng)濟和發(fā)展問題

物聯(lián)網(wǎng)為新興經(jīng)濟體和發(fā)展中經(jīng)濟體帶來了巨大的社會和經(jīng)濟利益。這包括可持續(xù)農(nóng)業(yè)、水質和使用、醫(yī)療保健、工業(yè)化和環(huán)境管理等領域。因此，物聯(lián)網(wǎng)有望成為實現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標的工具。

物聯(lián)網(wǎng)挑戰(zhàn)的廣泛范圍并非工業(yè)化國家所獨有。發(fā)展中地區(qū)也需要做出回應，以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的潛在利益。此外，還需要解決在欠發(fā)達地區(qū)實施的獨特需求和挑戰(zhàn)，包括基礎設施準備、市場和投資激勵、技術技能要求和政策資源。

物聯(lián)網(wǎng)正在發(fā)生。它承諾提供一個革命性的、完全連接的“智能”世界，因為物體、環(huán)境和個人之間的關系正變得更加緊密。然而，為了實現(xiàn)個人、社會和經(jīng)濟的潛在利益，需要考慮和解決與物聯(lián)網(wǎng)相關的問題和挑戰(zhàn)。

二、數(shù)據(jù)網(wǎng)關

在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，生產(chǎn)線的自動化系統(tǒng)一般采用以 PLC 為主要節(jié)點的控制、通信網(wǎng)絡，最常用的是現(xiàn)場總線協(xié)議;同時在企業(yè)的管理經(jīng)營系統(tǒng)一般采用計算機為主要節(jié)點的通信網(wǎng)絡，以 TCP/IP 協(xié)議為主，如何實現(xiàn)不同應用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信，打通不同通信協(xié)議間的數(shù)據(jù)通路，對數(shù)據(jù)進行分析、存儲、轉發(fā)等功能，如生產(chǎn)指示快速下達和生產(chǎn)狀態(tài)的快速發(fā)布，從而提升企業(yè)管理生產(chǎn)效率，是數(shù)據(jù)網(wǎng)關技術出現(xiàn)和發(fā)展的客觀要求。

數(shù)據(jù)網(wǎng)關的作用就是連接不同的通信系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，所以首先要對不同系統(tǒng)進行物理連接，在物理連接的基礎上，再根據(jù)不同系統(tǒng)的通信協(xié)議，利用協(xié)議允許的接口進行軟件連接，通過數(shù)據(jù)接收、提取、發(fā)送的過程實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉發(fā)。

數(shù)據(jù)網(wǎng)關的基本功能是進行不同通信協(xié)議間內(nèi)容的翻譯轉換，但是對這個過程中的數(shù)據(jù)如何進行處理，或者如何使用這些數(shù)據(jù)，決定了數(shù)據(jù)網(wǎng)關的應用。根據(jù)對數(shù)據(jù)處理方式的不同，可將數(shù)據(jù)網(wǎng)關分成普通數(shù)據(jù)網(wǎng)關和專用數(shù)據(jù)網(wǎng)關兩種。

1. 普通數(shù)據(jù)網(wǎng)關

該型數(shù)據(jù)網(wǎng)關以數(shù)據(jù)傳輸功能為主，對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)只進行簡單處理，如有效性過濾、存儲、重新組織等。最典型的應用是控制系統(tǒng)中的操作上位機系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線或者其它方式接入控制系統(tǒng)，將采集到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)(一般是 TCP/IP 協(xié)議)發(fā)送至操作員上位機，在控制畫面上顯示相應狀態(tài)，同時又將上位機發(fā)出的操作指令發(fā)送給現(xiàn)場 PLC 等控制器，實現(xiàn)了現(xiàn)場設備通信系統(tǒng)與人工操作通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連通。在這個典型中難以找到具體的數(shù)據(jù)網(wǎng)關，實際上是由操作上位機集成了數(shù)據(jù)轉換的功能，充當了數(shù)據(jù)網(wǎng)關的角色。除此以外，本世紀開始廣泛應用的 ERP、MES、ASP 等先進的管理系統(tǒng)，與生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)實現(xiàn)信息互通，這需要進行大量的數(shù)據(jù)組織、存儲、轉發(fā)等，就更加需要使用數(shù)據(jù)網(wǎng)關作為主要的信息橋梁和中轉站。

配置了數(shù)據(jù)網(wǎng)關，整個系統(tǒng)就具備了以下功能：

• 生產(chǎn)數(shù)據(jù)、狀態(tài)的實時存儲。通過數(shù)據(jù)庫可以保存長期歷史數(shù)據(jù)，方便進行生產(chǎn)過程分析和質量追溯。
• 生產(chǎn)狀態(tài)實時上報、發(fā)布。管理者可以根據(jù)實時數(shù)據(jù)高效的制定生產(chǎn)計劃;營銷人員可以及時的跟蹤訂單生產(chǎn)，反饋客戶。
• 生產(chǎn)指令的快速下達。MES、ERP 等生產(chǎn)計劃信息可以快速的下發(fā)到生產(chǎn)線，實現(xiàn)訂單的快速響應，縮短交貨時間。
• 增強系統(tǒng)穩(wěn)定性。全線操作站聯(lián)網(wǎng)，每個操作站都可以了解全線的生產(chǎn)情況，且互相備用，必要時可以互相替代操作。
• 提高生產(chǎn)自動化水平。方便增加過程控制、智能控制等專用計算設備，彌補普通PLC 不具備的智能計算、大數(shù)據(jù)量計算等功能，使生產(chǎn)更加精細，產(chǎn)品質量得以提高。

2. 專用數(shù)據(jù)網(wǎng)關

與普通型相比，該型不僅具有數(shù)據(jù)存儲、轉發(fā)等數(shù)據(jù)網(wǎng)關的基本功能，特點是將其它高級的功能也進行了集成，構成了基于數(shù)據(jù)網(wǎng)關技術的專用設備，目前主要有以下幾種：

• 信息發(fā)布數(shù)據(jù)網(wǎng)關 該型數(shù)據(jù)網(wǎng)關集成了 web 發(fā)布功能， 通過有線或者無線接口直接接入 internet，方便用戶在任何地方通過互聯(lián)網(wǎng)獲得實時生產(chǎn)信息。為了保證正常生產(chǎn)不被干擾，可以通過硬件或軟件進行數(shù)據(jù)隔離，保證數(shù)據(jù)流為單向，如采用硬件隔離技術可以做到完全隔離。
• 過程控制數(shù)據(jù)網(wǎng)關 該型除了數(shù)據(jù)網(wǎng)關基本功能，主要功能是數(shù)據(jù)計算，主要通過軟件實現(xiàn)，對生產(chǎn)系統(tǒng)特別是單一復雜設備進行高級控制，彌補 PLC 等現(xiàn)場控制器對數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)調用、復雜算法實現(xiàn)困難等功能上的不足，從而提高生產(chǎn)的自動化水平。
• 信息存儲數(shù)據(jù)網(wǎng)關 該型主要功能是數(shù)據(jù)存儲，在本地建立數(shù)據(jù)庫，將接收的數(shù)據(jù)進行長期存儲，并具備多種組織和查詢接口，以方便進行生產(chǎn)流程優(yōu)化和質量追溯。

三、數(shù)據(jù)網(wǎng)關與信息技術的融合

信息技術如云技術、物聯(lián)網(wǎng)技術等的出現(xiàn)大都基于互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，而數(shù)據(jù)網(wǎng)關的連通不同通信網(wǎng)絡的特性恰恰為這些新技術應用到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提供了支撐。

1. 數(shù)據(jù)網(wǎng)關與云計算

通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關，把生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送給企業(yè)研發(fā)、質量中心，甚至專業(yè)的數(shù)據(jù)分析中心，利用“外腦”強大的計算能力和信息資源，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行全方位、深層次的分析，進而得到更高效的生產(chǎn)工藝參數(shù)指導，從而提升產(chǎn)品質量，優(yōu)化生產(chǎn)流程。在僅投入少量硬件的條件下，就具備了獲得專業(yè)海量數(shù)據(jù)分析計算的能力，實現(xiàn)了低成本、高效益的兼顧。

2. 數(shù)據(jù)網(wǎng)關與移動互聯(lián)終端

通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時發(fā)送至企業(yè)決策者的移動互聯(lián)終端，使之可以隨時根據(jù)市場變化制定生產(chǎn)策略，實現(xiàn)效益更大化;將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時發(fā)送至外地銷售經(jīng)理的移動互聯(lián)終端，使之可以隨時跟蹤訂單情況，反饋客戶，并可以隨時將新的客戶需求傳達到生產(chǎn)線，及時優(yōu)化訂單計劃，達到降低生產(chǎn)成本，縮短交貨周期的效果。

3. 數(shù)據(jù)網(wǎng)關與物聯(lián)網(wǎng)技術

通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關，將生產(chǎn)線狀態(tài)與原材料、輔助材料、成品等物流信息整合，整體分析各個流程，確定調度方案，實現(xiàn)資源的高效利用，實現(xiàn)即時生產(chǎn)、減少中間環(huán)節(jié)、降低庫存、節(jié)約物流成本的目標。

物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關或者說智能網(wǎng)關主要實現(xiàn)以下三個功能：

• 感知網(wǎng)絡接入的能力：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關首先是具有對各節(jié)點屬性、狀態(tài)等信息的獲取功能，即可以感知各節(jié)點的實時狀態(tài)。其次是具有對節(jié)點的遠程控制、喚醒、診斷等功能，即實現(xiàn)節(jié)點的自動化管理。
• 異構網(wǎng)絡互通的能力：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關接入必然存在跨域通信的要求，因此需要完善的尋址技術，以確保所有節(jié)點的信息都能被準確、高效、安全地進行定位和查詢。隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展，節(jié)點地址的數(shù)量會逐漸增大，且其編碼結構與 DNS中的域名結構不同，因此需要有一套與互聯(lián)網(wǎng)不同的尋址技術以滿足需求。
• 通訊與數(shù)據(jù)格式標準化：網(wǎng)關必須實現(xiàn)傳感網(wǎng)絡到傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡的協(xié)議轉換，將協(xié)議適配層上傳輸?shù)臉藴矢袷綌?shù)據(jù)進行統(tǒng)一封裝，將廣域接入層下發(fā)的數(shù)據(jù)解包成標準格式數(shù)據(jù)，實現(xiàn)命令的解析，之后轉換為感知層協(xié)議可以識別的信號和控制指令。