工业互联网网关功能全面解析

2022-01-17 08:50:04 admin 736

 工业互联网网关用于在支持不同协议的网络之间进行接口。在 IT 和 OT 世界中,网关使许多不同的驻留架构和协议之间的通信成为可能。他们重新打包和转换从一个网络到另一个网络的数据,以便可以理解信息。

工业互联网网关功能

网关可能包含协议转换器、阻抗匹配设备、速率转换器、故障隔离器或信号转换器等功能,以提供系统互操作性。本报告涵盖的工业网关用于将联网设备(无论是否基于 IP)接入基于 IP 的网络,并可能接入工业互联网。

随着工业互联网的出现,工业网关的功能范围正在扩大。历史上主要被归类为简单的协议转换,具有标准操作系统的远程可编程微处理器网关平台的出现以及托管 IIoT 平台代理和驻留应用程序的能力极大地扩展了网关的功能配置文件。

由于关注作为工业互联网边缘基础设施设备的潜在用途,该报告特别关注支持基于 IP 的网络的网关。这不包括在从属和主控级别仅支持基于非 IP 的网络的网关,包括许多将非基于 IP 的、通常是串行自动化网络相互连接的网关。工业网络网关

ARC 进一步排除了基于以太网网络协议连接到 PLC 背板的网络接口卡。例如,不包括设计用于基于 EtherNet/IP 的 PLC 背板的网络接口卡。

网络路由器和交换机通常包含在网关范围内,但此类产品明确排除在本报告之外,并包含在单独的 ARC 网络基础设施可交付成果中。媒体转换器、设备服务器和专用协议转换器同样被排除在外。

IIoT 与自动化网关

为了捕捉工业网关的新兴功能范围,该分析将传统的自动化协议转换设备与新型 IIoT 网关设备区分开来。简而言之,出于分析的目的,自动化网关被认为是那些在架构堆栈的较低级别运行并强调协议转换的网关。

另一方面,IIoT 或“云”网关的区别在于它们强调将设备数据提供给云或工业互联网的其他组件。差异化因素包括使用标准微处理器和操作系统,如英特尔物联网平台,以及对具象状态传输 (REST) API、消息队列遥测传输 (MQTT) 和其他物联网数据集成和传输协议的支持。OPC UA(统一架构)也可用于此目的。

在工业互联网的早期,许多供应商提供其网关设备和他们自己的私有云之间的集成。示例包括带有 Netbiter 及其 Argos Cloud 的 HMS Industrial Networks,以及 Digi International 及其 Device Cloud。这些产品以及其他类似产品都包含在 IIoT 类别中。

最新的 IIoT 网关支持能够在边缘执行的更高级别 IIoT 平台的组件。这些网关简化了边缘和云之间的接口,并进一步支持边缘应用程序的执行,例如分析。这些边缘平台代理的示例包括 GE 的 Predix Machine,它位于其现场代理网关和合作伙伴设备中,以及思科的非捆绑 IOx 平台驻留在其 8x9 系列路由器和合作伙伴产品中。

工业互联网网关类型

本报告从所服务的从属网络和主控网络的角度介绍了网关市场。由于对工业互联网应用的重视,所有的主网络必须是基于IP的,不包括串行和其他非IP主网络。按网络类型划分的类别包括:

  • 无线从设备到以太网主设备(任何类型的无线网络,包括 Wi-Fi、WirelessHART 或蓝牙等个人区域网络)

  • 其他从站到以太网主站(通常是串行自动化网络)

  • 无线从属到无线主控(同样可以是任何类型的无线,但通常是蓝牙或等同于 Wi-Fi)

  • 蜂窝(蜂窝网络的任何类型的从属设备)

工业互联网网关 CPU 架构

中央处理单元 (CPU) 是基于微处理器的网关内的电子电路或“芯片”,它执行基本的算术、逻辑、控制和输入/输出 (I/O) 操作。英特尔、ARM 和飞思卡尔是最受欢迎的工业网关芯片供应商。

工业互联网网关操作系统

操作系统 (OS) 管理计算机硬件和软件资源,并为应用程序提供通用服务。由于必须能够在网关中执行的边缘驻留应用程序的趋势,操作系统是工业网关领域的重要区别因素。Linux 目前是 IIoT 网关提供商中最受欢迎的操作系统,但 Windows 10 正在成为另一种选择,尤其是在那些使用微软 Azure 云的客户中。

工业互联网网关IPv6 支持

互联网上的每台设备都分配有一个 IP 地址,用于识别和定位。Internet 协议版本 6 (IPv6) 提供了更大容量的地址空间,用于识别和定位联网计算机并通过 Internet 路由流量。

128 位 IPv6 是由 Internet 工程任务组 (IETF) 开发的,当时它的前身 IPv4 下可用的地址数量显然即将耗尽。这两种协议并非设计为可互操作的,但存在软件和产品以允许主机和支持各自协议的接口之间进行通信。

在撰写本文时,大多数工业网络不支持 IPv6。然而,许多新的 IIoT 网关确实如此。

蜂窝网关的速度

无线蜂窝网络通过固定位置的收发器(称为小区站点或基站)运行。单个蜂窝站点提供对有限区域的覆盖,而蜂窝站点网络提供对大地理区域的覆盖。由于个人手机的使用,大多数人都知道蜂窝网络,但蜂窝网络也广泛用于远程监控和管理各种设备。

大多数工业蜂窝网关目前在 3G 或 4G LTE 上运行。4G 一词是指蜂窝网络的第四代数据技术。首字母缩略词 LTE 代表长期演进,是手机和其他移动设备高速数据的技术流程的缩写。新的 LTE M 技术专为互联网通信而设计。

支持工业网络协议的以太网网关

将从属网络连接到以太网骨干网的网关可以支持一种可用的工业以太网网络协议。存在许多这样的协议,但目前大多数设备支持

工业网络协议设计用于 EtherNet/IP 或 PROFINET。

工业网关外形

外形尺寸是指网关的大小、形状和物理占用空间。许多工业网络边缘设备以 DIN 导轨或机架/面板安装形式出售。嵌入在无风扇工业 PC 或 HMI 等终端设备中的网关是另一种选择。在后一类中,仅包括由同时销售独立设备的供应商销售的嵌入式网关。仅销售嵌入式产品的供应商被排除在本研究之外。

工业网关危险场所分类

I 类危险场所是指空气中可能存在足够数量的易燃气体或蒸气而导致爆炸或点燃的场所。II 类场所含有可燃粉尘。III 类位置是存在可燃纤维或碎屑的区域,这取决于所处理、存储或加工的材料类型。

除了危险场所的类型外,美国国家电气规范 (NEC) 还关注存在这些危险的条件类型。NEC 已将正常条件指定为 1 区和异常 2 区。I 类、II 类和 III 类危险场所可以是 1 区或 2 区。

工业网关环境评级

工业环境可能含有灰尘和液体。可能需要保护设备以防止这些污染物进入。美国使用国家电气制造商协会 (NEMA) 的环境评级。欧洲和其他全球地区使用国际电工委员会 (IEC) 环境标准和“IP 代码”。

IP20 至 IP40 等级类似于 NEMA 1(通风)通用规范。IP65 类似于 NEMA 4 的防尘防滴规格。IP67 类似于 NEMA 6 防尘和防水规范。ARC 对不符合上述 IEC 分类之一的设备使用“其他”分类。

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