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工业物联网联盟与平台发展趋势

导读: 正因工业制造领域架构庞大复杂,加上需整合的范围广,许多厂商开始组成联盟来推动市场变革,从运作架构、技术框架、安全防护与开发环境进行协议整合。这些联盟代表的不仅是标准或制度,更代表产业将塑造新的生态系,也因此联盟发展至关重要,将大幅影响未来整个工业制造领域的走向和体系。

工业物联网联盟发展现况自GE提出工业互联网(Industry of Internet)与“1%的威力”,以及德国工业4.0引入虚实整合系统(Cyber Physical System,CPS)概念后,结合网络和物物相联的工业物联网(IIoT)成为热门议题。相较于工业4.0是整体制造架构的革新,IIoT更着重提升跨工业领域的兼容性与安全性。但工业制造领域涵盖层面广泛,各类设备、技术协议与信息系统非常繁杂,加上技术汰换率较低,许多旧技术仍在在线运作,降低各设备间的沟通兼容性。因此,当物物相联的需求来临时,高难度的整合议题成为一大挑战。

正因工业制造领域架构庞大复杂,加上需整合的范围广,许多厂商开始组成联盟来推动市场变革,从运作架构、技术框架、安全防护与开发环境进行协议整合。这些联盟代表的不仅是标准或制度,更代表产业将塑造新的生态系,也因此联盟发展至关重要,将大幅影响未来整个工业制造领域的走向和体系。

以下将介绍Industrial Internet Consortium(后文皆称IIC)与AVnu Alliance两大联盟,分别代表两大工业物联网主轴。

IIC:建立完整框架

IIC为AT&T、Cisco、GE、IBM与Intel于2014年共同成立的工业物联网联盟,目前已有240家会员,如软件平台厂商PTC、机电大厂ABB、云端厂商Microsoft、测试厂商National Instrument、传统制造大厂Siemens与芯片厂商Qualcomm,生态系相当完整。

同时简化科技以降低相互连接的困难度,并以联盟形式逐步影响各组织制定标准的流程和走向,进而提供测试场域,让创新技术与商业模式得以实行。

在架构演进上,IIC在2015年于柏林发布工业网络参考架构(Industrial Internet Reference Architecture,后皆称IIRA),针对跨工业领域会遇到的安全隐私、联机与互操作性问题制定架构,让现存标准或未来可能出现的新标准能统一在此安全架构下运作。

IIC也与不同联盟合作,如2015年3月与物联网组织OIC(现已改为OCF,并与AllSeen合并)结盟,透过技术互通与信息分享,兼容于彼此的参考架构和开发框架。2016年则与工业4.0平台(Industrie 4.0)达成合作意向,其中IIC着重跨工业领域的集成,包括能源、医疗、制造、运输与公共领域等,而Industrie 4.0则聚焦工业制造。

在资安方面,IIC也于2016年9月底发布IIRA第一版安全协议(Industrial Internet of Things,Volume G4:Security Framework,IISF),是由芯片制造商、设备开发商与终端用户共同订定。如何顺利相连又不影响既有功能、不受外在侵入或干扰,或在不受到外在威胁的情况下增加预测功能(通常是透过连接云端)都是考虑重点。

AVnu Alliance:

建置底层通讯技术

AVnu Alliance是由Broadcom、Cisco、Harman、Intel与Xilinx等厂商于2009年成立,主要进行音频视讯桥接(Audio Video Bridging,AVB)与时效性网络(Time-Sensitive Networking,TSN)的标准制定和认证服务,其中TSN主打工业以太网通讯,致力于实现利用单一网络技术来整合工业环境中OT(Operations Technology)和IT(Information Technology)间的沟通。

TSN是根据以太网络IEEE 802标准制定,明订不同以太网络层和功能需求,并确保装置间的互操作性,且能将目前100Mbit/s等级的工业以太网络传输速率大幅提升10倍以上至Gbit/s等级传输量,足以支持工业4.0时代的各类应用,如工业大数据、云端运算、自动化、人工智能、机器人3D打印等。

目前工业物联网许多应用如机器视觉、3D扫描与电力分析等在进阶感测应用上有一定困难,主要原因就是受限于网络带宽资源紧绷,而TSN将会纳入标准的以太网络速率,包括目前使用中的1Gb、10Gb与400Gb,并支持全双工通讯,有望满足上述应用的带宽需求。

此外,TSN优先处理快速系统响应和闭回路控制应用所需的低延迟通讯作业,等级可达到数十微秒的传输时间,以及数十毫微秒的节点时间同步效能。为确保高时效传输效率,TSN还可透过自动化设定提供高稳定的数据路径,借助封包复制与合并完成路径备援,大幅减少数据遗失、延迟与同步上的困难。

TSN希望能整合OT和IT架构,以及时效性和非时效性数据,并依照应用需求有效调整,但TSN属于底层通讯技术,若要采用新的底层技术须考虑厂商的接受程度,因此TSN沿用标准的以太网络组件和IT传输作业,承袭既有的以太网络特性,如HTTP接口和网络服务等。

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参与TSN标准订定和测试的厂商不乏许多大厂,2016年3月以National Instrument为首,联合工业物联网联盟IIC,以及Bosch Rexroth、Cisco、Intel、KUKA、Schneider Electric与TTTech等共同开发TSN测试平台。未来IIC内的厂商都能以TSN进行底层技术的升级,大幅提升TSN在市场的接受度和可用性。


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