工业互联网体系架构由网络互联、数据互通和标识解析3个部分组成。网络互联实现要素之间的数据传输,数据互通实现要素之间传输信息的相互理解,标识解析实现要素的标记、管理和定位。工业互联网功能视图网络体系框架如图1-9所示。
图1-9 工业互联网功能视图网络体系框架
1. 网络互联
网络互联,即通过有线、无线方式,将工业互联网体系相关的“人、机、物、料、法、环”和企业上下游、智能产品、用户等全要素连接,支撑业务发展的多要素数据转发,实现端到端数据传输。网络互联根据协议层次可以分为多方式接入、网络层转发和传输层传送。
多方式接入包括有线接入和无线接入,通过现场总线、工业以太网、工业PON、TSN等有线方式,以及4G/5G、Wi-Fi/Wi-Fi6、WIA、WirelessHART、ISA100.11a等无线方式,将工厂内的各种要素接入工厂内网,包括人员(如生产人员、设计人员、外部人员)、机器(如装备、办公设备)、材料(如原材料、在制品、制成品)、环境(如仪表、监测设备)等;将工厂外的各要素接入工厂外网,包括用户、协作企业、智能产品、智能工厂,以及公共基础支撑的工业互联网平台、安全系统、标识系统等。
网络层转发实现工业非实时数据转发、工业实时数据转发、网络控制、网络管理等功能。工业非实时数据转发功能主要完成无时延同步要求的采集数据和管理数据的传输。工业实时数据转发功能主要传输生产控制过程中有实时性要求的控制信息和需要实时处理的采集信息。网络控制主要完成路由表/流表生成、路径选择、路由协议互通、访问控制列表(ACL)配置、QoS配置等功能。网络管理功能包括层次化的QoS、拓扑管理、接入管理、资源管理等功能。
传输层的端到端数据传输功能实现基于传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)等实现设备到系统的数据传输。管理功能实现传输层的端口管理、端到端连接管理、安全管理等。
2. 数据互通
数据互通,实现数据和信息在各要素间、各系统间的无缝传递,使异构系统在数据层面能相互“理解”,从而实现数据互操作与信息集成。数据互通包括应用层通信、信息模型和语义互操作等功能。
应用层通信通过OPC UA、MQTT、超文本传输协议(HTTP)等协议,实现数据信息传输安全通道的建立、维持、关闭,以及对支持工业数据资源模型的装备、传感器、远程终端单元、服务器等设备节点进行管理。
信息模型是通过OPC UA、MTConnect、YANG等协议,提供完备、统一的数据对象表达、描述和操作模型。
语义互操作通过OPC UA、PLCopen、AutoML等协议,实现工业数据信息的发现、采集、查询、存储、交互等功能,以及对工业数据信息的请求、响应、发布、订阅等功能。