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工業物聯網的三個典型架構
了解IIOT架構，才能更好地實現端到端的集成，才能將邊緣/霧計算、區塊鏈、SDN、5G、機器學習和無線傳感器網絡(WSN)等新興技術用于實現IIOT的可擴展性、互操作性、安全性、隱私性、可靠性和低延遲。
IIoT中的參考架構獨立于特定的技術和標準.它為系統的多個方面提供了結構指導，包括與設備和傳感器交互的標準網絡模型。它還為遠程監控和管理功能提供了云架構服務，并提供了關于該架構支持哪些硬件組件的信息.來自不同組織的專家提出了參考架構，以提供必要的結構，并基于可用的技術轉變行業中的制造流程.三個主要的IIoT參考架構是RAMI 4.0、IIRA和OpenFog RA，下面將詳細介紹。
1. 工業4.0的參考架構模型
工業4.0參考架構模型(RAMI 4.0)，由德國開發，旨在通過DIN SPEC 91345:2016和IEC/PAS 63088:2017的標準化實現制造流程和工業自動化的現代化.在工業3.0中，產品相互隔離，功能與硬件綁定，系統組件跨層級交互。根據工業4.0的RAMI 4.0 RA信息，產品是網絡的一部分，功能分布在整個網絡結構中，參與者可以相互通信，而不考慮系統層級。
在RAMI 4.0中，電子、電氣、機械和信息技術(IT)的國際標準以跨學科的方式參與部署該技術。它基于面向服務的架構(SOA ),通過網絡協議在系統組件之間提供服務，并基于獨立的技術和產品將復雜的任務轉換為簡單的流程
2. 工業互聯網參考架構
國際工業聯盟(IIC)提供了一個通用框架架構模型IIRA，以解決開發IIoT解決方案時對不同應用和標準的支持。IIRA是根據ISO/IEEE/IEC 42010標準改編的，它可以通過以下方式應對工業控制系統的變化：
增加地方合作自主權:它包括提供新技術、計算能力和改進的傳感，這將提供增強的數據準確性，并進一步幫助創建自治系統。
通過全球協調提高系統優化:它包括對收集的傳感器數據使用機器學習的數據分析，以提供關于部署系統的見解，用于系統優化和增強的控制系統。
IIRA是一個三層系統架構，包含邊緣層、平臺層和企業層。經由無線和有線連接連接到邊緣網關的不同節點、設備、傳感器、控制系統和資產形成鄰近網絡。邊緣網關執行設備管理和聚合，然后通過接入網絡將相關數據發送到平臺層。平臺層執行數據轉換、操作和分析；然后通過服務網絡將信息發送到企業級。在企業層，用戶對領域應用進行監控，并通過控制流流程將控制命令發送回平臺層。然后，平臺層將這些信息發送到邊緣層，以執行相關任務。
3. OpenFog參考架構
這種架構方便了研究人員、開發人員、設計人員和行業制造霧計算所需的組件。OpenFog提供了基于Fog即服務(FaaS)的架構模型，通過其與SaaS、PaaS和IaaS的兼容性來解決行業實施問題。OpenFog RA在行業中有許多應用，包括智能車輛和交通控制系統、智能城市、智能建筑等。它旨在提供安全性、認知性、敏捷性、低延遲和效率。此外，OpenFog RA是基于代表實時部署的整體系統模型屬性的八個主要支柱形成的。透視圖突出了RA的橫切特性，而視圖則代表了分層架構的結構方面。視圖組件包含RA中的三個涉眾視圖，即軟件視圖、系統視圖和節點視圖。下圖顯示了OpenFog RA型號。淺綠色的垂直層是RA的透視圖，淺黃色和藍色的層突出了節點視圖和軟件架構視圖，紅色邊框線下的層顯示了系統架構視圖。
4. 三種框架的對比
不同組織給出的參考架構對工業物聯網的開發和實施有不同的方法。RAMI 4.0主要是關于從生產層面到企業層面的制造過程，而IIRA則是關于在部署的系統之間建立通信的工業過程。工業4.0平臺和IIC目前正在合作，通過將RAMI 4.0和IIRA映射在一起，提供一個通用的參考架構.RAMI 4.0通過使用網關在硬件和軟件之間建立通信，而IIRA則為數據的計算和存儲提供邊緣層。OpenFog RA是關于工業應用中的高數據生成和處理用例。OpenFog旨在在行業中的任何垂直集成應用中實施.特定參考架構的選擇取決于部署系統的需求。
5. 工業互聯網的安全與隱私
安全性：由于物聯網是隨著信息技術(IT)和運營技術(oT)的融合而發展的，當前物聯網系統的發展帶來了新的安全挑戰，這些挑戰無法通過使用傳統的物聯網安全機制來解決. IIoT中的安全攻擊大多集中在工業設備、控制系統、網絡上。進一步將對IIoT連接協議的攻擊分為五類：DoS/DDoS攻擊、信息收集、中間人攻擊、注入攻擊和惡意軟件攻擊。
隱私：“隱私是個人或團體控制或影響與他們相關的哪些信息可以被收集、處理和存儲，由誰收集、處理和存儲，以及向誰披露這些信息的權利”.隨著異構設備數量的不斷增加，關注物聯網和物聯網中的數據隱私問題至關重要.文獻中有不同的補救框架來解決IIoT中的安全和隱私問題。霧計算和區塊鏈都有解決IIoT中的安全和隱私問題的潛力。
文獻來源：
Mirani A A, Velasco-Hernandez G, Awasthi A, et al. Key Challenges and Emerging Technologies in Industrial IoT Architectures: A Review[J]. Sensors, 2022, 22(15): 5836.
了解IIOT架構，才能更好地實現端到端的集成，才能將邊緣/霧計算、區塊鏈、SDN、5G、機器學習和無線傳感器網絡(WSN)等新興技術用于實現IIOT的可擴展性、互操作性、安全性、隱私性、可靠性和低延遲。
IIoT中的參考架構獨立于特定的技術和標準.它為系統的多個方面提供了結構指導，包括與設備和傳感器交互的標準網絡模型。它還為遠程監控和管理功能提供了云架構服務，并提供了關于該架構支持哪些硬件組件的信息.來自不同組織的專家提出了參考架構，以提供必要的結構，并基于可用的技術轉變行業中的制造流程.三個主要的IIoT參考架構是RAMI 4.0、IIRA和OpenFog RA，下面將詳細介紹。
1. 工業4.0的參考架構模型
工業4.0參考架構模型(RAMI 4.0)，由德國開發，旨在通過DIN SPEC 91345:2016和IEC/PAS 63088:2017的標準化實現制造流程和工業自動化的現代化.在工業3.0中，產品相互隔離，功能與硬件綁定，系統組件跨層級交互。根據工業4.0的RAMI 4.0 RA信息，產品是網絡的一部分，功能分布在整個網絡結構中，參與者可以相互通信，而不考慮系統層級。
在RAMI 4.0中，電子、電氣、機械和信息技術(IT)的國際標準以跨學科的方式參與部署該技術。它基于面向服務的架構(SOA ),通過網絡協議在系統組件之間提供服務，并基于獨立的技術和產品將復雜的任務轉換為簡單的流程
2. 工業互聯網參考架構
國際工業聯盟(IIC)提供了一個通用框架架構模型IIRA，以解決開發IIoT解決方案時對不同應用和標準的支持。IIRA是根據ISO/IEEE/IEC 42010標準改編的，它可以通過以下方式應對工業控制系統的變化：
增加地方合作自主權:它包括提供新技術、計算能力和改進的傳感，這將提供增強的數據準確性，并進一步幫助創建自治系統。
通過全球協調提高系統優化:它包括對收集的傳感器數據使用機器學習的數據分析，以提供關于部署系統的見解，用于系統優化和增強的控制系統。
IIRA是一個三層系統架構，包含邊緣層、平臺層和企業層。經由無線和有線連接連接到邊緣網關的不同節點、設備、傳感器、控制系統和資產形成鄰近網絡。邊緣網關執行設備管理和聚合，然后通過接入網絡將相關數據發送到平臺層。平臺層執行數據轉換、操作和分析；然后通過服務網絡將信息發送到企業級。在企業層，用戶對領域應用進行監控，并通過控制流流程將控制命令發送回平臺層。然后，平臺層將這些信息發送到邊緣層，以執行相關任務。
這種架構方便了研究人員、開發人員、設計人員和行業制造霧計算所需的組件。OpenFog提供了基于Fog即服務(FaaS)的架構模型，通過其與SaaS、PaaS和IaaS的兼容性來解決行業實施問題。OpenFog RA在行業中有許多應用，包括智能車輛和交通控制系統、智能城市、智能建筑等。它旨在提供安全性、認知性、敏捷性、低延遲和效率。此外，OpenFog RA是基于代表實時部署的整體系統模型屬性的八個主要支柱形成的。透視圖突出了RA的橫切特性，而視圖則代表了分層架構的結構方面。視圖組件包含RA中的三個涉眾視圖，即軟件視圖、系統視圖和節點視圖。下圖顯示了OpenFog RA型號。淺綠色的垂直層是RA的透視圖，淺黃色和藍色的層突出了節點視圖和軟件架構視圖，紅色邊框線下的層顯示了系統架構視圖。
4. 三種框架的對比
不同組織給出的參考架構對工業物聯網的開發和實施有不同的方法。RAMI 4.0主要是關于從生產層面到企業層面的制造過程，而IIRA則是關于在部署的系統之間建立通信的工業過程。工業4.0平臺和IIC目前正在合作，通過將RAMI 4.0和IIRA映射在一起，提供一個通用的參考架構.RAMI 4.0通過使用網關在硬件和軟件之間建立通信，而IIRA則為數據的計算和存儲提供邊緣層。OpenFog RA是關于工業應用中的高數據生成和處理用例。OpenFog旨在在行業中的任何垂直集成應用中實施.特定參考架構的選擇取決于部署系統的需求。
5. 工業互聯網的安全與隱私
安全性：由于物聯網是隨著信息技術(IT)和運營技術(oT)的融合而發展的，當前物聯網系統的發展帶來了新的安全挑戰，這些挑戰無法通過使用傳統的物聯網安全機制來解決. IIoT中的安全攻擊大多集中在工業設備、控制系統、網絡上。進一步將對IIoT連接協議的攻擊分為五類：DoS/DDoS攻擊、信息收集、中間人攻擊、注入攻擊和惡意軟件攻擊。
隱私：“隱私是個人或團體控制或影響與他們相關的哪些信息可以被收集、處理和存儲，由誰收集、處理和存儲，以及向誰披露這些信息的權利”.隨著異構設備數量的不斷增加，關注物聯網和物聯網中的數據隱私問題至關重要.文獻中有不同的補救框架來解決IIoT中的安全和隱私問題。霧計算和區塊鏈都有解決IIoT中的安全和隱私問題的潛力。
文獻來源：
Mirani A A, Velasco-Hernandez G, Awasthi A, et al. Key Challenges and Emerging Technologies in Industrial IoT Architectures: A Review[J]. Sensors, 2022, 22(15): 5836.
