工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集 課件 第三課時(shí) 認(rèn)識(shí)工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)

第三課時(shí)

認(rèn)識(shí)工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集（初級(jí)）講師：XXX202X.XX.XX網(wǎng)關(guān)的概念02工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的優(yōu)勢(shì)03CONTENTS目錄邊緣計(jì)算01素質(zhì)目標(biāo)：1.

養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度；2.

感受科技發(fā)展、樹(shù)立積極學(xué)習(xí)態(tài)度。知識(shí)目標(biāo)：1.

了解邊緣設(shè)備的含義；2.

知道網(wǎng)關(guān)的概念；3.

知道工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的優(yōu)勢(shì)；4.

知道工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的主要類型。能力目標(biāo)：1.

能夠正確描述工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的優(yōu)勢(shì)；2.

能夠?qū)I(yè)智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行準(zhǔn)確的分類。請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察下面兩種邊緣設(shè)備，并查閱資料，小組思考討論，說(shuō)說(shuō)路由器和網(wǎng)關(guān)的作用以及區(qū)別，并將思考討論結(jié)果寫在課本空白處。學(xué)習(xí)目標(biāo)創(chuàng)設(shè)情景路由器工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)1邊緣計(jì)算PartOne1.1邊緣計(jì)算的概念邊緣計(jì)算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力為一體的開(kāi)放平臺(tái)，就近提供最近端服務(wù)。其應(yīng)用程序在邊緣側(cè)發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，滿足行業(yè)在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的基本需求。邊緣計(jì)算處于物理實(shí)體和工業(yè)連接之間，或處于物理實(shí)體的頂端。而云端計(jì)算，仍然可以訪問(wèn)邊緣計(jì)算的歷史數(shù)據(jù)。概念學(xué)習(xí)1.2邊緣計(jì)算的引申邊緣計(jì)算通過(guò)在終端設(shè)備和云之間引入邊緣設(shè)備，包括路由器、網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)、特定邊緣服務(wù)器等，并將云服務(wù)擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)邊緣。這些邊緣節(jié)點(diǎn)廣泛分布在終端設(shè)備和云層之間。例如房間內(nèi)、咖啡館、街道上、購(gòu)物中心等。它們能夠?qū)K端設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)和上傳。邊緣計(jì)算模型具有3個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：（1）在網(wǎng)絡(luò)邊緣處理大量臨時(shí)數(shù)據(jù)，不再全部上傳云端，這極大地減輕了網(wǎng)絡(luò)帶寬和數(shù)據(jù)中心功耗的壓力；

（2）在靠近數(shù)據(jù)生產(chǎn)者的地方做數(shù)據(jù)處理，不需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求云計(jì)算中心的響應(yīng)，大大減少了系統(tǒng)延遲，增強(qiáng)了服務(wù)響應(yīng)能力；（3）邊緣計(jì)算不再上傳用戶隱私數(shù)據(jù)，而是把用戶隱私數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備上，減少了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)了用戶數(shù)據(jù)安全和隱私。圖

章魚(yú)的邊緣計(jì)算2網(wǎng)關(guān)的概念PartTwo2.1網(wǎng)關(guān)的概念網(wǎng)關(guān)是一種充當(dāng)轉(zhuǎn)換重任的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或設(shè)備，它可以在通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語(yǔ)言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間進(jìn)行“翻譯”。與“網(wǎng)橋”只是單純地傳達(dá)信息不同，網(wǎng)關(guān)要對(duì)收到的信息重新打包，以適應(yīng)目的系統(tǒng)的需求。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)還可以提供過(guò)濾和安全功能。網(wǎng)關(guān)屬于邊緣設(shè)備的一種。通常來(lái)說(shuō)，網(wǎng)關(guān)的主要目的是在不同類型的通信技術(shù)之間提供橋梁，如下圖所示。這些技術(shù)在連接類型，接口或協(xié)議方面可能會(huì)有所不同。概念學(xué)習(xí)事物網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心+云分析2.2工業(yè)網(wǎng)關(guān)具備的能力01對(duì)下解析能力工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)需要具備對(duì)下（工業(yè)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)等）的協(xié)議解析能力，包括Modbus、PPI、MPI、CNC、現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，以及CAN、PROFIBUS等通信協(xié)議。03數(shù)據(jù)緩存、計(jì)算、上傳能力工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)需要具備數(shù)據(jù)緩存、本地計(jì)算（霧計(jì)算/邊緣計(jì)算）、數(shù)據(jù)上傳的能力。02對(duì)上協(xié)議對(duì)接、通訊能力工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)需要具備對(duì)上（IT系統(tǒng)）的協(xié)議對(duì)接能力和通信能力，包括工業(yè)以太網(wǎng)、Wi-Fi、4G、5G、NB-IoT等。在更為復(fù)雜化的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，有大量的種類不一的設(shè)備，包括各種儀器儀表、傳感器、工業(yè)機(jī)器人、PLC、智能工業(yè)設(shè)備以及上位機(jī)等，它們的通信網(wǎng)絡(luò)接口種類多、協(xié)議繁雜、互不兼容；同時(shí)，還需要網(wǎng)關(guān)及時(shí)的處理、存儲(chǔ)、上傳產(chǎn)生的大量工業(yè)數(shù)據(jù)。因此，工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)在同樣遵循將不同技術(shù)、不同協(xié)議的設(shè)備橋接在一起的原則，同時(shí)還需要具備以下能力：3工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的優(yōu)勢(shì)PartThree1.共享數(shù)據(jù)工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的接口允許工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、控制系統(tǒng)與內(nèi)、外部信息系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)。工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)可以充當(dāng)網(wǎng)橋或協(xié)議轉(zhuǎn)換器的角色，使得工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備無(wú)論新舊均可與網(wǎng)絡(luò)連通。3.提升處理網(wǎng)絡(luò)性能將非關(guān)鍵功能轉(zhuǎn)移至工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)，可以釋放其本身更多的內(nèi)存和處理能力，可以使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)專注于最重要的任務(wù)。工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)也會(huì)減輕網(wǎng)絡(luò)擁堵、網(wǎng)絡(luò)中斷帶給工業(yè)數(shù)據(jù)采集的負(fù)面影響；還可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為“輕量級(jí)”消息傳遞協(xié)議，如MQTT，從而減少帶寬、提高效率。2.改善安全性邊緣設(shè)備在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、控制系統(tǒng)和外部網(wǎng)絡(luò)之間提供了安全層，可提供“防火墻”來(lái)保護(hù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備與系統(tǒng)，還可以提供安全監(jiān)控和控制方文。下圖為邊緣設(shè)備防火墻保護(hù)。3.2工業(yè)網(wǎng)關(guān)具備的能力邊緣設(shè)備的防火墻保護(hù)措施3.2工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的類型概念學(xué)習(xí)工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)按照其功能、模塊化、采集對(duì)象可以分為不同類型，具體分類如下：1.按功能分類分為透明傳輸型工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)采集型工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)和邊緣計(jì)算型工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)。2.按是否模塊化分類分為模塊化工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)和非模塊化工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)。模塊化工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)接口的靈活配置，以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的業(yè)務(wù)需求；非模塊化工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)只能提供固定單一的接口，功能單一、滿足需求有限，但其成本相對(duì)較為低廉。右圖為工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)模塊化分類。模塊化工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)非模塊化工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)3.按采集對(duì)象分類可分為PLC工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)、DCS工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)、傳感器工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)和機(jī)器人工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)等。一、填空題1.

邊緣計(jì)算模型的3個(gè)優(yōu)點(diǎn)是

、

、

。2.

網(wǎng)關(guān)（Gateway），又稱

、

，它是在采用不同體系結(jié)構(gòu)或協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行互通時(shí)，用于提供

、

、數(shù)據(jù)交換等網(wǎng)絡(luò)兼容功能的設(shè)施。

3.

網(wǎng)關(guān)的主要目的是在不同類型的通信技術(shù)之間提供

，網(wǎng)關(guān)是邊緣設(shè)備的一中。4.

智能網(wǎng)關(guān)在同樣遵循將不同技術(shù)、不同協(xié)議的設(shè)備橋接在一起的原則，同時(shí)還需要具