數(shù)字化網(wǎng)絡化智能技術：生產(chǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡與通信 課件第7章 生產(chǎn)系統(tǒng)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）

第7章生產(chǎn)系統(tǒng)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）演講人1工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）技術概述IoT是InternetofThings的縮寫，含義為“物聯(lián)網(wǎng)”又稱傳感網(wǎng)，簡要講就是互聯(lián)網(wǎng)從人向物的延伸。其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡連接在一起，方便識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)是一種新型的信息技術系統(tǒng)，它將物理世界中的實體對象與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，賦予智能化的能力。這一概念起源于20世紀90年代，曾被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。隨著微電子、云計算、大數(shù)據(jù)等技術的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)、智慧城市、智能家居等多個領域。其核心在于通過嵌入式傳感器、無線通信技術以及云計算平臺，實現(xiàn)設備間的互聯(lián)互通，收集、處理和分析海量數(shù)據(jù)，以提升效率、優(yōu)化決策和改善生活質(zhì)量。1工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）技術概述隨著工業(yè)化進程的加速和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推進，傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)正逐漸向智能制造和智能工廠轉(zhuǎn)變。工業(yè)4.0概念的提出，強調(diào)了設備、系統(tǒng)和人員之間的高度互聯(lián)，這使得物聯(lián)網(wǎng)技術在工業(yè)生產(chǎn)中的應用日益廣泛。工業(yè)環(huán)境的特點包括高精度、實時性要求、復雜設備網(wǎng)絡以及對數(shù)據(jù)安全的高度重視。在此背景下，物聯(lián)網(wǎng)設備如傳感器、執(zhí)行器和控制器在監(jiān)控設備狀態(tài)、優(yōu)化生產(chǎn)流程、預防設備故障等方面發(fā)揮著關鍵作用。然而，如何有效集成物理層與數(shù)據(jù)鏈路層，實現(xiàn)設備間無縫通信和高效數(shù)據(jù)處理，成為當前工業(yè)生產(chǎn)領域亟待解決的問題。在需求的大背景下，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應運而生，它是傳統(tǒng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從內(nèi)涵到概念的全面擴充。它的出現(xiàn)源于對生產(chǎn)效率提升、資源優(yōu)化利用、成本降低以及環(huán)境可持續(xù)性的追求。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IndustrialInternetofThings,1工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）技術概述IIoT）是互聯(lián)網(wǎng)技術與傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)深度融合的產(chǎn)物。它通過將物理設備、傳感器、軟件和網(wǎng)絡連接起來，實現(xiàn)設備間的實時通信與數(shù)據(jù)共享。IIoT的核心在于設備的智能化，使其能夠自主收集、處理和分析數(shù)據(jù)，從而提升生產(chǎn)效率，優(yōu)化資源管理，減少停機時間和成本。這一概念涵蓋了從設備層面上的自動化，到網(wǎng)絡層面上的數(shù)據(jù)傳輸，再到云計算和人工智能在決策支持中的應用，構建了一個全新的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。隨著5G、云計算、大數(shù)據(jù)等技術的發(fā)展，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)正在重塑制造業(yè)的面貌，與工業(yè)4.0時代深度融合。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，物理層作為通信鏈路的基礎，對于整個系統(tǒng)的性能和可靠性起著至關重要的作用。它可以通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器以及其它無線通訊類技術，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接,進行信息交換和通信,以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術2.1工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的無線通信技術在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）中，有線通訊方式具有信號不受電磁干擾，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量穩(wěn)定，延遲較低。傳輸速度快、安全性好的諸多特點，但隨著應用場景與技術要求的多層次需求需要更好滿足，有線網(wǎng)絡的缺陷日益凸顯，范圍有限、成本較高、不便移動、易受物理損壞的諸多缺點是無法克服的。無線通訊具有靈活性高可以自由移動、安裝方便不需要布線、可擴展性強可適應動態(tài)變化的網(wǎng)絡需求，因此無線通信技術起著越來越重要的作用。技術的進步和迭代，使得無線網(wǎng)絡，允許設備之間、設備與云端以及云端與用戶之間進行遠距離、實時的通信。以下介紹一些在IIoT中應用的主流無線通信技術：2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術藍牙通訊技術藍牙技術最早誕生為短距離數(shù)據(jù)傳輸為目的，目前在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域應用廣泛，可實現(xiàn)設備無線連接和監(jiān)測，提高生產(chǎn)效率。包括設備連接和數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)自動化、智能制造及物流管理等方面。藍牙物聯(lián)網(wǎng)為工業(yè)領域帶來很多便利和效益，亦可保障安全性和隱私性。在工業(yè)領域，藍牙技術可以用于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線和設備的無線連接和監(jiān)測。通過藍牙技術，工程師可以實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)和處理故障，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制。此外，藍牙還可以用于實現(xiàn)設備的遠程升級和維護等功能。藍牙是無線個域網(wǎng)的代表，它有一套自己的完整協(xié)議框架，除了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層，還包括L2CAP、GAP等藍牙特有的協(xié)議。藍牙協(xié)議框架如圖7-1所示，其中BLE控制器負責定義射頻、基帶等偏硬件的規(guī)范，并抽象出邏輯通信鏈路；BLE主機負責在邏輯鏈路的基礎上進行更為友好的封裝，屏蔽BLE技術細節(jié)，讓BLE應用調(diào)用更為方便。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術藍牙通訊技術圖7-1藍牙協(xié)議框架如果在個域網(wǎng)范圍內(nèi)通信，藍牙節(jié)點之間可基于BLE協(xié)議實現(xiàn)通信，如果需要將數(shù)據(jù)連接到互聯(lián)網(wǎng)，則需要通過網(wǎng)關來實現(xiàn)。網(wǎng)關硬件部分的配置可以是“BLE+以太網(wǎng)”“BLE+Wi-Fi”或者“BLE+4G”，網(wǎng)關向下接收BLE報文，向上通過以太網(wǎng)、Wi-Fi或4G將采集的數(shù)據(jù)上報給后臺，網(wǎng)關作為數(shù)據(jù)的統(tǒng)一出口。藍牙在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)具體體現(xiàn)在許多方面：2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術藍牙通訊技術1）設備連接和數(shù)據(jù)傳輸：藍牙技術可以用于連接各種工業(yè)設備和傳感器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸和實時監(jiān)測。例如，通過藍牙技術可以將傳感器測量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控和分析。此外，藍牙還可以用于實現(xiàn)設備之間的協(xié)同工作和信息交互，提高生產(chǎn)效率；2）工業(yè)自動化：藍牙技術可以用于實現(xiàn)工業(yè)自動化生產(chǎn)線和設備的監(jiān)測和管理。通過藍牙技術，工程師可以實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)和處理故障，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制。此外，藍牙還可以用于實現(xiàn)設備的遠程升級和維護等功能；3）智能制造：藍牙技術可以用于實現(xiàn)智能制造過程中的數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析。通過藍牙技術，可以連接各種智能設備和系統(tǒng)，實現(xiàn)信息的交互和協(xié)同工作，提高制造過程的效率和精度；2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術藍牙通訊技術4）物流管理：藍牙技術可以用于實現(xiàn)物流管理中的數(shù)據(jù)采集和傳輸。通過藍牙技術，實現(xiàn)定位實時監(jiān)測貨物的位置和狀態(tài)，提高物流管理的效率和準確性。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術Wi-Fi通訊技術Wi-Fi（WirelessFidelity）是一種無線局域網(wǎng)（WLAN）技術，由Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-FiAlliance）定義和認證。它利用無線電波在2.4GHz和5GHz頻段進行數(shù)據(jù)傳輸，允許電子設備在沒有物理線纜連接的情況下，通過無線方式進行通信和網(wǎng)絡接入。在民用和商用已經(jīng)大面積普及。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的Wi-Fi是指將Wi-Fi技術應用于工業(yè)環(huán)境，然而，由于工業(yè)環(huán)境可能涉及高溫、高濕度、電磁干擾等復雜使用條件，Wi-Fi在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應用需要優(yōu)先考慮其性能穩(wěn)定性、抗干擾能力和安全性，與民用商用有一定區(qū)別。作為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中常用的一種無線通信技術，其在物理層中扮演著至關重要的角色。用于連接和管理工業(yè)設備、傳感器、控制系統(tǒng)以及其他網(wǎng)絡節(jié)點。具體功能主要體現(xiàn)在以下這幾方面：2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術Wi-Fi通訊技術3）遠程操作：操作員可以通過Wi-Fi遠程控制設備，進行維護、配置更改或調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，提高生產(chǎn)效率；C2）實時監(jiān)控：通過Wi-Fi，可以實時監(jiān)控設備狀態(tài)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)，支持遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析；B4）數(shù)據(jù)傳輸：Wi-Fi提供高速數(shù)據(jù)傳輸，適合實時傳輸大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)和視頻流，支持工業(yè)自動化和遠程維護；D1）設備連接：Wi-Fi允許工業(yè)設備和傳感器通過無線方式連接到網(wǎng)絡，簡化了設備部署和管理；A5）工業(yè)自動化：Wi-Fi可以作為工業(yè)自動化系統(tǒng)的一部分，實現(xiàn)設備之間的協(xié)同工作和自動化流程控制；E2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術Wi-Fi通訊技術6）設備管理：Wi-Fi技術可以用于設備定位、資產(chǎn)管理，以及遠程設備更新和固件升級；7）工業(yè)網(wǎng)絡安全：盡管工業(yè)環(huán)境可能對網(wǎng)絡安全有更高要求，Wi-Fi在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應用也需要考慮網(wǎng)絡安全措施，如加密和防火墻。3.Zigbee技術：Zigbee技術是一種基于IEEE802.15.4標準的低速短距離傳輸?shù)臒o線個人區(qū)域網(wǎng)絡協(xié)議。它主要設計用于自動控制、遠程控制以及家用設備聯(lián)網(wǎng)等領域，特別適用于需要低成本、低功耗、較低數(shù)據(jù)速率需求的應用場景。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術Wi-Fi通訊技術Zigbee技術具有許多顯著的特點，例如低功耗、低成本、支持大量網(wǎng)上節(jié)點、支持多種網(wǎng)上拓撲、低復雜度、快速、可靠和安全等。它的傳輸速率可以根據(jù)不同的頻段有所不同，如在2.4GHz、868MHz和915MHz頻段上，分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率。此外，Zigbee設備采用休眠模式等低功耗技術，使得設備的使用時間可以達到幾個月到兩年不等。Zigbee技術不僅適用于家庭和小型電子設備的無線控制指令傳輸，而且在工業(yè)監(jiān)控、傳感器網(wǎng)絡、家庭監(jiān)控和安全系統(tǒng)等領域也有廣泛的應用前景。由于其低功耗和高可靠性，Zigbee技術已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)領域中的一個重要組成部分。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術Wi-Fi通訊技術Zigbee技術的結構主要包括物理層、媒體訪問控制層（MAC）、網(wǎng)絡層、應用層等。其中，物理層提供了與現(xiàn)實世界交互的基礎服務，MAC層負責無線數(shù)據(jù)鏈路的建立和維護，網(wǎng)絡層保證了數(shù)據(jù)的傳輸和完整性，而應用層則根據(jù)設計目的和需求使多個器件之間進行通信。ZigBee組網(wǎng)能力非常強，按照具體功能可分為協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點和終端節(jié)點。其中，協(xié)調(diào)器負責構建并啟動ZigBee網(wǎng)絡，是網(wǎng)絡中第一個節(jié)點，也是網(wǎng)絡中的核心節(jié)點。協(xié)調(diào)器除了配置網(wǎng)絡標識符和信道外，還負責網(wǎng)絡中節(jié)點地址的分配和節(jié)點綁定，一般與上位機相接。路由器通過路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，相當于子網(wǎng)中的協(xié)調(diào)器。當網(wǎng)絡中節(jié)點較多，兩個節(jié)點之間通信不暢時，可以通過路由器尋找新的數(shù)據(jù)傳輸路徑。終端節(jié)點作為網(wǎng)絡的最后一層，連接著各種傳感器或設備，是整個ZigBee網(wǎng)絡的感知節(jié)點和數(shù)據(jù)來源。這三種邏輯設備通過完成不同的功能形成以下三種組網(wǎng)拓撲結構：2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術星形組網(wǎng)星形網(wǎng)絡結構包括協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點，該網(wǎng)絡類似于蜘蛛網(wǎng)狀結構。協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡的核心，終端節(jié)點的數(shù)據(jù)只能由協(xié)調(diào)器獲取，節(jié)點間的通信通過協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)來實現(xiàn)。這種結構節(jié)點數(shù)據(jù)少，結構簡單，主要用于環(huán)境監(jiān)控和智能家居。Zigbee星形組網(wǎng)如圖7-2所示。圖7-2Zigbee星形組網(wǎng)2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術樹狀組網(wǎng)樹狀網(wǎng)絡可看為是多個星形網(wǎng)絡組成的結構。這種結構中的協(xié)調(diào)器或路由器通過不同的傳輸路徑與路由器和終端節(jié)點通信，所有節(jié)點只能與其父子節(jié)點通信，父節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸可以實現(xiàn)其子節(jié)點的通信，即可以一層一層向上傳遞，到達協(xié)調(diào)器后再一層一層向下傳遞到目的節(jié)點，數(shù)據(jù)沿著固定的路徑傳輸。Zigbee樹狀組網(wǎng)如圖7-3所示。圖7-3Zigbee樹狀組網(wǎng)2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術網(wǎng)狀組網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng)絡包含協(xié)調(diào)器、終端節(jié)點和路由器，只有協(xié)調(diào)器是唯一的。與樹狀網(wǎng)絡不同，網(wǎng)絡結構數(shù)據(jù)傳輸路徑更加多樣，當兩個節(jié)點相距較遠時，網(wǎng)狀網(wǎng)絡會選擇最優(yōu)路徑實現(xiàn)節(jié)點通信。此外，當路由路徑存在問題時，網(wǎng)狀網(wǎng)絡將重新選擇路徑。這種拓撲結構保證了信息傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性，同時也使得網(wǎng)絡維護更加復雜，消耗了更多的存儲資源。Zigbee網(wǎng)狀組網(wǎng)如圖7-4所示。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術網(wǎng)狀組網(wǎng)圖7-4Zigbee網(wǎng)狀組網(wǎng)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）領域，Zigbee技術有以下幾個關鍵應用：1）設備監(jiān)控：Zigbee可被用于連接各種傳感器和設備，如溫度、壓力、濕度傳感器，實時監(jiān)測生產(chǎn)過程中的環(huán)境條件和設備狀態(tài)；2）遠程控制：通過Zigbee網(wǎng)絡，操作員可以遠程控制生產(chǎn)線上的設備，如開啟或關閉機器，調(diào)整參數(shù)等；3）預測性維護：借助Zigbee支持通過收集和分析設備數(shù)據(jù)，進行預測性維護，提前發(fā)現(xiàn)設備故障，減少停機時間。4）設備管理：Zigbee網(wǎng)絡可以幫助跟蹤和管理大量的工業(yè)設備，進行資產(chǎn)定位和資產(chǎn)生命周期管理；2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術網(wǎng)狀組網(wǎng)015）自動化和優(yōu)化：在工業(yè)自動化中，Zigbee可以實現(xiàn)設備間的協(xié)同工作，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率；026）環(huán)境監(jiān)控：在工廠環(huán)境中，Zigbee可以用于監(jiān)測空氣質(zhì)量、溫度、濕度等，確保工作環(huán)境的舒適性和安全性；037）物流與倉儲管理：在倉庫中，Zigbee可以用于貨物追蹤、貨架管理，以及自動化搬運設備的控制；048）安全與報警系統(tǒng)：Zigbee可以集成到安全監(jiān)控系統(tǒng)中，如火災報警、入侵檢測等，提供及時的警報和響應；2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術網(wǎng)狀組網(wǎng)9）能源管理：Zigbee可用于監(jiān)控工廠的能源消耗，幫助實現(xiàn)節(jié)能和優(yōu)化能源使用。由于Zigbee的低功耗、低成本和易于部署的特點，使其在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中特別適合應用于那些需要大量傳感器節(jié)點且對電池壽命和成本敏感的應用場合，例如傳感器網(wǎng)絡，監(jiān)測溫度、濕度、光照等環(huán)境參數(shù)。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術LoRa技術LoRa（LongRange）技術是一種基于擴頻通信的無線通信技術。它是一種專為物聯(lián)網(wǎng)設計的遠距離、低功耗需求而研發(fā)的無線通信技術，能在工業(yè)環(huán)境下提供長距離、低速率的數(shù)據(jù)傳輸。LoRa的優(yōu)勢在于其強大的穿透力、低功耗特性以及對復雜電磁環(huán)境的魯棒性，使得它在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中扮演了重要角色。LoRa最初由法國公司Semtech公司開發(fā)，后來被開放給全球使用，并在LoRaAlliance的支持下成為了一種標準化的無線通信協(xié)議。LoRa的主要特點是通過使用ChirpSpreadSpectrum（CSS，多載波擴頻）技術，可以在保持低功耗的同時實現(xiàn)長距離、低數(shù)據(jù)速率的無線通信。它能夠在復雜的環(huán)境中穿透墻壁和建筑物，提供穩(wěn)定的信號覆蓋，適合于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）應用中的傳感器、智能設備等設備之間的通信。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）應用中LoRa技術具有如下的技術優(yōu)勢：2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術LoRa技術05040203011）低功耗與長壽命：LoRa的通信模式允許設備以極低的功耗工作，這對于電池供電的設備尤為關鍵，如工業(yè)傳感器和執(zhí)行器，能顯著延長設備的使用壽命。2）遠距離通信：LoRa信號穿透性強，能穿越建筑物和障礙物，使得在大型工廠、倉庫等復雜環(huán)境中，設備間的通信距離得以顯著提升。3）大連接能力：LoRa網(wǎng)絡可以支持大規(guī)模設備連接，即使在設備密集的工業(yè)環(huán)境中，也能有效處理大量的設備數(shù)據(jù)傳輸。4）低速率高容量：LoRa適合發(fā)送大量的狀態(tài)信息，即使數(shù)據(jù)量不大，但因為其低速率特性，仍能保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。5）抗干擾性：LoRa的擴頻技術使其對電子干擾具有較好的抵抗能力，能在工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定工作，不受電磁干擾影響。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術LoRa技術在右側編輯區(qū)輸入內(nèi)容6）自組織網(wǎng)絡：LoRa網(wǎng)絡具有自組織特性，能夠自動優(yōu)化通信路徑，提高網(wǎng)絡的魯棒性和可靠性。1LoRa通訊技術具有三種工作模式，分別是ClassA、ClassB和ClassC，它們適應于不同的場合。8）安全性和隱私保護：LoRa提供了數(shù)據(jù)加密選項，確保工業(yè)數(shù)據(jù)的安全性和隱私，符合工業(yè)環(huán)境對信息安全的嚴格要求。37）成本效益：LoRa的硬件設備成本相對較低，部署和維護成本也比傳統(tǒng)無線通信技術更低，有利于大規(guī)模的工業(yè)應用部署。在右側編輯區(qū)輸入內(nèi)容22工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術LoRa技術ClassA（雙向終端設備），A類通信模塊可以進行雙向通信，不能主動下發(fā)數(shù)據(jù)，在發(fā)送過程后跟隨兩個很短的下行接收時間窗，時間窗口的大小有應用和隨機量決定，ClassA接收模式如圖7-5所示，這種模式最適應物聯(lián)網(wǎng)的功耗需求，因此也被廣泛采用。圖7-5ClassA接收模式2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術LoRa技術ClassB（支持下行時隙調(diào)度的雙向終端），B類通信設備兼容A類，支持接收下發(fā)的信標信號來進行同步，以便進行監(jiān)聽下行數(shù)據(jù)。ClassC（最大接收時隙的雙向終端設備），這種設備只在發(fā)送數(shù)據(jù)時停止接收數(shù)據(jù)，ClassC接收模式如圖7-6所示，適用于服務器之類下行數(shù)據(jù)較多的工作場景，這種工作模式下時延最小。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術LoRa技術圖7-6ClassC接收模式在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，一些典型應用如工廠、倉庫或維修車間中，可以利用LoRa無線通信技術在車間環(huán)境中構建一種遠程、低功耗、大范圍的無線網(wǎng)絡。實現(xiàn)設備之間的遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、設備管理，以便更好地對其進行監(jiān)控、追蹤。基于LoRa通訊的車間組網(wǎng)如圖7-7所示。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術LoRa技術圖7-7基于LoRa通訊的車間組網(wǎng)通過LoRa車間組網(wǎng)，企業(yè)可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化和自動化，降低成本，提高生產(chǎn)效率，同時降低能耗，符合現(xiàn)代工業(yè)4.0和智能制造的發(fā)展趨勢。LoRa技術也在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中被廣泛應用成為構建低成本、高效能通信基礎設施的關鍵組件。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術NFC技術近場通信（NFC，NearFieldCommunication）是一種短距離無線通信技術，它的工作原理基于電磁感應。NFC允許兩個兼容設備在非常接近的情況下（通常幾厘米以內(nèi)）進行數(shù)據(jù)交換，不需要直接接觸，也不需要通過互聯(lián)網(wǎng)連接。其工作原理基于電磁感應和射頻識別（RFID）技術。當兩個NFC設備接近時，發(fā)射端（通常是一個NFC標簽或讀卡器）會發(fā)送一個激活信號，進入激活模式。接收端（另一個NFC設備或讀卡器）檢測到激活信號后，開始搜索附近的發(fā)射源，一旦找到，兩者就進入了通信模式。在通信模式下，兩個設備會協(xié)商通信參數(shù)，如通信速度和數(shù)據(jù)格式。然后，它們會創(chuàng)建一個臨時的無線電頻率信道，用于數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在兩個設備之間以二進制形式傳輸，通常是單向或雙向的，取決于應用場景。數(shù)據(jù)可以是簡單的文本信息，也可以是更復雜的數(shù)據(jù)包，如音頻、圖像或應用程序的命令。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術NFC技術數(shù)據(jù)傳輸完成后，連接會被關閉，兩個設備回到休眠狀態(tài)，直到再次需要通信?，F(xiàn)代的NFC技術通常支持加密，以保護數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性。整個過程快速、高效，通常在幾毫秒到幾秒鐘內(nèi)完成，這使得NFC非常適合于需要瞬間交互的場景。NFC應用廣泛，諸如移動支付、門禁系統(tǒng)、文件共享、標簽閱讀、公交卡和交通卡等。盡管NFC技術最初是為消費電子市場設計的，但它也在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）領域也有它的用武之地。以下是NFC在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的一些典型應用：1）設備標識與跟蹤：NFC可以用于設備的唯一標識和追蹤，例如在資產(chǎn)管理系統(tǒng)中，工件或設備上安裝NFC標簽，便于快速識別和定位。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術NFC技術4）遠程配置：技術人員可以通過NFC快速配置設備，減少了人工配置的時間和錯誤風險。5.）安全訪問：在某些場合，NFC可以作為訪問控制手段，限制特定人員對特定區(qū)域的進入。6）維護和診斷：NFC可以用來傳輸設備故障信息或軟件更新，幫助維修人員更快地解決在右側編輯區(qū)輸入內(nèi)容3）數(shù)據(jù)采集：在質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，NFC可以用于收集產(chǎn)品的相關信息，如批次號、生產(chǎn)日期等，簡化數(shù)據(jù)輸入和驗證流程。在右側編輯區(qū)輸入內(nèi)容2）自動化流程：在生產(chǎn)線上，NFC可以與傳感器或執(zhí)行器配合，實現(xiàn)設備之間的自動化通信，如調(diào)整參數(shù)或啟動/停止操作。在右側編輯區(qū)輸入內(nèi)容2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術NFC技術問題。然而，由于NFC的傳輸距離相對較短，不太適合需要長距離通信或大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)應用，但在特定的近距離、低數(shù)據(jù)量的場景下，NFC仍然是一種實用的通信解決方案。不同的無線通信技術有各自的優(yōu)缺點，選擇哪種技術取決于應用場景、數(shù)據(jù)傳輸需求、設備功耗、成本等因素。在實際的IIoT系統(tǒng)中，可能會采用多種技術的組合，以滿足多樣化的通信需求。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術2.2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的定位技術民用定位系統(tǒng)大面積采用GPS（GlobalPositioningSystem）技術，在室外道路導航方面應用較普遍。室外定位導航技術無法滿足在室內(nèi)的需求，一方面是因為GPS信號和其他信號相比雖然覆蓋范圍較廣，但是由于建筑物隔斷，衛(wèi)星信號在穿過墻體時會造成嚴重衰減和較大的路徑損耗；另一方面是因為衛(wèi)星信號在室內(nèi)會受到各種復雜的干擾。室內(nèi)定位系統(tǒng)需求日益增大，研究也在不斷興起與蓬勃發(fā)展。通過定位技術使室外人員在無需進入室內(nèi)就可以掌握所需定位人員或者物品位置。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）方面利用，定位需求主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）設備跟蹤：在大型工廠或倉庫中，準確地知道設備的位置對于優(yōu)化物流、防止資產(chǎn)丟失以及提高生產(chǎn)效率至關重要。例如，叉車、機器人或原材料搬運設備的實時位置信息；2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術2.2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的定位技術5）安全與合規(guī)：許多行業(yè)，如核電、石油和天然氣，有嚴格的法規(guī)要求對設備和人員位置進行監(jiān)控，以確保安全操作和遵守規(guī)定；2）資產(chǎn)管理：在生產(chǎn)線上，對工具、部件或原材料的精確定位有助于提高庫存管理效率，減少尋找時間，以及確保生產(chǎn)過程的順利進行；4）過程監(jiān)控：在一些流程中，如化學反應或加工過程，設備的位置可能會影響工藝控制，精確的定位可以幫助優(yōu)化工藝參數(shù)；3）人員定位：員工安全和工作效率的提升需要對人員位置的實時監(jiān)控，例如緊急情況下快速定位員工位置，或者在培訓和指導中提供實時的位置指示；6）預防性維護：通過設備位置信息，可以預測設備的維護需求，提前安排維護計劃，避免2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術2.2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的定位技術因設備故障導致的生產(chǎn)中斷。為了滿足這些定位需求，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以采用多種技術，包括GPS、Wi-Fi、藍牙、RFID、超聲波、激光雷達（LiDAR）和LoRa等，根據(jù)具體的環(huán)境和應用需求選擇最適合的定位解決方案。概括地講，物聯(lián)網(wǎng)終端的定位就是利用某種技術手段，通過參考節(jié)點來獲取未知終端位置信息的過程，是解決特定環(huán)境中實體定位問題（如環(huán)境監(jiān)測和入侵定位）的關鍵技術。其中參考節(jié)點即參與定位的測量節(jié)點，可以通過配備的GPS系統(tǒng)獲得測量節(jié)點準確的位置信息；未知終端即為需要確定位置的目標終端。近年來，國內(nèi)外對物聯(lián)網(wǎng)終端定位方面進行了大量的研究，提出了很多算法估計物聯(lián)網(wǎng)中目標終端的位置信息。其中，一些經(jīng)典的定位算法包括MUSIC算法、卡爾曼濾波算法（KalmanFiltering，2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術2.2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的定位技術KF）和三邊定位法等。這些定位方法的實現(xiàn)往往需要依賴測量節(jié)點與控制中心之間的相互通信。首先參與定位的各個測量節(jié)點偵測并接收來自目標終端的發(fā)送信號，然后將測量數(shù)據(jù)與自身位置信息匯聚到控制中心，由控制中心對匯聚信息進行綜合處理，最后根據(jù)一定的位置解算算法得到定位的結果。三邊定位法如圖7-8所示。從圖中可看到，首先利用相關測距技術獲得目標終端與三個測量節(jié)點間的距離，然后便可以通過三邊測量法進行終端的位置計算。N為目標終端，A1、A2、A3為測量節(jié)點，其坐標分別是（x1,y1）、（x2,y2）、（x3,y3），且目標終端與測量節(jié)點之間的距離分別為r1、r2、r3。2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）物理層構建關鍵技術2.2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的定位技術圖7-8三邊定位法原理圖3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用3.1生產(chǎn)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)架構分析工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IndustrialInternetofThings,IIoT）的架構通常比一般物聯(lián)網(wǎng)更為復雜，因為它涉及的設備和環(huán)境條件更為專業(yè)和特定。以下是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構的一些關鍵組成部分：3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用感知層（PerceptionLayer）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的感知層是物聯(lián)網(wǎng)架構中的第一層，它是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與外部世界進行交互的最基礎部分。感知層的主要任務是收集環(huán)境和設備的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通常被稱為“感知數(shù)據(jù)”。感知層的數(shù)據(jù)通常以原始形式（如電壓、電流、光線強度等）或經(jīng)過初步處理的形式（如數(shù)字信號）發(fā)送到網(wǎng)絡層，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析提供基礎主要任務是采集和傳遞數(shù)據(jù)，為物聯(lián)網(wǎng)的其他層級提供輸入，驅(qū)動整個系統(tǒng)的運作。實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、環(huán)境監(jiān)控、設備狀態(tài)監(jiān)控、身份識別、數(shù)據(jù)預處理、實時反饋、數(shù)據(jù)初始化、設備控制等方面的功能。感知層的主要功能元素如表7-1所示?？傊?，物聯(lián)網(wǎng)感知層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎，它的主要任務是采集和傳遞數(shù)據(jù)，為物聯(lián)網(wǎng)的其它層級提供輸入，驅(qū)動整個系統(tǒng)的運作。表7-1感知層主要功能元素3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用網(wǎng)絡層（NetworkLayer）網(wǎng)絡層在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中扮演著橋梁的角色，它確保了數(shù)據(jù)的流動和信息的順暢傳遞，是實現(xiàn)工業(yè)自動化、生產(chǎn)優(yōu)化和遠程運維的重要支撐。旨在提供高度可靠、低延遲和安全的通信環(huán)境，以支持工業(yè)自動化、遠程監(jiān)控、預測性維護和生產(chǎn)優(yōu)化等功能。網(wǎng)絡層的組成單元如表7-2所示。表7-2是網(wǎng)絡層的組成單元。3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用邊緣計算層（EdgeComputing）邊緣計算層（EdgeComputing）是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）架構中的一個重要環(huán)節(jié)，位于網(wǎng)絡層和應用層之間。邊緣計算層的設計目的是為了優(yōu)化工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的響應速度、數(shù)據(jù)安全性以及對網(wǎng)絡帶寬的使用，同時保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。它在工業(yè)自動化、遠程監(jiān)控和智能制造等領域發(fā)揮著重要作用。邊緣計算層的核心作用是將計算和數(shù)據(jù)處理能力從云端轉(zhuǎn)移到離終端設備更近的地方，以提供更快、更安全、更高效的服務。邊緣計算層實現(xiàn)的功能單元如表7-3所示。表7-3邊緣計算層實現(xiàn)的功能單元3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用平臺層（PlatformLayer）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺層，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構中的一個重要組成部分。它位于物聯(lián)網(wǎng)設備（如傳感器、執(zhí)行器、機器等）和云端服務之間，負責連接、管理和處理來自各個設備的數(shù)據(jù)。平臺層在IIoT架構中扮演著中心角色，通過整合和管理設備、數(shù)據(jù)和應用，為企業(yè)實現(xiàn)強大的工業(yè)智能化控制功能。平臺層體現(xiàn)的核心功能如表7-4所示。表7-4工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺層的核心功能3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用應用層（ApplicationLayer）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用層主要負責將物理世界的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信息，并在此基礎上進行高級分析和決策。應用層是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的“大腦”，它通過整合和處理來自底層的數(shù)據(jù)，為企業(yè)提供實時的業(yè)務洞察和決策支持。應用層體現(xiàn)的核心功能如表7-5所示。表7-5應用層體現(xiàn)的核心功能6.安全與管理層（Security&ManagementLayer）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全與管理層是指在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，對物聯(lián)網(wǎng)設備、系統(tǒng)和數(shù)據(jù)進行安全管理以及運營控制的領域。安全涉及多個方面，共同確保了工業(yè)環(huán)境中的設備、數(shù)據(jù)和通信的安全性。通過這些措施，可以有效地降低工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的安全風險，保護資產(chǎn)和生產(chǎn)流程不受損害。同時，持續(xù)改進和更新安全策略是保障長期安全的關鍵。表7-6給出了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)所涉及到的幾個關鍵領域。表7-6工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)所涉及到的關鍵領域3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用3.2生產(chǎn)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)應用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的重要分支，其應用很廣闊，特別是在能源、交通運輸諸如鐵路和車站、機場、港口等方面，制造業(yè)包括采礦、石油和天然氣、供應鏈、生產(chǎn)等應用領域?qū)l(fā)揮了重要作用。物聯(lián)網(wǎng)概念的工業(yè)應用其實已經(jīng)存在很長時間了，只是沒有專門系統(tǒng)地提出。其相關技術門類很廣泛，如過程控制和自動化系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)和無線局域網(wǎng)（WALN）、可編程邏輯控制器（PLC）、無線傳感器和射頻識別技術標簽（RFID）等等，都已經(jīng)大面積應用。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)IIoT的應用場合很多，概括起來可分為過程自動化（PA）應用和工廠自動化（FA）應用兩大類。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的兩大分支如圖7-9所示。3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用3.2生產(chǎn)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)應用圖7-9工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的兩大分支3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用過程自動化過程自動化是指采用計算機技術和軟件工程幫助電廠以及造紙、礦山、水泥等行業(yè)的工廠更高效、更安全地運營。它通過利用計算機技術和相關設備，對工廠生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)進行實時監(jiān)控、控制和優(yōu)化，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化和智能化。過程自動化是一種利用計算機技術和軟件工程實現(xiàn)工廠高效、安全運營的重要技術手段，通過它可以大大簡化工廠操作員的工作。利用在工廠各個區(qū)域安裝傳感器，收集溫度、壓力和流速等數(shù)據(jù)，并利用計算機對這些信息進行儲存和分析，然后將處理后的數(shù)據(jù)顯示到控制室的大屏幕上，使操作員能夠方便地監(jiān)控整個工廠的每項設備。此外，過程自動化系統(tǒng)還能自動調(diào)節(jié)各種設備，優(yōu)化生產(chǎn)，并在必要時允許操作員進行手動操作。它可以降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。其次，通過優(yōu)化生產(chǎn)過程和設備調(diào)節(jié)，過程自動化可以降低能源消耗和減少次品率，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。此外，過程自動化系統(tǒng)還能預測何時需要對生產(chǎn)設備進行維護，減少常規(guī)檢查次數(shù)，降低維護成本。3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用過程自動化通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術通過實時數(shù)據(jù)采集與處理、自動化控制與優(yōu)化、預測性維護與故障預警、供應鏈管理與優(yōu)化以及能源管理與節(jié)能降耗等方面，顯著提升了過程自動化的效率?？梢詾槠髽I(yè)帶來了更高的生產(chǎn)效率、更低的生產(chǎn)成本以及更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量，推動了工業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展。各項因素的具體說明如表7-7所示。表7-7各項因素的具體說明3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用工廠自動化工廠自動化，即制造過程的自動化，利用機器人系統(tǒng)和裝配線機械來實現(xiàn)，以提高生產(chǎn)能力和效率。例如，機械臂的外觀和驅(qū)動力通常與人類相似，并且能夠作為人類操作員執(zhí)行功能，但具有更強的魯棒性、生產(chǎn)力、精度和效率。在相同的目標下，裝配線通常將復雜的任務分解成更小的子任務，并根據(jù)設計的工作流程執(zhí)行分步操作。工廠自動化，也稱為車間自動化，是指利用先進的技術和設備，對生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)進行自動化控制和操作，以實現(xiàn)產(chǎn)品制造的全部或部分加工過程的自動化。這包括設計制造加工等過程的自動化，以及企業(yè)內(nèi)部管理、市場信息處理以及企業(yè)間信息聯(lián)系等信息流的全面自動化。通過引入自動化系統(tǒng)，工廠能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線的自動化運行、設備的智能化控制以及生產(chǎn)過程的實時監(jiān)測和管理。3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用工廠自動化工廠自動化的常規(guī)組成方式是將各種加工自動化設備和柔性生產(chǎn)線連接起來，配合計算機輔助設計和計算機輔助制造系統(tǒng)，在中央計算機統(tǒng)一管理下協(xié)調(diào)工作，使整個工廠生產(chǎn)實現(xiàn)綜合自動化。這種自動化不僅提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，還提高了產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性。工廠自動化是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，它為企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟效益和競爭優(yōu)勢。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以通過實時數(shù)據(jù)監(jiān)控與分析、自動化流程優(yōu)化、預測性維護與故障預警、智能庫存管理與物流優(yōu)化以及個性化定制與柔性生產(chǎn)等方式，顯著提升了工廠自動化的生產(chǎn)效率。這些技術的應用使得工廠能夠更加高效、穩(wěn)定地進行生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和降低了生產(chǎn)成本，為工廠的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實基礎。具體說明如表7-8所示。表7-8工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術在工廠自動化發(fā)揮的作用3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用3.3面向工程應用的IIoT的架構模式前面分析的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構主要是從物理設備、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)匯聚和數(shù)據(jù)利用功能上細致地劃分了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的各個部分。這種劃分方式使得物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的各個部分更加明確，有助于更好地理解和優(yōu)化整個系統(tǒng)。生產(chǎn)實際應用中各分層功能作用并不相同，因此架構被簡化三層架主要包括感知層、網(wǎng)絡層和應用層。三層架構簡化了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設計，使得不同設備和系統(tǒng)可以更容易地相互集成。而五層架構則更細致地劃分了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的各個部分，使得每個部分都可以得到更充分的開發(fā)和優(yōu)化。感知層也被稱為物理層、設備層，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的最底層。其主要任務是通過各種傳感器和設備收集環(huán)境中的信息，并將這些信息轉(zhuǎn)化為電子數(shù)據(jù)。這些設備可能包括溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、壓力傳感器等，它們可以檢測各種物理量，并將這些物理量轉(zhuǎn)化為電子信號。3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用3.3面向工程應用的IIoT的架構模式此外，感知層還包括執(zhí)行器，用于根據(jù)接收到的電子信號執(zhí)行相應的動作，如開關電機、調(diào)節(jié)燈光亮度等。還包括異構IIoT設備，從功能強大的計算單元到極低功耗的微控制器，不一而足。設備及其所采用的網(wǎng)絡技術具有高度的異構性，設備之間互聯(lián)、互操作性應當放在首位。這些設備通過各種有線和無線網(wǎng)絡連接到網(wǎng)關層。網(wǎng)絡層也被稱為傳輸層、網(wǎng)關層在整個物聯(lián)網(wǎng)架構中起到承上啟下的作用，它進行信息交換、傳遞的數(shù)據(jù)通路，負責將感知層獲取的信息準確無誤地傳輸?shù)綉脤樱瑫r也將應用層的控制指令傳送到感知層。采用有線網(wǎng)絡（如撥號網(wǎng)絡、局域網(wǎng)絡、私有網(wǎng)絡、專線網(wǎng)絡）、互聯(lián)網(wǎng)以及無線網(wǎng)絡（如2G、3G、4G、Wlan、WiMax）等技術，構建了一個龐大的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，使物聯(lián)網(wǎng)設備能夠隨時隨地接入網(wǎng)絡并交換信息。此外，網(wǎng)絡層還需要解決異構網(wǎng)絡之間的通信與協(xié)議轉(zhuǎn)換問題，確保信息在不同網(wǎng)絡之間能夠順暢地傳遞。3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）現(xiàn)場應用3.3面向工程應用的IIoT的架構模式應用層是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系架構中的最高層，也是與用戶直接交互的一層。主要負責將網(wǎng)絡層傳輸來的數(shù)據(jù)進行處理和應用。它解決了信息處理和人機界面的問題，包括數(shù)據(jù)的分析和處理，以及與其它信息系統(tǒng)的交互。應用層主要基于云計算、大數(shù)據(jù)、智能控制等技術，對感知層采