重慶郵電大學(xué) 國(guó)家工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)示范性國(guó)際合作基地 魏旻

1 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)概述

網(wǎng)絡(luò)改變著人類的生產(chǎn)和生活方式，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)在商業(yè)、金融業(yè)引起了巨大革命，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)入新境界。ISO/IEC JTC1 SWG5物聯(lián)網(wǎng)工作組對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義是：物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)將物體、人、系統(tǒng)和信息資源與智能服務(wù)相互連接的基礎(chǔ)設(shè)施，可以利用它來(lái)處理物理世界和虛擬世界的信息并作出反應(yīng)。

物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)物理的和虛擬的“物”的無(wú)縫整合。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)“泛在感知”工業(yè)全流程、實(shí)施優(yōu)化控制，已經(jīng)成為企業(yè)提高設(shè)備可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量、降低人工成本與減少生產(chǎn)消耗、增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力的主要手段，是降低自動(dòng)化成本、提高自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用范圍、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化與信息化深度融合的最佳技術(shù)，也是未來(lái)幾年工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程及各國(guó)發(fā)展情況概述

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)作為一種在實(shí)時(shí)性與確定性、可靠性與環(huán)境適應(yīng)性、互操作性與安全性、移動(dòng)性與組網(wǎng)靈活性等方面滿足工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用需求的無(wú)線通信技術(shù)，它為現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制設(shè)備和操作人員間的信息交互提供了一種低成本的有效手段。

在計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)和嵌入式技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，經(jīng)過幾個(gè)階段的發(fā)展，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在逐漸成熟并被廣泛應(yīng)用。

第一階段，20世紀(jì)60～70年代模擬儀表控制系統(tǒng)占主導(dǎo)地位，現(xiàn)場(chǎng)儀表之間使用二線制的4～20mA電流和1～5V電壓標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)通信, 只是初步實(shí)現(xiàn)了信息的單向傳遞，其缺點(diǎn)是布線復(fù)雜、抗干擾性差。雖然目前仍有應(yīng)用，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，最終將被淘汰。

第二階段，集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）于20世紀(jì)80～90年代占主導(dǎo)地位，實(shí)現(xiàn)分布式控制，各上下機(jī)之間通過控制網(wǎng)絡(luò)互連實(shí)現(xiàn)相互之間的信息傳遞?，F(xiàn)場(chǎng)控制站間的通信是數(shù)字化的，數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)RS-232、RS-485等被廣泛應(yīng)用，克服了模擬儀表控制系統(tǒng)中模擬信號(hào)精度低的缺陷，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

第三階段，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，F(xiàn)CS）在21世紀(jì)初占主導(dǎo)地位，F(xiàn)CS采用全數(shù)字、開放式的雙向通信網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)各控制器與儀表設(shè)備互連，將控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性和易用性。同時(shí)，隨著以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，F(xiàn)CS已從信息層滲透到控制層和設(shè)備層，工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)的重要成員，逐步向現(xiàn)場(chǎng)層延伸。

第四階段，隨著組網(wǎng)靈活、擴(kuò)展方便、使用簡(jiǎn)單的工業(yè)無(wú)線通信技術(shù)的出現(xiàn)，智能終端、泛在計(jì)算、移動(dòng)互連等技術(shù)被應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)施全流程的“泛在感知”和優(yōu)化控制，為提高設(shè)備可靠性與產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)與人工成本、節(jié)能降耗、建設(shè)資源節(jié)約與環(huán)境友好型社會(huì)、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與產(chǎn)品優(yōu)化升級(jí)等提供了有效手段。

2009年12月至2012年2月，美國(guó)先后拿出《重振美國(guó)制造業(yè)框架》、《先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃》和《先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》三個(gè)方案，鼓勵(lì)制造企業(yè)重返美國(guó)。同時(shí)，美國(guó)“智能制造領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟”發(fā)起倡議致力于制造業(yè)的未來(lái)，目標(biāo)是讓制造業(yè)的利益相關(guān)者形成協(xié)同研發(fā)、實(shí)作及推廣的團(tuán)體，可以發(fā)展出相關(guān)的方法、標(biāo)準(zhǔn)、平臺(tái)及共享的基礎(chǔ)架構(gòu)，促進(jìn)智能化制造的推動(dòng)與廣泛采用。通用電氣發(fā)起工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，將兩次重大轉(zhuǎn)型變革所帶來(lái)的發(fā)展成果匯集在一起：工業(yè)革命所帶來(lái)的眾多機(jī)器、設(shè)備及制造業(yè)大軍，與IT革命帶來(lái)的運(yùn)算、信息及通訊系統(tǒng)。

德國(guó)政府提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，并在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式推出，其目的是為了提高德國(guó)工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機(jī)。該戰(zhàn)略已經(jīng)得到德國(guó)科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的廣泛認(rèn)同，弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)將其下6~7個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域的研究所引入工業(yè)4.0概念，西門子公司已經(jīng)開始將這一概念引入其工業(yè)軟件開發(fā)和生產(chǎn)控制系統(tǒng)。德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System)相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。

韓國(guó)政府則預(yù)見到以物聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的廣闊前景，持續(xù)推動(dòng)融合創(chuàng)新。2014年，韓國(guó)貿(mào)易工業(yè)能源部和韓國(guó)未來(lái)創(chuàng)造科學(xué)部分別提出“智能制造創(chuàng)新3.0計(jì)劃”和“互聯(lián)智能工廠計(jì)劃”。該計(jì)劃提出利用信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的高度融合，網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、軟件與自動(dòng)化技術(shù)的深度交織產(chǎn)生新的價(jià)值模型，在制造領(lǐng)域?yàn)檫@種資源、信息、物品和人相互關(guān)聯(lián)的智能制造全互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

近年來(lái)，黨中央和國(guó)務(wù)院提出了大力推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合，走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變和工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的戰(zhàn)略決策。2014年3月，國(guó)家主席習(xí)近平訪問德國(guó)，在《法蘭克福匯報(bào)》發(fā)表的署名文章中重點(diǎn)提到德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略。中德合作將會(huì)有更多契合點(diǎn)，獲得新動(dòng)力。2014年10月，李克強(qiáng)總理訪問德國(guó)，宣布了中德兩國(guó)將開展工業(yè)4.0合作。2011年起，重慶郵電大學(xué)與總部設(shè)在德國(guó)的國(guó)際性過程工業(yè)自動(dòng)化用戶協(xié)會(huì)NAMUR在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域展開合作，并翻譯出版了NAMUR NE133“無(wú)線傳感網(wǎng)：融合的單一標(biāo)準(zhǔn)用戶需求”等文檔。雙方在工業(yè)無(wú)線融合標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域保持了長(zhǎng)期的合作關(guān)系。2015年，雙方達(dá)成共識(shí)，將利用重慶郵電大學(xué)國(guó)家級(jí)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)國(guó)際科技合作基地及NAMUR的平臺(tái)，合作推動(dòng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)4.0的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作，進(jìn)一步推動(dòng)中德工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的合作和發(fā)展。

3 基于IP技術(shù)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)變革

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的通用體系架構(gòu)研究成為國(guó)際關(guān)注的重點(diǎn)，歐盟在FP7中設(shè)立了兩個(gè)關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的項(xiàng)目，其中SENSEI項(xiàng)目目標(biāo)是通過互聯(lián)網(wǎng)將分布在全球的傳感器與執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，IoT-A項(xiàng)目目標(biāo)是建立物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)參考模型。韓國(guó)電子與通信技術(shù)研究所（ETRI）提出了泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)（Ubiquitous Sensor Network，USN）體系架構(gòu)并已形成國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU-T）標(biāo)準(zhǔn)，目前正在進(jìn)一步推動(dòng)基于Web的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作。ISO/IEC JTC1 WG10物聯(lián)網(wǎng)工作組也正開展物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)方面的制定。

雖然通常傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)較好地滿足了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用需求，但卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)底層現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)縫融合，限制了現(xiàn)場(chǎng)層、MES、ERP的一體化信息集成。為此，國(guó)內(nèi)外就建立服務(wù)于生產(chǎn)制造的全互聯(lián)制造網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系，使信息在真實(shí)世界和虛擬空間之間智能化流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)制造的實(shí)時(shí)控制、精確管理和科學(xué)決策進(jìn)行了大量的研究與探索。目前，國(guó)內(nèi)外全互聯(lián)制造網(wǎng)絡(luò)的研究正在興起，遠(yuǎn)未形成完備的技術(shù)體系，但相關(guān)支撐技術(shù)已經(jīng)具備良好的研究基礎(chǔ)。

針對(duì)工業(yè)需求，面向廣域測(cè)控，研究突破傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)，以邊界網(wǎng)關(guān)為橋梁，建立全網(wǎng)統(tǒng)一的設(shè)備描述架構(gòu)、即時(shí)通信協(xié)議、資源管理模式、地址編碼方式的總體技術(shù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)以XML組織的設(shè)備信息、數(shù)據(jù)信息、管理信息在基于IP技術(shù)的全互聯(lián)制造網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的自由流動(dòng)；同時(shí)考慮與傳統(tǒng)非IP工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的兼容性，設(shè)計(jì)與支持FDT技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)的集成架構(gòu)，構(gòu)建全面的底層物聯(lián)網(wǎng)到互聯(lián)網(wǎng)無(wú)縫融合和集成的技術(shù)體系。

3.2 工業(yè)無(wú)線技術(shù)共存發(fā)展

工業(yè)無(wú)線技術(shù)可以以較低的投資和使用成本實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)全流程的“泛在感知”，獲取傳統(tǒng)由于成本原因無(wú)法在線監(jiān)測(cè)的重要工業(yè)過程參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)實(shí)施優(yōu)化控制，來(lái)達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能降耗的目標(biāo)。 當(dāng)前，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域已形成三大國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，分別是由我國(guó)自主研發(fā)的WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)、由ISA國(guó)際自動(dòng)化協(xié)會(huì)發(fā)布的ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)和由HART基金會(huì)發(fā)布的WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)。

ISA100（ISA100: Wireless Systems for Automation）致力于通過制定一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和技術(shù)報(bào)告來(lái)確定工業(yè)自動(dòng)化控制環(huán)境下的無(wú)線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)，是國(guó)際自動(dòng)化協(xié)會(huì)（International Society of Automation，ISA）負(fù)責(zé)工業(yè)無(wú)線技術(shù)與系列標(biāo)準(zhǔn)制定的下屬機(jī)構(gòu)?？紤]到其廣泛的覆蓋范圍，ISA100成立了若干工作組分別從事不同的具體任務(wù)。其中，制定ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)是其核心工作；ISA100 無(wú)線符合性測(cè)試機(jī)構(gòu)（Wireless Compliance Institute，WCI）負(fù)責(zé)提供ISA100 標(biāo)準(zhǔn)族的符合性認(rèn)證服務(wù)。目前，IEC已于2014年4月投票通過其成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 62734。

WirelessHART（Wireless HART）標(biāo)準(zhǔn)是HART通訊協(xié)議的擴(kuò)展，專為工業(yè)環(huán)境中的過程監(jiān)視和控制等應(yīng)用所設(shè)計(jì)。WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)是在2007年6月經(jīng)HART通訊基金會(huì)批準(zhǔn)，作為HART 7技術(shù)規(guī)范的一部分，加進(jìn)了總的HART通訊協(xié)議族中。國(guó)際電工委員會(huì)于2010年4月批準(zhǔn)發(fā)布了完全國(guó)際化的WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)IEC 62591（Ed. 1.0），是第一個(gè)過程自動(dòng)化領(lǐng)域的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

WIA-PA(Wireless Networks for Industrial Automation-Process Automation）是我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定工作同步進(jìn)行，WIA-PA國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的正式發(fā)布標(biāo)志著我國(guó)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域與世界的同步。WIA-PA已于2011年正式成為IEC 62601國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。它的研發(fā)成功，為我國(guó)推進(jìn)工業(yè)化與信息化相融合提供了一種新的高端技術(shù)解決方案，也標(biāo)志著我國(guó)在工業(yè)無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)已處于世界領(lǐng)先地位。WIAPA協(xié)議與另外兩種標(biāo)準(zhǔn)相比，在規(guī)模可擴(kuò)展性、抗干擾性和低能耗運(yùn)行等關(guān)鍵性能方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、自適應(yīng)跳頻、分簇報(bào)文聚合等方面具有創(chuàng)新性。

目前工業(yè)無(wú)線領(lǐng)域形成了ISA100.11a、無(wú)線HART、WIA-PA三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)共存的局面，由此帶來(lái)了標(biāo)準(zhǔn)之間互通性差、多標(biāo)準(zhǔn)支持設(shè)備研發(fā)周期長(zhǎng)、成本高等問題。為此，以流程工業(yè)自動(dòng)化用戶協(xié)會(huì)NAMUR為首的用戶組織經(jīng)過研究發(fā)布了NE133（無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)：對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的融合需求）報(bào)告，希望三種工業(yè)無(wú)線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)能夠融合為單一的標(biāo)準(zhǔn)，從而方便全球工業(yè)物聯(lián)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的部署。

為了響應(yīng)用戶需求，業(yè)界于2010年8月在倫敦的希思羅（Heathrow）機(jī)場(chǎng)召開了第一次融合工作組會(huì)議，工作組即以Heathrow命名。Heathrow融合工作組通過總體組和技術(shù)組兩個(gè)組開展工作。成員來(lái)自西門子，艾默生、橫河等單位，中國(guó)參與的單位包括重慶郵電大學(xué)、機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所和中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所等。

3.3 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)IP化步伐加快

單一的無(wú)線通信技術(shù)不能滿足所有需求，IP協(xié)議的優(yōu)勢(shì)使其在自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中的使用成為趨勢(shì)。雖然目前無(wú)線傳感網(wǎng)組網(wǎng)仍以非IP技術(shù)為主，但將IP技術(shù)，特別是下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6技術(shù)延伸應(yīng)用到感知層已經(jīng)成為重要的趨勢(shì)。IP網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)好處顯著，全I(xiàn)P的工廠沒有混亂的現(xiàn)場(chǎng)總線，基于互聯(lián)網(wǎng)的工廠聯(lián)網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)物聯(lián)服務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)。

利用IP技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)環(huán)境下物物相連，有以下優(yōu)勢(shì)：

? 突破傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的局限，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；

? 實(shí)現(xiàn)靈活的數(shù)據(jù)訪問；

? 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、OPC、MES和ERP無(wú)縫集成；

IPv6技術(shù)的實(shí)施可以使工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上的每臺(tái)設(shè)備都使用TCP(UDP)/IP與其他互聯(lián)網(wǎng)連接的設(shè)備進(jìn)行通信。6LoWPAN是IPv6的擴(kuò)展，允許其在低功率無(wú)線設(shè)備和有限帶寬的網(wǎng)絡(luò)，特別是IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)中使用?；ヂ?lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（ETF）積極推動(dòng)輕量級(jí)IPv6技術(shù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)的應(yīng)用，6LoWPAN、RoLL、CoAP等核心標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)基本制定完成，其中6LoWPAN協(xié)議底層采用IEEE 802.15.4規(guī)定的物理層（PHY）和媒質(zhì)接入控制（MAC）層協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層則根據(jù)節(jié)點(diǎn)資源受限和低功耗等特點(diǎn)對(duì)IPv6協(xié)議進(jìn)行了裁剪和優(yōu)化。

工業(yè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)ISA-100.11a已支持6LoWPAN協(xié)議。圍繞輕量級(jí)IPv6的互操作性測(cè)試成為產(chǎn)業(yè)界推進(jìn)重點(diǎn)，IPSO聯(lián)盟、歐盟PROBE-IT項(xiàng)目分別在全球范圍內(nèi)組織開展了互操作性。ZigBee聯(lián)盟的智能電力Smart Energy 2.0應(yīng)用框架已經(jīng)全面支持IP協(xié)議，同時(shí)聯(lián)盟還成立了IP-stack工作組以制定IPv6協(xié)議在ZigBee中的應(yīng)用方法。近日，通過IEC投票的工業(yè)以太網(wǎng)規(guī)范IEC/PAS 62953 ADS-net成為第一個(gè)支持IPv6的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。

在基于IP技術(shù)的全互聯(lián)制造網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)底層設(shè)備都有一個(gè)IP地址，能夠?qū)⑵渥陨淼臄?shù)據(jù)信息和管理信息以XML格式進(jìn)行編碼，并利用基于TCP/IP的協(xié)議進(jìn)行傳輸。底層物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間利用XML進(jìn)行信息交互，同時(shí)通過邊界網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)，XML格式的數(shù)據(jù)信息和管理信息還能夠自由流動(dòng)到MES、ERP等系統(tǒng)。這樣，MES、ERP等系統(tǒng)利用IPv6技術(shù)能夠直接尋址到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并且無(wú)需經(jīng)過控制網(wǎng)絡(luò)中間層次的處理，就能夠獲取底層物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息和管理信息，與現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備之間在邏輯層面上實(shí)現(xiàn)了基于XML的直接信息交互，從而達(dá)到了底層物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、智能設(shè)備與后臺(tái)管理系統(tǒng)之間的無(wú)縫融合與集成的目標(biāo)。工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)的重要成員，逐步向現(xiàn)場(chǎng)層延伸。

4 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

4.1 工業(yè)無(wú)線方面的應(yīng)用

目前工業(yè)無(wú)線美國(guó)和歐洲已經(jīng)部署了一些基于ISA100.11a和WirelessHART的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)，工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)WIA-PA技術(shù)是由中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所、重慶郵電大學(xué)等單位聯(lián)合研發(fā)的，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高可靠、超低功耗的工業(yè)無(wú)線技術(shù)，能夠針對(duì)應(yīng)用條件和環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，保持網(wǎng)絡(luò)性能的高可靠性和強(qiáng)穩(wěn)定性。目前，WIA-PA的應(yīng)用領(lǐng)域包括石油、石化、冶金、環(huán)保、污水處理等。

4.2 基于IPv6的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

為了在底層物聯(lián)網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)IPv6技術(shù)，重慶郵電大學(xué)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)了基于IPv6的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，包括面向底層物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的輕量級(jí)IPv6協(xié)議?！?LoWSN，目前已通過IPv6 Ready Phase II國(guó)際認(rèn)證（金色認(rèn)證）。6LoWSN分為硬件抽象層、物理層、MAC層、適配層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)管理、安全等多個(gè)組成單元。其中，硬件抽象層支持STM32、8051等多種微處理器，并支持433MHz、470MHz、780MHz、2.4GHz等多個(gè)頻段及常用射頻芯片；物理層和MAC層支持IEEE 802.15.42006標(biāo)準(zhǔn)和IEEE 802.15.4e標(biāo)準(zhǔn)；適配層支持6LoWPAN標(biāo)準(zhǔn)；網(wǎng)絡(luò)層支持冗余樹型路由協(xié)議和RPL全MESH路由協(xié)議，并具有移動(dòng)性支持協(xié)議；傳輸層支持UDP協(xié)議；應(yīng)用層同時(shí)支持面向?qū)ο蟮膽?yīng)用協(xié)議和COAP協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)管理和安全采用精簡(jiǎn)高效的輕量級(jí)傳感網(wǎng)管理協(xié)議與安全協(xié)議。目前基于IPv6的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已在環(huán)境監(jiān)視，流程自動(dòng)化監(jiān)控等應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。

4.3 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)芯片

重慶郵電大學(xué)與臺(tái)灣達(dá)盛聯(lián)合研制了全球首顆工業(yè)無(wú)線通信核心芯片——渝芯一號(hào)（UZ/CY2420），突破了工業(yè)無(wú)線領(lǐng)域中精確時(shí)間同步、確定性調(diào)度、自適應(yīng)跳信道等核心技術(shù)難題，技術(shù)水平處于國(guó)際前沿，主要技術(shù)具有領(lǐng)先性，有效推動(dòng)了工業(yè)無(wú)線融合技術(shù)的發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)制定。建立工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)國(guó)際科技合作基地有望主導(dǎo)工業(yè)無(wú)線融合技術(shù)的研究與標(biāo)準(zhǔn)制定，引領(lǐng)國(guó)內(nèi)外工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展方向。

5 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)在：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)革命。形成管理、控制、生產(chǎn)一體化系統(tǒng)，突破傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)，建立全網(wǎng)統(tǒng)一的設(shè)備描述架構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備全面的感知能力，擁有更小的體積，更高效的響應(yīng)，處理設(shè)備將會(huì)擁有更快的響應(yīng)和更加穩(wěn)定的處理能力。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)化、IP化步伐加快，針對(duì)IPv6互聯(lián)技術(shù)，探索基于IPv6的底層物聯(lián)網(wǎng)到互聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一編碼技術(shù)，研究面向無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)和智能設(shè)備的分段重組、路由等IPv6關(guān)鍵技術(shù)，建立基于IPv6的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)、骨干網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通體系結(jié)構(gòu)，提出基于IPv6的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)與全網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)安全方案。工業(yè)無(wú)線技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，目前基于WIA-PA、ISA100等面向過程自動(dòng)化的工業(yè)無(wú)線技術(shù)已經(jīng)有了解決方案，工廠自動(dòng)化的工業(yè)無(wú)線技術(shù)WIA-PA等正在推進(jìn)，工業(yè)無(wú)線技術(shù)的發(fā)展將有力支撐和推進(jìn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。