夏 虹，陳彥萍，王忠民，郭 超

（西安郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，西安710121）

·微機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信·

無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究*

夏 虹，陳彥萍，王忠民，郭 超

（西安郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，西安710121）

當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)智能化的綜合信息基礎(chǔ)設(shè)施，而實(shí)時(shí)控制、超密集、大連接等應(yīng)用場(chǎng)景都對(duì)無線移動(dòng)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)提出了新挑戰(zhàn)。無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的研究涉及很多領(lǐng)域，首先從工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景、業(yè)務(wù)模型、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)無線移動(dòng)技術(shù)的特殊要求出發(fā)，逐步解析無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)所涉及的基本概念和獨(dú)有特征；其次提出了無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)體系并進(jìn)行了詳細(xì)闡述；繼而歸納了無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵問題，并給出無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用示例；最后總結(jié)了無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)未來所面臨的挑戰(zhàn)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；無線移動(dòng)；業(yè)務(wù)模型；架構(gòu)；標(biāo)準(zhǔn)體系；協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

1 引言

2013年6月，通用電氣與亞馬遜等科技公司聯(lián)手打造未來“工業(yè)云”產(chǎn)品。利用亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等云技術(shù)，將全球運(yùn)營(yíng)的機(jī)器和設(shè)備并入到網(wǎng)絡(luò)中，并用大數(shù)據(jù)的概念和技術(shù)來處理其原始數(shù)據(jù)。通用電氣期望利用先進(jìn)的分析方法實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，由此“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”革命即將來臨[1]。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是指全球工業(yè)系統(tǒng)與高級(jí)計(jì)算、分析、感應(yīng)技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)連接融合的結(jié)果。GE認(rèn)為，通過智能機(jī)器間的連接并最終將人機(jī)相連，結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最終將重構(gòu)全球工業(yè)[2]。

無線網(wǎng)絡(luò)使用各種無線通信技術(shù)為各種移動(dòng)設(shè)備提供必要的物理接口，實(shí)現(xiàn)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)操作系統(tǒng)和移動(dòng)瀏覽器的開發(fā)，使得無線移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)具有更多的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。無線移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)具有移動(dòng)性、無線性、動(dòng)態(tài)魯棒性、多路抗干擾性等特點(diǎn)。《中國(guó)制造2025》規(guī)劃綱要明確指出，要加強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與布局，建設(shè)低時(shí)延、高可靠、廣覆蓋的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。它是物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析的結(jié)合，物聯(lián)網(wǎng)將生產(chǎn)過程中的各種要素連接起來，并實(shí)時(shí)采集它們的狀態(tài)數(shù)據(jù)，而大數(shù)據(jù)技術(shù)則對(duì)這些生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取隱含在其中的知識(shí)，進(jìn)而指導(dǎo)生產(chǎn)過程。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、柔性化，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、節(jié)約生產(chǎn)能耗、降低環(huán)境污染、增強(qiáng)創(chuàng)新等目的。因此工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與無線通信技術(shù)相結(jié)合，是《中國(guó)制造2025》實(shí)現(xiàn)的技術(shù)支撐[3-5]。

目前國(guó)內(nèi)外在無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的研究還處于起步階段，專家學(xué)者對(duì)無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究的體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化都還缺乏明細(xì)的界定。從無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念、體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化工作著手，對(duì)無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)及關(guān)鍵問題進(jìn)行論述，以期進(jìn)一步探討無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的未來研究發(fā)展。

2 相關(guān)工作

工業(yè)生產(chǎn)中信息技術(shù)的應(yīng)用正在從基于自動(dòng)化技術(shù)節(jié)省成本的時(shí)代轉(zhuǎn)向智能和價(jià)值創(chuàng)造的時(shí)代，進(jìn)而引發(fā)新一輪的全球產(chǎn)業(yè)變革。美國(guó)提出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念，而德國(guó)則推出了“工業(yè)4.0”概念，其實(shí)質(zhì)都是采用新型智能化的信息基礎(chǔ)設(shè)施連接工業(yè)系統(tǒng)中的各要素，全面采集工業(yè)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)加以分析，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程高效率、低成本以及創(chuàng)新等目的[6-7]。我國(guó)在2015年5月也出臺(tái)了《中國(guó)制造2025》規(guī)劃綱要，將實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期制約我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵共性技術(shù)的突破，保證中國(guó)未來的工業(yè)發(fā)展處于領(lǐng)先地位。

由AT&T、思科(Cisco)、通用電氣(GE)、IBM和英特爾(Intel)，成立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(Industrial Internet Consortium,IIC)。目的是通過建立開放式互通性標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)物理世界和數(shù)字世界融合，通過通用架構(gòu)的建立實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備、機(jī)器、人、流程、數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)，該架構(gòu)分為：商業(yè)視角（需求模型）、用法視角（用例模型）、功能視角（功能模型）、實(shí)現(xiàn)視角（實(shí)現(xiàn)模型、部署模型）。由德國(guó)提出的工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型，以一個(gè)三維模型展示了工業(yè)4.0涉及的所有關(guān)鍵要素，集中在產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)全過程。第一個(gè)維度借用了信息和通信技術(shù)常用的分層概念，從下到上各層代表的主要功能為：資產(chǎn)層與集成層，數(shù)字化表示現(xiàn)實(shí)世界的各種資產(chǎn)；通信層實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議；信息層包含相關(guān)的數(shù)據(jù)；功能層形式化定義必要的功能；業(yè)務(wù)層映射相關(guān)的業(yè)務(wù)流程。模型的第二個(gè)維度描述生命周期及其相關(guān)價(jià)值鏈。從規(guī)劃開始，到設(shè)計(jì)、仿真、制造、直至銷售和服務(wù)。工業(yè)4.0模型的第三個(gè)維度描述工業(yè)4.0不同生產(chǎn)環(huán)境下的功能分類，此外還在底層增加了“產(chǎn)品”層，在工廠頂層增加了“互聯(lián)世界”層。

無論是IIC還是德國(guó)提出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考體系架構(gòu)基本上都借鑒了物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究的成果。在實(shí)現(xiàn)我國(guó)提出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0和兩化融合方面，文獻(xiàn)[8-12]也做了大量工作。

3 無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)體系

無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)以智能傳感器、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)為主要內(nèi)容的多學(xué)科交叉的新興技術(shù)。目前，工廠內(nèi)采用的以太網(wǎng)和工業(yè)總線技術(shù)，采用的標(biāo)準(zhǔn)和軟件不一樣，彼此之間不能互操作，導(dǎo)致整個(gè)工業(yè)的效率無法進(jìn)一步提升。通過無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景及需求分析，制定未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)共性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是非常重要的。在新業(yè)態(tài)、新模式驅(qū)動(dòng)下，實(shí)時(shí)控制、超密集、大連接等應(yīng)用場(chǎng)景都對(duì)無線移動(dòng)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)提出了挑戰(zhàn)。因此，亟需對(duì)無線移動(dòng)支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開展系統(tǒng)性研究[13-16]。無線移動(dòng)需求對(duì)工業(yè)的支持如圖1所示。下面將從無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系、無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系、無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系三方面進(jìn)行介紹。

圖1 無線移動(dòng)需求對(duì)工業(yè)的支持

3.1 無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系

在研究了現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)對(duì)無線移動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的需求基礎(chǔ)上，提出無線移動(dòng)支持的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 無線移動(dòng)支持的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

感知與控制層：深度感知與精準(zhǔn)控制。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通和端到端的數(shù)據(jù)流。平臺(tái)層：信息融合、智慧優(yōu)化與決策。業(yè)務(wù)層：智能制造。其中涉及傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、CPS的相關(guān)技術(shù)協(xié)議等。

3.2 無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系

工業(yè)生產(chǎn)過程中的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需求是多樣的，要互聯(lián)的必然是異構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)控制要求網(wǎng)絡(luò)通信具備實(shí)時(shí)性、低時(shí)延、高可靠性和安全性。無線技術(shù)應(yīng)具備強(qiáng)的抗干擾性，全面感知工業(yè)生產(chǎn)過程需要部署大量傳感器，則要求無線通信模塊具有超密集、大連接、低成本、低功耗、廣覆蓋等特性。無線通信技術(shù)則存在頻譜資源有限、信道開放、共享、易受干擾等內(nèi)在缺陷，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)無線移動(dòng)技術(shù)尤其特殊要求：高可靠、超密集、大連接、實(shí)時(shí)性、低時(shí)延、低功耗和高安全性等。這些都給無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提出了很大挑戰(zhàn)。

提出按覆蓋范圍劃分，無線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用可分為三類：車間內(nèi)部短距離互聯(lián)的無線傳感器-執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor-Actor Network，WSAN）；廠區(qū)內(nèi)部中距離互聯(lián)的工業(yè)無線局域網(wǎng)（IndustrialWirelessLocalAreaNetwork，IWLAN）；長(zhǎng)距離互聯(lián)的工業(yè)無線廣域網(wǎng)絡(luò)（Industrial Wireless Wide Area Network，IWWAN），如圖3所示。

WSAN主要用在工廠車間內(nèi)，負(fù)責(zé)將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各類機(jī)器、設(shè)備、制造單元及生產(chǎn)線上的傳感器和執(zhí)行器連接成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備、生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。

IWLAN用于工廠廠區(qū)范圍內(nèi)，負(fù)責(zé)連接散布在工廠內(nèi)的生產(chǎn)車間網(wǎng)絡(luò)（WSAN）、辦公網(wǎng)絡(luò)、視頻設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠運(yùn)行狀態(tài)的全面感知。

IWWAN則用于更廣闊的范圍，用于實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源整合、產(chǎn)品全生命周期追蹤、提供實(shí)時(shí)產(chǎn)品和服務(wù)等。

3.3 無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系

當(dāng)前，用于WSAN的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（或標(biāo)準(zhǔn)草案）主要有：HART基金會(huì)（HART Communication Foundation，HCF）制定的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范WirelessHART；中國(guó)工業(yè)無線聯(lián)盟針對(duì)過程自動(dòng)化領(lǐng)域制定的標(biāo)準(zhǔn)WIA-PA；美國(guó)儀表自動(dòng)化協(xié)會(huì)(the International Social of Automation，ISA)提出的工業(yè)無線測(cè)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)草案ISA100.11a；以及由ABB公司主導(dǎo)的基于IEEE 802.15.1（藍(lán)牙）形成的無線傳感網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)WISA（Wireless Interface Sensor Actuator）。其中，ISA100.11a是目前國(guó)際上市場(chǎng)增長(zhǎng)率最快的工業(yè)無線技術(shù)。IWLAN的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層通常基于IEEE 802.11，包括Siemens、MOXA等公司，都以該標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)研發(fā)了大量的IWLAN設(shè)備，占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額。但是，IWLAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域目前尚無國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。由于產(chǎn)品的移動(dòng)性等原因，IWWAN通常只能采用無線通信方式，蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星通信是IWWAN的主要通信方式。在對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)研究后，從宏觀上提出無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，如圖4所示。

圖3 無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

圖4 無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系

4 無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵問題

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是要打造貫穿全層和全周期的信息數(shù)據(jù)鏈；研制可感知、可聯(lián)網(wǎng)、可控制的智能機(jī)器；構(gòu)建集數(shù)據(jù)匯集、存儲(chǔ)、處理與控制功能一體化的軟件平臺(tái)[17-20]?？梢阅殲橐韵卵芯糠较颍簾o線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)感知、無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)融合、無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)服務(wù)、安全問題等。

4.1 無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)感知

（1）無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知層的參考架構(gòu)研究

由于現(xiàn)有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知層的各種應(yīng)用和服務(wù)包含了不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、中間件和應(yīng)用函數(shù)，對(duì)各種應(yīng)用和服務(wù)的兼容性影響較大，需要建立無線移動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知層的參考架構(gòu)。研究?jī)?nèi)容包括：無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知層體系結(jié)構(gòu)理論模型、描述、分析與驗(yàn)證。

（2）無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知層的網(wǎng)絡(luò)管理研究

與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)相比，無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知層包含了新的功能單元，而現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議并沒有對(duì)這些功能單元提供支持，需要制定適合無線移動(dòng)支持下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知層管理協(xié)議。研究?jī)?nèi)容包括：現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的擴(kuò)展研究、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾硌芯?、網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議協(xié)同研究。

（3）無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知層的移動(dòng)支持研究

無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知層的移動(dòng)性可以分為4類：網(wǎng)關(guān)移動(dòng)、設(shè)備移動(dòng)、用戶移動(dòng)、環(huán)境移動(dòng)，都需要提供相應(yīng)的支持。研究?jī)?nèi)容包括：無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知層中網(wǎng)關(guān)移動(dòng)、設(shè)備移動(dòng)、用戶移動(dòng)、環(huán)境移動(dòng)的研究。

（4）無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知層的信息服務(wù)支持研究

信息服務(wù)支持包含信息描述、信息存儲(chǔ)、信息標(biāo)識(shí)、目錄服務(wù)。對(duì)感知層中傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行明確定義和描述是感知層協(xié)同工作的基本要求。研究?jī)?nèi)容包括：無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知層的信息描述、存儲(chǔ)、標(biāo)識(shí)的研究、目錄服務(wù)研究。

4.2 無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)融合

（1）基于無線移動(dòng)云服務(wù)的業(yè)務(wù)協(xié)同控制系統(tǒng)框架研究

目前以ERP和MES為代表的企業(yè)應(yīng)用已經(jīng)覆蓋企業(yè)管理、銷售、物流、設(shè)計(jì)、制造等各個(gè)環(huán)節(jié)，但各個(gè)環(huán)節(jié)上軟件工具無法靈活島、低成本島、可擴(kuò)展地進(jìn)行對(duì)接和互通，形成大量信息孤島。而工業(yè)價(jià)值鏈上應(yīng)用的互連及信息互通是工業(yè)自動(dòng)化和工業(yè)智能化的關(guān)鍵基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，因此打破數(shù)據(jù)整合壁壘是構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)端到端價(jià)值鏈的基礎(chǔ)保障。研究?jī)?nèi)容包括：面向復(fù)雜異構(gòu)的分布式工業(yè)企業(yè)應(yīng)用集成方法，系統(tǒng)互連信息粒度劃分，動(dòng)態(tài)信息流監(jiān)控與控制研究。

（2）基于SOA的分布式動(dòng)態(tài)協(xié)作監(jiān)控和控制方法研究

成熟的EAI技術(shù)雖然可以實(shí)現(xiàn)面向復(fù)雜異構(gòu)的分布式工業(yè)企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)互連，但是這種緊耦合的方法無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)性需求?？刹捎没赟OA的方法進(jìn)行分布式動(dòng)態(tài)協(xié)作監(jiān)控和控制方法研究，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和工具的有效整合，完成數(shù)據(jù)為導(dǎo)向的協(xié)作式工序設(shè)計(jì)。研究?jī)?nèi)容包括：構(gòu)建面向復(fù)雜異構(gòu)的分布式工業(yè)企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)一信息模型及數(shù)據(jù)描述，實(shí)時(shí)通信協(xié)議設(shè)計(jì)及控制網(wǎng)絡(luò)的編址與尋址設(shè)計(jì)。

（3）面向無線移動(dòng)環(huán)境的端到端數(shù)據(jù)安全研究

云端、移動(dòng)、大數(shù)據(jù)分析等各種技術(shù)因素的融合使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值日益顯現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)安全和物聯(lián)網(wǎng)安全的研究為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全提供了可借鑒的案例和方法。但是無線移動(dòng)支持下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更多的數(shù)據(jù)流動(dòng)體現(xiàn)出移動(dòng)計(jì)算的特性，特別是在物理鏈路的復(fù)雜性、服務(wù)和應(yīng)用模式的復(fù)雜性、移動(dòng)終端非可信平臺(tái)及其應(yīng)用的復(fù)雜性上面問題尤為突出。研究?jī)?nèi)容包括：構(gòu)建基于移動(dòng)計(jì)算環(huán)境的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)，滿足實(shí)時(shí)性、低能耗、管控靈活的安全通信協(xié)議和算法。

4.3 無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)服務(wù)

（1）無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法研究

工業(yè)數(shù)據(jù)來源途徑多樣，因此對(duì)于數(shù)據(jù)格式的要求和數(shù)據(jù)含義的理解都成為該項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)。包括數(shù)據(jù)預(yù)處理和緩存，不同數(shù)據(jù)源接口和不同數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換等。關(guān)鍵問題是基于語(yǔ)義的工業(yè)私有云共享集成研究，將圍繞工業(yè)私有云數(shù)據(jù)的描述、行業(yè)詞典、交互三個(gè)方面，建立工業(yè)私有云共享集成的規(guī)范式體系，提供規(guī)范化方法。

（2）無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)計(jì)算方法研究

工業(yè)云計(jì)算，針對(duì)大數(shù)量級(jí)的高效數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、工業(yè)級(jí)安全性和可靠性、實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理。關(guān)鍵問題是信息安全保障機(jī)制的研究，應(yīng)圍繞在工業(yè)過程中產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)安全、訪問權(quán)限、保密性、完整性、可靠性、真實(shí)性、可控性、信任機(jī)制等方面，建立工業(yè)信息安全的規(guī)范式體系，提供一套規(guī)范化方法。

（3）無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)分析方法研究

數(shù)據(jù)可視化和控制、數(shù)據(jù)分析挖掘、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。關(guān)鍵問題是個(gè)性化流程按需自動(dòng)生成方法的研究，將圍繞工業(yè)流程描述、個(gè)性化需求分析、流程自動(dòng)生成方法三個(gè)方面，建立工業(yè)個(gè)性化流程的規(guī)范式體系，提供一套規(guī)范化方法。

（4）無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)

工業(yè)APP利用工業(yè)設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)控制優(yōu)化反饋。從云平臺(tái)中虛擬化技術(shù)、交互技術(shù)、可靠性技術(shù)等關(guān)鍵問題進(jìn)行個(gè)性化用戶信息挖掘的研究，將圍繞工業(yè)用戶信息數(shù)據(jù)的挖掘、用戶需求數(shù)據(jù)的解讀、用戶行為畫像等方面，建立工業(yè)用戶信息畫像的規(guī)范式體系，提供一套規(guī)范化方法。

4.4 安全問題

在無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，各類終端系統(tǒng)如何借助各種異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)，并穿越中間鏈路上的防火墻及各種網(wǎng)絡(luò)限制與控制設(shè)備，最終安全地接入固網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)或其他伙伴的終端，實(shí)現(xiàn)信息獲取、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)交互等不同需求，是一個(gè)迫切需要解決的問題。針對(duì)移動(dòng)終端/網(wǎng)絡(luò)類型的不同和所面臨的不同安全需求，研究?jī)?nèi)容包括：基于移動(dòng)計(jì)算的安全策略，全方位、多層次的安全服務(wù)體系，建立移動(dòng)網(wǎng)IPsec/SSL VPN安全接入和安全短消息接入網(wǎng)關(guān)原型，建立無線終端、移動(dòng)業(yè)務(wù)和內(nèi)容的實(shí)時(shí)主動(dòng)防護(hù)與管控技術(shù)模型，研究無線網(wǎng)絡(luò)安全接入標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范及評(píng)估體系。

5 無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用示例

軌道交通行業(yè)需要在高速條件下實(shí)時(shí)進(jìn)行移動(dòng)寬帶接入。LTE憑借其覆蓋距離廣、帶寬高、并發(fā)數(shù)多、抗干擾能力強(qiáng)、安全可靠等特點(diǎn)，成為軌道交通行業(yè)無線專網(wǎng)發(fā)展新技術(shù)的選擇。無線專網(wǎng)在軌道交通行業(yè)中的應(yīng)用正面臨著諸多挑戰(zhàn)。在研究無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)及演進(jìn)策略的基礎(chǔ)上，突破相關(guān)核心技術(shù)，結(jié)合中國(guó)北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司大連廠信息化建設(shè)的實(shí)際情況，進(jìn)行了設(shè)備效能監(jiān)控平臺(tái)&IWLAN驗(yàn)證，如圖5所示。

圖5 設(shè)備效能監(jiān)控平臺(tái)&IWLAN驗(yàn)證

6 結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)智能化變革的新型智能綜合信息基礎(chǔ)設(shè)施，在新業(yè)態(tài)、新模式驅(qū)動(dòng)下，實(shí)時(shí)控制、超密集、大連接等應(yīng)用場(chǎng)景都對(duì)無線移動(dòng)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)提出了挑戰(zhàn)。因此從無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)體系、關(guān)鍵問題研究及應(yīng)用示例入手進(jìn)行了闡述，對(duì)處于起步階段的我國(guó)無線移動(dòng)支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)具有重要意義。

[1]葉佳.通用電氣與亞馬遜合作創(chuàng)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)[EB/OL]. [2013-06-19].http://www.ebrun.com/20130619/75922. shtml. Ye Jia.GE and the Amazon Cooperation create Industrial Internet[EB/OL][2013-06-19].http://www.ebrun.com/2013-0619/75922.shtml.

[2]GE公司.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：突破智慧和機(jī)器的界限[M].工信部國(guó)際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作中心,譯[S.I.],2012. GE company.Industrial Internet:Breakthrough wisdom and machine boundaries[M].International Technology Cooperation Center MinistryofEconomy,translated[S.I.],2012.

[3]General Electric(GE)and Accenture.Industrial Internet insights report for 2015［EB/OL］.［2016-06-18］.http:∥www.ge.com/digital/sites /default/files /industrial-internetinsights-report.pdf.

[4]陳淵源,吳勇毅．“中國(guó)制造2025”如何破繭解題？[J].企業(yè)管理,2015(3):20-22. Chen Yuan-yuan,Wu Yong-yi."MadeinChina2025"how to break the cocoon solving?[J].Enterprise Management,2015 (3):20-22.

[5]云晴.別樣視角切入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)[J].中國(guó)電信業(yè),2013(11): 70-71. Yun Qing.Different kind of perspective cut into Industrial Inter net[J].China Telecommunications Trade,2013(11): 70-71.

[6]DKE/DIN.The German Standardization Roadmap Industrie 4.0[R].VDE ASSOCIATION FOR ELECTRICAL,ELECTRONIC&INFORMATIONTECHNOLOGIES,2014.

[7]Communication Promoters Group of the Industry-Science Research Alliance.Securing the future of German manufacturing industry Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0[R].Final report of the Industrie 4.0 WorkingGroup.2013.

[8]李培楠,萬勁波.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與“兩化”深度融合[J].中國(guó)科學(xué)院院刊,2014(2):215-222. Li Pei-nan,Wan Jin-bo.Development of Industrial Internet and Deep Integration of Informatization and Industrialization [J].Bulletin of Chinese Academy of Sciences,2014(2): 215-222.

[9]胡晶.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0和“兩化”深度融合的比較研究[J].學(xué)術(shù)交流,2015(1):151-158. Hu Jing.A comparative study of Industrial Internet,Industrial 4.0 and Deep Integration of Informatization and Industrialization.Academic Exchange,2015(1):151-158.

[10]安琳.借鑒德國(guó)“工業(yè)4.0”加快我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)[J]．電器工業(yè),2014(7):32-34. An Lin.Reference Germany“Industrial 4.0”speed up transformation and upgrading ofthe manufacturing[J].China Electrical Equipment Industry,2014(7):32-34.

[11]賀正楚,潘紅玉.德國(guó)“工業(yè)4.0”與“中國(guó)制造2025”[J].長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2015,30(3):103-110. He Zheng-chu,Pan Hong-yu.Germany”Industry 4.0”and“Made in China 2025”[J].Journal ofChangsha University of Science and Technology(Social Science),2015,30(3): 103-110.

[12]林永青,黃少敏.“互聯(lián)網(wǎng)+”,中國(guó)版工業(yè)4.0[J].金融博覽,2015(4):42-43. Lin Yong-qing,Huang Shao-min.”Internet+”,Chinese industrial version 4.0[J].Financial View,2015(4):42-43.

[13]FANTACCI R,PECORELLA T,VITI R,et al.A network architecture solution for efficient IoT WSN backhauling: Challenges and opportunities[J].IEEE Wireless Communications,2014,21(4):113-119.

[14]CIRANI S,DAVOLIL,FERRARI G,et al.A salable and self-configuring architecture for service discovery in the Internet ofThings[J].IEEE Internet ofThings Journal,2014 (5):508-521.

[15]沈蘇彬,楊震.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念和模型分析[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,35(5):1-10. Shen Su-bin,Yang Zhen.Analysis on the concepts and models of the Industrial Internet[J].Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications(Natural Science Edition),2015,35(5):1-10.

[16]歐陽(yáng)勁松,劉丹,汪爍,等.德國(guó)工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型與我國(guó)智能制造技術(shù)體系的思考[J].自動(dòng)化博覽,2016(3): 62-65. Ouyang Jin-song,Liu Dan,Wang Shuo,et al.Consideration German Industry4.0 Reference Architecture Model and the Intelligent Manufacturing Technology System[J].Automation Panorama,2016(3):62-65.

[17]Shoumen Palit Austin Datta,Paradox to Paradigm Catalyzed by IoT[C].4th International Conference for Industry and Academia(IoT2014).London,UK,2014.

[18]Yang Wang,Peng Zeng,Xu Wang,et al.Information-centric industrial Internet of Things:service model[C].2012 IEEE International Conference on Cloud Computing and Intelligence Systems.Hangzhou,China,2012:1123-1128.

[19]王萌.傳感器+大數(shù)據(jù)：GE打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)[EB/OL]. [2012-11-30].http://www.ctocio.com/ccnews/9954.html. Wang Meng.Sensor+Big Data:GE build Industrial Internet[EB/OL].[2012-11-30].http://www.ctocio.com/ccnews/ 9954.html.

[20]王興偉,李婕,譚振華,等.面向“互聯(lián)網(wǎng)+”的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢(shì) [J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展,2016,53(4): 729-741. Wang Xing-wei,Li Jie,Tan Zhen-hua,et al.The state of the art and future tendency of“Internet+”oriented network technology[J].Journal ofComputer Research and Development,2016,53(4):729-741.

Research on Wireless Mobile Support Industry Internet

Xia Hong,Chen Yanping,Wang Zhongmin,Guo Chao

（School of Computer Science and Technology,Xi’an University of Posts and Telecommunications,Xi’an 710121,China）

The current Internet industry is the base for industrial intelligent,and the scenarios with real-time control,ultra-dense and high connectivity present new challenges forthe technologies of wireless networks and mobile.Wireless mobile support industry Internet is closely related to numerous fields.We firstly analyze the basic concepts and features of wireless mobile support industry Internet, according to the industrial application scenarios,business models and industrial special requirements of wireless mobile Internet technology.Then,we present architecture,technology and standards of wireless mobile support industry Internet.Furthermore,we describe the key problems,give application examples, and summarize the challenges of wireless mobile support industry Internet in the future.

Industrial Internet；Wireless mobile；Business model；Architecture；Standard system；Protocol standard

10.3969/j.issn.1002-2279.2017.02.009

TP393.0

A

1002-2279-（2017）02-0034-07

陜西省工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目（2016GY-092）；陜西省科技統(tǒng)籌項(xiàng)目（2016KTZDGY04-01）

夏虹（1977-），女（蒙），河北省保定市滿城縣人，博士，講師，主研方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)計(jì)算、工業(yè)大數(shù)據(jù)。陳彥萍（1979-），女，陜西省銅川市人，博士后，教授，系主任，主研方向：服務(wù)計(jì)算、工業(yè)大數(shù)據(jù)。

2016-09-06