工业物联网网关如何连接IT/OT世界？

　　根据《2023-2027年物联网网关市场报告》，价值90亿美元的工业物联网(IIoT)网关市场在2021年至2022年期间经历了加速增长，并将在几个有利因素的支持下继续增长。

　　工业物联网网关通过在底层OT设备与IT设备或云之间安全有效地共享数据，实现IT和OT的融合，通常作为四种更广泛的物联网架构之一实施。

　　工业物联网网关在安全、边缘计算和存储等方面取得了多项进展。

　　为什么这很重要?

　　对于物联网厂商来说：当前IT/OT融合的趋势下，存在着更持久的市场机会。

　　对于物联网采用者：部署正确的工业物联网网关并正确配置它对于无缝的IT/OT融合非常重要。

　　工业物联网网关正在成为IT和OT融合的结合点。

　　工业物联网网关：市场和角色

　　由思科、西门子、研华和MOXA等企业引领的工业物联网网关市场从2021年到2022年显著加速，增长约14.7%，达到8.6亿美元，占整个物联网网关市场的38%，我们预计至少到2027年将持续增长。推动这一增长的因素包括以下几点：

　　连接未连接的：许多企业正在用传感器和控制器改造其旧设备，使用工业物联网网关执行必要的协议和数据转换，并将数据传输到IT端点。

　　软件应用正在迁移：拥有联网设备的企业正在将一些关键应用转移到云端，工业物联网网关逐渐成为信息进出工业场所的主要连接点。一些应用现在也在网关本身上本地运行。

　　更强大的硬件：具有嵌入式多核处理器、人工智能芯片组和安全元件的新型增强型网关，可实现更快、更安全的数据处理和传输到IT端点或云。

　　这些因素反映了我们的评估，即工业物联网网关正在成为IT和OT融合的结合点。

　　注意：当我们提到工业物联网网关时，我们指的是将传感器、工业物联网设备和工业设备连接到云或本地服务器或在不同工业网络上运行的plc/ipc的(加固)硬件。

　　工业物联网网关如何连接IT和OT世界

　　许多企业维护的传统设备没有传感器或控制设备。即使传统设备具有本地连接的传感器或控制器，例如工厂车间的人机界面或平板电脑，它也可能不提供连接选项，或使用终端设备的消息传递协议用途。同时，拥有物联网设备的企业可能希望在传输数据之前将数据移至外部，例如，移动到远程IT设备或云，或增强本地数据计算以实现自动响应。

　　在此类情况下，工业物联网网关可以通过I/O模块主站，以无线或有线方式与独立或集成传感器连接，以将数据传输到IT或云服务器。如下所述，它们适合工业物联网解决方案中的许多架构。

　　物联网架构内的工业物联网网关

　　无论企业构建还是购买物联网解决方案，该解决方案都将与物联网架构保持一致，以收集数据并将数据传输到端点。虽然直接传感器到云架构不需要使用工业物联网网关，但工业物联网网关通常存在于四种一般类型的物联网架构中。

　　1.传感器/设备到PLC/IPC到IIoT网关到云

　　在现有自动化硬件的工业环境中，传感器/设备到PLC/IPC、IIoT网关到云架构非常常见。现场传感器或执行器连接到I/O模块主站。这些I/O模块主机将数据传输到本地PLC或IPC。然后，PLC/IPC连接到工业物联网网关，作为PLC/IPC与云之间的桥梁。

　　这种架构可能非常强大，但也存在潜在危险。从技术上讲，工业物联网网关可以配置为远程访问位于PLC/IPC下方的整个架构。虽然此设置允许任何数据在IT和OT之间流动，从而实现任何可想象的用例，但它也具有最大的潜在攻击面，例如，在安全架构配置错误的情况下。

　　2.传感器、I/O模块、物联网网关、云

　　在传感器到I/O模块主机到物联网网关到云架构中，简单的传感器连接到I/O模块主机。然后，I/O模块主机使用有线或无线连接标准将数据传输到工业物联网网关，绕过任何PLC或IPC。事实证明，这种架构在多个传感器排列成集群的场景中非常有效，I/O模块主站充当每个传感器集群的中心节点，通过工业物联网网关高效收集数据并将数据传输到云端。

　　3.设备中的传感器到物联网云网关

　　在设备到物联网网关到云架构中的传感器中，配备单个或多个板载传感器的设备，直接连接到物联网网关。这种架构通常部署在使用非独立物联网设备的地方，即不能自己连接到互联网的设备。

　　4.传感器到物联网网关到云

　　在传感器到物联网网关到云架构中，工业物联网网关可以直接连接传感器和云服务器。例如，在改造资产上的特定传感器时，可以发现这种架构，希望绕过所有其他现有网络。

　　工业物联网网关功能的进步

　　随着工业物联网网关在工业物联网解决方案中变得越来越普遍，它们已经能够为用户提供更多服务。一般来说，工业物联网网关通常提供8个关键功能：

　　● 协议转换

　　● 数据管理

　　● 设备管理

　　● 计算

　　● 沟通

　　● 资源管理

　　● 安全管理

　　● 管理服务质量

　　随着工业物联网网关市场的增长，这些功能也得到了发展。以下只是一些进步的例子。

　　安全管理

　　随着连接设备数量的不断增加，网络攻击和未经授权的访问的风险变得更加显著。对于希望将工厂设备连接到外部IT或云服务器的企业来说尤其如此。幸运的是，为了应对这些风险，工业物联网网关供应商正在积极地将安全功能整合到他们的产品中，并遵守特定于行业的法规和标准，允许OT监控和控制安全地存在于策略和访问控制层之后。

　　一个值得注意的系列标准是IEC62443，于2021年批准，它指导所有IEC62443认证的产品从设计的早期阶段就坚持特定的产品开发要求。这套标准已成为许多国家/地区的强制性技术要求，越来越多的客户要求制造商提供其工业物联网设备的安全级别证明。

　　除了标准之外，工业物联网网关越来越多地结合硬件安全性，在处理器内或PCB/模块上使用嵌入式安全元素作为可信平台模块(例如TPM2.0)。

　　计算

　　物联网网关总体上趋向于具有更强的处理能力。在工业解决方案中，这有助于企业将数据处理和计算移向解决方案的边缘(更靠近数据收集点)，从而节省带宽和通信能力，并释放IT和云服务器来管理其他任务。此外，将人工智能芯片组集成到一些物联网网关中，以促进边缘计算已成为一种趋势。

　　实时处理和自动化数据的能力对企业的利润意义重大，工业机器人和许多实时系统之间的毫秒级延迟，可能是安全隐患和生产流水线之间的差异。

　　数据和资源管理

　　本地数据存储有助于实现边缘数据处理。此外，由于网络连接有限或需要更有效地使用IT设备，一些工业用例可能需要在传输到IT或云服务器之前对数据进行排序和分析。

　　对本地数据存储的需求导致物联网网关上普遍采用eMMC闪存和SSD解决方案。在2022年年中，罗布斯特尔推出了三款基于arm的工业物联网网关，它们具有不同的DDR和eMMC尺寸，以满足应用需求。几个月后，企业宣布推出IOT-GATE-RPI4，这是一款基于Raspberrypi的工业物联网网关，可提供高达128GB的eMMC内存和mPCIe插槽，可将SSD存储扩展至256GB。其他例子包括MOXA的AIG-301系列工业物联网网关，具有16gbeMMC和百通的HirschmannOpEdge-8D，具有64gbSSD闪存。

　　设备管理

　　借助集成存储，可以将应用容器化以部署在物联网网关上，包括设备管理软件。传统上，在物联网网关上部署应用涉及将它们直接安装在设备的操作系统上，这在可扩展性、灵活性和易于管理方面存在局限性。然而，企业越来越多地将容器化作为工业物联网网关上应用的部署策略，提供Kubernetes等平台和Docker等运行时。这些技术提供了一种创建轻量级且隔离的运行时环境(称为容器)的方法，其中应用程序可以跨各种平台和环境一致地运行。

　　许多网关oem厂商也在建立应用商店，其中有数百个现成的应用，终端用户可以将其部署到他们的网关和云中，例如博世力士乐的ctrlX商店、西门子的工业边缘市场和研华的WISE-Marketplace。

　　工业物联网网关的主要优势

　　在对65个案例研究的分析中，我们根据各种用例确定了工业物联网网关实现的许多好处。以下是企业列举的3个主要好处。

　　1.更好的IT/OT集成

　　事实上，这是实施工业物联网网关的一个关键目标，我们的分析表明，许多企业已经实现了这一目标。IT/OT集成的一个共同目标是远程监控和响应。

　　2.降低人工成本

　　工业物联网网关通常用于自动化目的，因此可以减少人工成本、人力和人为错误。尽管Vitesco通过4ZeroBox应用减少了50%的体力劳动需求，但哥伦比亚钢铁制造商Corpacero在与Senzary合作，部署用于预测性维护和远程机器管理的RotaryIQ和InsightsIQ解决方案后，削减了与维修劳动力相关的成本。

　　3.节约能源

　　企业能源管理分析软件提供商Wattics与Kontron合作，在客户现场使用Kontron的KBoxa-101作为WatticsSentinel软件的中心“边缘节点”。它连接到当地能源电网和哨兵电网，促进仪表配置，可靠的数据收集，预处理，压缩和安全通信。

　　物联网网关市场前景

　　随着许多企业寻求改造设备或增强物联网解决方案，我们看到工业物联网网关市场在2018年至2022年间稳步增长(复合年增长率为8.1%)，特别是从2021年到2022年加速增长。我们评估这一趋势将持续下去，因为制造和某些应用中的用例仍然需要实时处理、低延迟和安全的数据处理。此外，以下5个趋势在《2023-2027年物联网网关市场报告》中进行了更深入的讨论，支持这一评估：

　　● 物联网网关正变得更加模块化，使工业物联网网关供应商能够提供一系列选项和配置，以满足客户需求并实现轻松的可扩展性。

　　● 物联网网关支持更多无线连接选项，例如采用eSIM/iSIM技术的安全蜂窝解决方案，使工业物联网网关能够在扩展的操作范围内处理多个连接设备。

　　● 工业物联网网关供应商正在合作结合硬件和软件解决方案，简化部署并降低成本。

　　● OT硬件开始整合，例如，I/O模块主设备转向工业物联网网关

　　● 工作负载虚拟化，例如虚拟PLC允许IPC和IIoT网关执行以前与其他硬件紧密耦合的任务。

　　工业物联网网关在弥合传统机械与现代系统之间的差距，在促进改造和安装方面发挥着关键作用。随着各行业努力实现OT设备的全球连接和集中管理，工业物联网网关将继续在整合不同地点的运营方面发挥重要作用。

　　这对物联网网关供应商意味着什么

　　物联网网关供应商应根据报告的调查结果问自己5个关键问题：

　　● 我们的工业物联网网关是否仍然符合更新的安全标准?

　　● 我们的客户是否需要边缘人工智能功能作为一般产品?

　　● 我们是否探索过本地数据存储选项来增加计算量，同时减少延迟?

　　● 我们应该将边缘工业物联网应用容器化吗?如果有，是怎么做到的?

　　● 我们的通用解决方案是否能够为客户实现无缝IT/OT集成?如果不是，我们是否应该专注于为客户量身定制解决方案?

　　这对物联网采用者意味着什么

　　根据报告的调查结果，物联网采用者应该问自己5个关键问题：

　　● 我们是否评估了各种可用的工业物联网网关，及其对我们整体物联网战略的潜在影响?

　　● 我们正在使用哪种物联网架构?工业物联网网关能提供改进吗?

　　● 我们当前的工业物联网网关是否符合当前的安全标准?如果没有，我们需要进行哪些更新才能满足这些标准?

　　● 我们是否评估了边缘计算可能带来的好处，例如，基于数据在本地自动控制?

　　● 我们是否应该利用本地数据存储和容器化应用来更好地管理和更新设备?