由约翰尼方，产品经理和帕特里克·博尔，产品经理，MOXA
工业自动化供应商需要针对机器对机器(M2M)通信进行优化的嵌入式计算平台。为行业设计物联网云的基本挑战包括协商IT和IA技术之间的划分。
工业自动化协议是对连接到各种现场总线，输入/输出配置中，串行接口和网关装置的质量的适当运作的基础。但对于大多数的IT工程师，整个现场显得深奥和神秘。
另一方面，使用防火墙和vpn保护网络，防止数据包丢失或节点故障，以及无线通信带来的各种各样的问题，是IT行业的典型挑战，但工业自动化(IA)工程师宁愿避免这些挑战。
今天，当建立一个工业M2M网络时，最大的挑战是它的大规模分布式性质:一个需要数年时间的逐步过渡几乎没有什么价值。物联网的部署必须足够迅速，以维持投资价值，但所使用设备的庞大数量和范围使得快速完成全部安装几乎是不可能的。
每个单独的车站都需要专门技术人员。他们必须是能力的电工，以及网络设计师，以杂耍多种协议，界面和通信媒体的细节。不幸的是，很少有IT专业人员曾与工业自动化网络共同的协议和接口合作，并且人们的体验有限的体验设置输入/输出站或配置传感器。
因此，连接层的有效软件自动化是至关重要的：首先，帮助部署可能最终包含数十万个节点的设备，而第二，以使男女和女性安装这些设备的学习曲线。透明自动化工业自动化设备的推出和简化网络部署的软件工具对于管理IOT网络部署的任何人都很重要。
工业级重，企业级挑战
另一种方式，其中IoT网络与消费网络不同的是它们严格的可用性和可靠性要求。工业M2M系统为智能交通系统，或智能电网，每年24/7，365天运营。在任何时候，网络必须能够在网络边缘的远程站上调用，并命令它们进行调整，返回数据或执行维护检查。
显然，不能连续多年可靠地维护网络连通性的设备对网络管理员来说没有价值。类似地，网络上的所有设备都必须能够提供用于预防性维护的关键信息，并响应各种常见的网络挑战，如节点故障、网络拥塞和无线重新关联。为了获得最可靠的性能、网络冗余、自动连接检查、预防性维护例程和有效维护，必须尽可能深入地将监控和控制协议集成到硬件级别。
最后，存在数据完整性和网络安全的相关问题。授权，访问和计费控制对于M2M网络势在必行;通过敌对党对大型分布式工业网络的非法进入具有明显的，可能的致命后果。IoT网络必须支持最强可能的加密和访问控制。同样，对整个网络的会计控制不仅对网络本身的监控和管理很重要，而且有助于预防性维护，以及对怀疑的入侵或其他安全漏洞进行取证分析。
When combined with modular computing platforms, like Moxa’s DA series of rackmount servers or the UC series of universal computers for embedded and edge solutions, software enhancements allow secure, reliable, highly automated deployments of massively distributed networks like those now envisaged by smart grid solutions providers, traffic systems engineers or residential solar power providers.
总的来说，这些迫切需要做的工作很多，直到最近，还没有达到一个阶段，即M2M通信网络可以被认为是可行的。然而，现在情况发生了变化，IT/IA的融合以一种安全、可靠、成本效益高的方式实现了这两个技术领域，这已经变得相对容易实现。
收敛解决方案的融合技术
在构建工业物联网网络时，必须解决的总体技术挑战可以分为三个关键方面:
•网络拓扑结构(以及它与设备部署和工程的关系)
•网络节点和边缘站的部署、设置和维护
•整体监测和控制
乍一看，将网络简单地划分为两个维度的两个层次:网络/流程和边缘/核心。然而，这将忽略自动化和优化的一些重要机会。
首先，网络的物理设备最好分成三个同心圆层:核心层、连接层和终端边缘站，几乎所有远程处理数据和事件都将在这里生成。Edge设备将包括传感器、自动计量基础设施、用于控制和监控的嵌入式计算机，以及将所有这些设备绑定在一起的网关，以实现不同部件之间的有效通信。接下来的问题是:自动化和设备工程如何加快和简化M2M的部署、监控和管理?
从这个角度观察，很明显，考虑如何更好地优化配置的效率时，在工业自动化和控制能给予最大价值的主要领域是在连通性和边缘层。
在边缘通过串行协议和接口进行通信的设备的设置和安装应该是自动化的，以便配置任务(如寻址、标记和逻辑编程)可以减少到几秒钟内设置数百个设备的过程，不需要具有低级编程语言经验的技术人员。
现场总线协议需要由一个中央控制站支持、集中和管理。在理想的情况下，技术人员只需要连接一个设备，测试接口，以验证通信链路已经建立，并由远程控制中心自动检测、配置和初始化设备。
为了将网络划分成两个尺寸（网络/过程中，边缘/芯）的两层，错过自动化和优化的重要机会。网络的物理设备最好分成三个同心层：核心，连接层和端子边缘站，在那里几乎所有的远程过程的数据和事件将会产生。
互联互通的透明度
通过有效的工程和设计，连接层中的计算平台和网络节点可能会减少到一个几乎透明的自动化部署、监控和管理层。嵌入式计算平台可以设计成具有各种通信接口，具有监控和自动响应通信和连接层变化的软件特性。
交换机和路由器应该是远程配置，支持一个强大的实现SNMP的，可以触发自动报警，定期服务记录和详细的诊断报告。蜂窝站应该能够自动重新关联的每当链路出现故障，而所有其它无线链路的ZigBee，蓝牙，802.11，或子千兆赫应设有类似的可靠性和可用性。与有效冗余环骨架-是否超过NPL，BPL或有线以太网加上高度冗余的，快速反应无线网格拓扑中，M2M网络可以虚拟保证恒定的，与任何相关联的边缘站高度可用的链接。
在M2M网络中，中央控制、监视和管理解决方案通常是由终端用户或合同系统集成商构建和维护的定制包。
如果设计了适当的直观控制，集成了连接和边缘层优化，网络和边缘设备的部署可以简化为一个简单的过程:远程技术人员插上电源，中央控制看到它亮起来，然后快速点击几下鼠标，控制中心就可以设置标签、寻址、逻辑配置和其他自动化维护和管理过程。
简化开发和适应的灵活性
为了保证网络的可定制性和灵活性，应该在谨慎的地方使用开放平台。Linux/GNU和其他开源方法为物联网集成提供了一个优秀的平台，并可能可靠地支持RISC和x86平台。这些软件系统提供了强大的安全性(对于数据完整性和AAA协议)，同时提供了一个完全开放的系统，允许在任何子系统过程上进行定制、优化和特性开发，无论子系统过程是低级还是高级。
Linux/GNU系统还提供了两个额外的优势:以包过滤、防火墙、vpn和可用的最强RSA加密形式的强大安全性，以及使终端用户能够逃脱专有锁定。因此，当使用像Debian这样的开源/免费软件解决方案时，系统集成商和最终用户都会受益。
软件优化都没有，但是，唯一的考虑因素。组成物联网网络的物理设备也必须被专门设计为可定制性，安全性，可靠性和部署灵活性。对于嵌入式计算机，设有像模块化设计允许最终用户在网络中的设备适应特定角色，甚至重新利用在一个过时的角色正在使用的装置。各种通信模块必须是可用的，以及：紫蜂，以太网/ IP，802.11，蜂窝和纤维。
指导物联网平台工程的5个原则
考虑到所有这些观察结果，在构建物联网系统时应省略嵌入式计算平台的明确愿景。
1.的IoT联网设备应符合的灵活性，可靠性和安全性最严格的标准，从所述物理硬件，然后向上移动通过每一个网络层，对进入的用户空间。
2.自动配置，设置和嵌入式计算机和其他边缘设备的整体部署的软件优化是有效的IOT架构的关键组件。
3.M2M网络平台的所有元素都应该容易集成到高级定制物联网实现中，以帮助网络的管理、维护和管理。在最高的中央管理层，智能电网物联网解决方案将与智能交通系统几乎没有共同之处，而太阳能农场解决方案将区别于两者。物联网平台不应干涉构建客户设想的最终解决方案的工作，但应以各种可能的方式协助实现该目标。
4.一种的IoT网络平台必须使连接层尽可能透明，有效地将边缘和芯部之间的网络的中间部分成一个黑盒子，利用该系统集成商和应用工程师永远不需要关心自己。
5.边缘和核心之间的通信必须可靠地处理所有数据，而不管网络的健康状况如何。这意味着边缘和核心之间的异步加密传输，具有强大的故障安全机制，以保证数据的物理完整性。
应从系统范围内使用的任何用于IOT部署的计算平台或网络设备，其中每个设备被视为相互支持的互锁整体的一部分，而不是作为单个One Off网络工具。
例如，……
随着IA工程师知道，当强制在最低编程层工作时，远程I / O网关的配置（用于自动报警和事件触发器）是费力的。类似地，现场总线设备或无线寻址和故障转移的设置可以同样是SIXOME。这是将自动特性推出到网络的非常边缘的情况下是有用的并且可以提供成本效益的系统。以这种方式，可以有效地和快速地配置群众的边缘设备，以大大减少对用户输入的需要。
MOXA软件与集成，自动化设置和管理实用程序平台如何把配置和维护的工作纳入系统设计和部署的背景的例子：
MXconfig是一个质量配置工具，可以将100个开关的配置速度提高10倍。
•MXview使用SNMP自动发现、查询和配置边缘设备(包括设置OPC 2.0标签)，然后自动将结果组装成有线环的可视化。
•虚拟进程监控接口Synmap也使用SNMP作为通用控制协议，可用于编写任何支持它的设备的脚本，无需进一步编译或低级调整。
•Smart Recovery是一个自动的、bios级别的系统重写实用程序，允许管理员触发整个软件系统的远程重写，或配置远程设备，以便在计划时间或关键事件中实现完全自动化的恢复。因为Smart Recovery是在BIOS级别操作的，所以它可以恢复已经损坏到无法启动的系统。
• Moxa’s DA-Center automates the setup and administration of databases, easing the conversion and display of field data and simplifying connectivity setup with edge I/O, while Active OPC Server delivers asynchronous, event-driven push communications—from the edge to the core—for remote I/O devices, while enabling DHCP addressing on remote ioPAC units.
•对于蜂窝无线连接，OnCell Central Manager和GuAranLink确保可以设置具有隐藏地址的蜂窝节点以便与核心直接通信，同时在站故障的情况下提供网络关联回退。
When combined with modular computing platforms, like Moxa’s DA series of rackmount servers or the UC series of universal computers for embedded and edge solutions, these software enhancements allow secure, reliable, highly automated deployments of massively distributed networks like those now envisaged by smart grid solutions providers, traffic systems engineers or residential solar power providers.
这些是创建专门为工业云解决方案设计的虚拟化连接层的早期、强有力的步骤。所涉及的自动化简化了工业网络和边缘设备的部署、设置和管理，同时在中央核心巩固和简化了它们的管理。通过要求定制的软件解决方案与网络、I/O和嵌入式计算平台的关键硬件优化仔细集成，工业云工程师将能够放下连接集成和低级编码的工作，集中精力开发最有效的系统，以满足他们的需求。
了下:设计世界文章，网络•连接•现场总线
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