工业物联网的体系架构 (1).pdfVIP

典型的物联网系统架构共有3个层次。一是感知层，即利用射频识别

（radiofrequencyidentification,RFID）、传感器、二维码等随时随地获

取物体的信息；二是网络层，通过电信网络与互联网的融合，将物体的信息

实时准确地传递出去；三是应用层，把感知层得到的信息进行处理，实现智

能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。

在工业环境的应用中，工业物联网面临着与传统的物联网系统架构两个主要

的不同点：一是在感知层中，大多数工业控制指令的下发以及传感器数据的上传

需要有实时性的要求。在传统的物联网架构中，数据需要经由网络层传送至应用

层，由应用层经过处理后再进行决策，对于下发的控制指令，需要再次经过网络

层传送至感知层进行指令执行过程。由于网络层通常采用的是以太网或者电信网，

这些网络缺乏实时传输保障，在高速率数据采集或者进行实时控制的工业应用场

合下，传统的物联网架构并不适用。二是在现有的工业系统中，不同的企业有属

于自己的一套数据采集与监视控制系统（supervisorycontrolanddata

acquisition，SCADA，在工厂范围内实施数据的采集与监视控制。SCADA系统

在某些功能上会与物联网的应用层产生重叠，如何把现有的SCADA系统与物联

网技术进行融合，例如哪些数据需要通过网络层传送至应用层进行数据分析；哪

些数据需要保存在SCADA的本地数据库中；哪些数据不应该送达应用层，它们

往往会涉及到部分传感器的关键数据或者系统的关键信息，只由工厂内部进行处

理。

工业物联网的系统架构需要在传统的物联网架构的基础上增加现场管理层。

其作用类似于一个应用子层，可以在较低层次进行数据的预处理，是实现工业应

用中的实时控制、实时报警以及数据的实时记录等功能所不可或缺的层次，如图

1所示。

图1工业物联网体系架构

1.感知层

感知层的主要功能是识别物体，采集信息和自动控制，是物联网识别物体、

采集信息的来源；它由数据采集子层、短距离通信技术和协同信息处理子层组成。

数据采集子层通过各种类型的传感器获取物理世界中发生的物理事件和数据信息，

例如各种物理量、标识、音视频多媒体数据。物联网的数据采集涉及传感器、RFID、

多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。短距离通信技术和协同信息处理子

层将采集到的数据在局部范围内进行协同处理，以提高信息的精度，降低信息冗

余度，并通过具有自组织能力的短距离传感网接入广域承载网络。感知层中间件

技术旨在解决感知层数据与多种应用平台间的兼容性问题，包括代码管理、服务

管理、状态管理、设备管理、时间同步、定位等。在有些应用中还需要通过执行

器或其他智能终端对感知结果做出反应，实现智能控制。该部分除RFID、短距离

通信、工业总线等技术较为成熟外，尚需研制大量的物联网特有的技术标准。

感知层由现场设备和控制设备组成，主要进行工业机器信息的感知以及控制

指令的下发。现场设备主要包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、RFID、

电动阀门、变送器等，这些设备直接与工业机器相连，担当着感知控制过程的末

稍机构。控制设备主要指PLC等控制器，在工业系统中，PLC等控制器用于实现

较底层的高速实时的控制功能，对于工业控制尤为重要。控制设备与现场设备组

成了现场总线控制网络，如常用的CAN总线网络、Profibus总线网络等。值得

一提的是，工业无线传感器网络WISN作为物联网技术的重要组成部分，通过网

关可与现有的现场总线网络并存。WISN以其高可靠、低成本、易扩展等优势被

广泛应用于感知层的实现中，在环境数据感知、工业过程控制等领域发挥着巨大

作用。

2.现场管理层

现场管理层主要指工厂的本地调度管理中心，即如上文所述的SCADA系统。

调度管理中心充当着工业系统的本地管理者以及工业数据对外接口提供者的角色，

一般包括工业数据库服务器、监控服务器、文件服务器以及Web