作者：Sophia
物聯網智庫 整理發布
工業4.0時代，如果說數據是新型石油，那么工業物聯網網關(IIoT網關)就是運輸這一寶貴資源的管道。
復雜工業現場往往面臨多種系統、接口、協議、軟件、平臺等難以整合對接的問題，而IIoT網關則扮演著連接物理設備和云平臺的橋梁角色，從各種設備收集數據進行預處理，然后傳輸到云端進行進一步分析，從而為企業實現智能化、自動化和數據驅動決策提供了強有力的支持。
近日，知名研究機構IoT Analytics和 ARC Advisory Group 相繼發布了有關IIoT網關的分析報告，本文將提煉其中的精華和關鍵結論。
IIoT網關市場持續增長
IoT Analytics發布的《2023-2027 年物聯網網關市場報告》顯示：
由思科、西門子、研華和MOXA等公司引領的IIoT網關市場從 2021 年到 2022 年實現了加速增長，增長約 14.7%，達到 8.6 億美元(約62億人民幣，占整個物聯網網關市場的 38%)。
IoT Analytics還預計這種增長將至少持續到 2027 年，推動這種增長的動力來自以下幾點：
連接未連接的設備。許多公司正在將其傳統設備升級為帶有傳感器和控制器的設備，這個過程需要使用IIoT網關執行必要的協議和數據轉換，并將數據傳輸到IT端點。
軟件應用正在遷移。擁有互聯設備的公司正在將一些關鍵應用轉移到云端，IIoT網關逐漸成為信息進出工業場所的重要樞紐，甚至一些應用現在也在網關上本地運行。
ARC Advisory Group 的最新報告《IIoT網關和路由器市場研究》同樣指出，隨著邊緣技術的完善、潛在用例的擴展以及試點項目開始規模化，IIoT網關和路由器的格局正在不斷發展。
ARC研究副總裁Chantal Polsonetti對此表示：“IIoT網關和路由器是數字化轉型的關鍵推動者，使行業能夠利用邊緣計算、軟件創新和先進連接的潛力，提高效率、生產力和卓越運營。由專用圖形處理器驅動的人工智能等增強型邊緣計算應用正在重新強調硬件能力。”
另有分析文章指出，IIoT網關市場增長的動力來自于其推動企業創新的潛力。新式IIoT網關通過集成人工智能 (AI)、機器學習 (ML) 和區塊鏈等各種技術的平臺，為智能工廠和工業 4.0 的發展鋪平道路。這種集成使企業能夠探索新的運營模式，創造創新的產品和服務，并重新定義客戶體驗。
IIoT 網關如何橋接 IT 和 OT 世界?
IT和OT的融合一直是工業物聯網領域老生常談的話題，IoT Analytics在報告中指出，IIoT 網關正在成為 IT 和 OT 融合的結合點。
許多公司運維的傳統設備沒有傳感器或控制設備，即使其中部分具有本地連接的傳感器或控制器，例如工廠車間的人機界面或平板電腦，也可能不提供連接選項或使用終端設備(如 IT 服務器或云)的消息傳遞協議用途。同時，擁有物聯網設備的公司可能希望將數據傳輸到工廠外部(例如傳輸到遠程IT設備或云)或在傳輸數據之前增強本地數據計算以實現自動響應。
此種情況下，IIoT 網關可以通過 I/O 模塊主站以無線或有線方式與獨立或集成傳感器連接，將數據傳輸到 IT 或云服務器。如下所示，IIoT網關常見于4種物聯網典型架構中。
來源：IoT Analytics
1. 傳感器/設備-PLC/IPC-IIoT網關-云
在現有自動化硬件的工業環境中，從傳感器/設備到 PLC/IPC到IIoT 網關再到云的架構非常常見。現場傳感器或執行器連接到 I/O 模塊主站，主站將數據傳輸到本地 PLC 或 IPC，然后PLC/IPC 連接到 IIoT 網關，IIoT 網關充當 PLC/IPC 和云端之間的橋梁。
這種架構可能非常強大，但也存在潛在危險。從技術上講，IIoT網關可以配置為遠程訪問PLC/IPC下層的整個架構。雖然這種配置允許任何數據在IT和OT之間流動，從而可以實現任何可想象的用例，但它也具有最大的潛在攻擊面(可能是整個設施)，例如在配置了錯誤的安全架構的情況下。
2. 傳感器-I/O 模塊-物聯網網關-云
在從傳感器到 I/O 模塊主站到物聯網網關再到云的架構中，簡單的傳感器連接到 I/O 模塊主站，然后I/O 模塊主站使用有線或無線連接標準繞過 PLC 或 IPC將數據傳輸到 IIoT 網關。
事實證明，這種架構在多個傳感器集群的場景中非常有效——I/O 模塊主站充當每個傳感器集群的中心節點，通過 IIoT 網關高效收集數據并將數據傳輸到云端。
3. 設備中的傳感器-物聯網網關-云
在從設備中的傳感器到物聯網網關再到云的架構中，配備單個或多個板載傳感器的設備直接連接到IIoT網關。這種架構通常部署在使用非獨立物聯網設備(即無法自行連接到互聯網的設備)的地方。
4. 傳感器-物聯網網關-云
在從傳感器到物聯網網關再到云的架構中，IIoT網關可直接實現傳感器和云服務器之間的連接。例如，當改造資產上的特定傳感器(例如用于狀態監測的傳感器)并希望繞過所有其他現有網絡(不干擾它們并產生新的安全風險)時，可以考慮這種架構。
IIoT 網關功能的“進化”
隨著 IIoT 網關在工業物聯網解決方案中變得越來越普遍，它們已經能夠為用戶提供更多服務。一般來說，IIoT 網關通常提供 8 項關鍵功能：
協議轉換
數據管理
設備管理
計算
溝通
資源管理
安全管理
管理服務質量
隨著IIoT 網關市場的持續增長，這些功能也得到了進一步的迭代和“進化”。
1.IIoT網關安全管理功能的重要性進一步增強
隨著連接設備數量的不斷增加，網絡攻擊和未經授權訪問的風險變得越來越大——對于希望將工廠設備連接到外部 IT 或云服務器的公司來說尤為如此。為了應對這些風險，IIoT 網關供應商正在積極地將安全功能整合到其產品中，并遵守行業特定的法規和標準，從而允許 OT 監控和控制安全地駐留在策略和訪問控制層后面。
值得注意的標準是于 2021 年批準的IEC 62443系列標準，其為不同網絡安全用例定義了不同的安全級別，并規定了實施并維護電子安全工業自動化和控制系統的要求和流程，可以說是衡量工業網絡安全的準繩。
這套標準已成為許多國家/地區的強制性技術要求，必維國際檢驗集團網絡安全主管 Pascal LeRay 表示，“越來越多的客戶要求制造商提供其工業物聯網設備的安全級別證明。”
在IoT Analytics的研究中，IIoT網關公司指出了在其產品中納入安全標準的重要性。Teltronic首席執行官 Juan Ferro 表示，“Teltronic將行業網絡安全風險事件視為改進自身產品和相關流程的機會”，他補充說，先發制人地采用安全標準使其領先于行業里的其他公司。
除了標準，IIoT 網關也越來越多地融入硬件安全性，在處理器內或PCB/模塊上使用嵌入式安全元件作為可信平臺模塊(例如TPM 2.0)。 例如，Ultratronik 的A1 物聯網網關集成了NXP 的EdgeLock SE051安全元件和Eurotech的RELIAGATE 10-14系列，保持IEC 62443-4-1、-4-2和PSA Level 1認證，并采用 TPM 2.0 安全芯片組(英飛凌可信平臺模塊SLM 9670)。
2.IIoT網關趨向于更強的數據處理能力
在工業解決方案中，更強的處理能力有助于公司將數據處理和計算移向解決方案的邊緣(更靠近數據收集點)，從而節省帶寬和功率，并釋放 IT 和云服務器來管理其他任務。此外，正如前文所述，將人工智能芯片組集成到物聯網網關中以促進邊緣計算已成為一種趨勢。
實時處理和自動化數據的能力對公司意義重大，正如一位高級副總裁所說：“工業機器人和許多實時系統之間的毫秒延遲，可能就是一條高效裝配線和安全隱患之間的區別。”
一個值得注意的例子是研揚科技的AIOT-AVID 物聯網視頻分析網關，它集成了英特爾的Myriad X 視覺處理單元 (VPU)。
3.IIoT網關對本地數據和資源管理的需求增強
本地數據存儲有助于實現邊緣數據處理。此外，由于網絡連接有限或需要更有效地使用 IT 設備，一些工業用例可能需要在傳輸到 IT 或云服務器之前對數據進行排序和分析。對本地數據存儲的需求導致了eMMC閃存和SSD解決方案在物聯網網關上的普遍應用。
2022 年中，魯邦通推出了三款基于ARM的 IIoT 網關，具有不同的 DDR 和 eMMC 尺寸，以滿足應用需求。幾個月后，Compulab發布了IOT-GATE-RPI4，這是一款基于 Raspberry Pi 的 IIoT 網關，可提供高達 128 GB 的 eMMC 內存和 mPCIe 插槽，用于將 SSD 存儲擴展至 256 GB。其他示例包括MOXA 的AIG-301 系列IIoT 網關(配備 16 GB eMMC)和Belden 的Hirschmann OpEdge-8D(配備 64 GB SSD 閃存)。
4.容器化成為在IIoT網關上部署應用的重要策略
借助集成存儲，可以將應用程序容器化以部署在物聯網網關上，包括設備管理軟件。傳統上，在物聯網網關上部署應用程序涉及將它們直接安裝在設備的操作系統上，這在可擴展性、靈活性和易于管理方面存在局限性。然而，越來越多的公司將容器化作為 IIoT 網關上應用程序的部署策略，提供Kubernetes 等平臺和Docker等運行時。這些技術提供了一種創建輕量級且隔離的運行時環境的方法，其中應用程序可以在各種平臺和環境中一致運行。
許多網關 OEM 廠商也在構建包含數百個現成應用程序的應用程序商店，最終用戶可以將這些應用程序部署到其網關(以及云端)，例如博世力士樂的 ctrlX 商店、西門子的Industrial Edge Marketplace和研華的WISE -市場。
基于部署IIoT網關的眾多優勢，一些公司已經獲得了顯著受益：
更好的IT/OT集成：Vitesco Technologies Italy 使用Zerynth 的4ZeroBox，這是一種用于實時監控和預測性維護的本地 IIoT 系統。該解決方案使Vitesco能夠提前24小時預測氣動閥故障，從而減少了裝配停機時間并提高了生產率。
降低人工成本：Vitesco 通過 4ZeroBox 應用程序減少了 50% 的人工勞動需求;哥倫比亞鋼鐵制造商Corpacero在與Senzary合作部署用于預測性維護和遠程機器管理的 RotaryIQ 和 InsightsIQ 解決方案后，降低了與維修人工相關的成本。
節能降耗：企業能源管理分析軟件提供商Wattics 與控創合作，使用控創的 KBox A-101 作為客戶現場 Wattics Sentinel 軟件的中央“邊緣節點”。它連接到當地能源電網和 Sentinel 網格，促進儀表配置、可靠的數據收集、預處理、壓縮和安全通信。
寫在最后
面對越來越卷的IIoT網關市場，網關供應商如果想要做出差異化競爭優勢，可以詢問自己5個關鍵問題：
我們的 IIoT 網關是否符合最新的安全標準?
我們的客戶是否需要邊緣人工智能功能作為一般產品?
我們是否探索過本地數據存儲選項來增加計算量，同時減少延遲?
我們應該將邊緣 IIoT 應用程序容器化嗎?如果是這樣，怎么辦?
我們的通用解決方案是否能夠為客戶實現無縫 IT/OT 集成?如果不是，我們是否應該專注于為客戶量身定制解決方案?
與之相對，工業物聯網解決方案的部署者同樣需要詢問自己 5 個關鍵問題：
我們是否評估了各種可用的 IIoT 網關及其對我們整體 IoT 戰略的潛在影響?
我們正在使用哪種物聯網架構?IIoT 網關可以提供改進嗎?
我們當前的 IIoT 網關是否符合當前的安全標準?如果沒有，我們需要進行哪些更新才能滿足這些標準?
我們是否評估了邊緣計算可能帶來的好處(例如，基于數據在本地自動控制)?
我們是否應該利用本地數據存儲和容器化應用程序來更好地管理和更新設備?
如果能夠清晰地回答以上問題，IIoT網關的價值才得以真正釋放~
參考資料:
https://iot-analytics.com/vital-role-of-industrial-iot-gateways-bridging-it-ot/
https://www.automation.com/en-us/articles/august-2023/industrial-iot-gateways-routers-market-expands
https://www.rad.com/how-choose-right-industrial-iot-gateway
