企业物联网项目实施参考-阿里云开发者社区

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企业物联网项目实施参考

简介: 随着技术的普及,越来越多的企业在筹划、推进物联网领域的建设项目,另一方面越来越多的 IT 企业进入到物联网服务领域。相较于其他项目,物联网项目有其特殊性,本文旨在建立起一种实施参考,以有助于项目规划的思考、项目提案的分析、项目建设实施的有序推进等工作。
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随着技术的普及,越来越多的企业在筹划、推进物联网领域的建设项目,另一方面越来越多的 IT 企业进入到物联网服务领域。相较于其他项目,物联网项目有其特殊性,本文旨在建立起一种实施参考,以有助于项目规划的思考、项目提案的分析、项目建设实施的有序推进等工作。

理解物联网

技术领域的发展有两个特点:第一是,一批批技术人员前赴后继地推进,每个进展都是在既有技术总和的基础上增加了一层;第二是,伟大的进展是大时间尺度的回望,而每个当下的进步都微乎其微。

物联网也是类似的发展历程,很难清晰界定物联网从何而来、从何时而来,但回望过去三十年国内技术发展,其阶段性特点会很清晰。所以遥不可及或新瓶装旧酒的感觉都很常见。

物联网的含义如其字面意思,即物物之间相互联接,组成网络。怎么理解它呢?

物联网的提出是相较于互联网、移动互联网而言的。互联网诞生与普及实现了电脑与电脑的相连,进而实现了组织、岗位之间的互联互通。移动互联网技术的应用与普及则在前者基础上,增加了以手机为重要代表的移动设备的互联互通,其更深刻的影响是手机背后的人被拉入到这个网络中,手机成为人外置的连接器,人成为这个网络中重要的节点。物联网则是在这二者的基础上,旨在将万事万物都接入到这个网络中,每个节点可以是计算机、手机、人、路灯、汽车等等。

物联网的意义是什么?回望当互联网被发明的时候,我们无法准确说明和预言互联网的价值和对社会的影响,但它深刻的促进了社会的发展,移动互联网也是类似的情况。梅特卡夫定律表述为:网络价值随着用户数平方的增长而增长,即与用户数平方成正比。物联网的接入数将会远超既有接入终端的数量。

物联网的愿景是伟大的,而前进的脚步却是细无声的。抬头看看我们的工厂,不知不觉间被物联网所包围。厂门口的停车管理系统、员工的打卡签到系统、访客的授权控制系统、围墙上的边界监控系统,生产流水线上的传感器、控制器、电子看板,仓储与物流系统等等。

物联网就是如此吗?物联网的发展还在加速阶段,比如我们所津津乐道的数字孪生也只是在有限的场景应用,绝大部分设备、材料、厂房、车辆、订单、作业人员等之间的连接还很有限,彼此之间协作还很低效。这些都是未来物联网要进一步发展的方向。

在物联网概念流行之前,工业领域已有类似的网络,比如厂房内部的工业控制网络,比如汽车内部的控制网络。物联网较它们而言,接入的范围更广,同时它们也是物联网的基础。

企业物联网项目实施参考

物联网较互联网有其特殊性:

  • 网络连接稳定性、速率不稳定。
  • 终端设备多样性,算力、电力、感知力、复杂度极度层次不齐。
  • 终端维护性可能很差,可能处在人烟罕至的地方,也可能过于分散导致巡检频率极低。
  • 终端数据大部分与时间,即为时序数据,其处理业务逻辑也有很强的时间属性。
  • 终端并发模型不再与人作息有强相关性,比如设备的定时检测就没有明显的波峰波谷。

物联网的架构

物联网最核心的元素有3 个:感知、传输、处理。

  • 感知:利用传感器、摄像头等获取物体、环境等信息。
  • 传输:基于互联网、工业网络、电信网络等,将感知的信息传递给需要的节点,同时也会将控制、处理指令传递给各类各样的终端。
  • 处理:对收集到的信息进行加工、分析、存储等。

一般的物联网架构分为四层:云、管、边、端。

包括主要包括三类能力:感知、控制、交互。感知包括温感、烟感、压感、光感、流量计、红外传感、RFID标签等,控制包括伺服电机、步进电机、控制开关、PLC 等,交互包括音视频、触控、键盘、旋钮等。

是处理效率和算力的折中,常见的工控机就是一种边缘计算节点,将现场的数据采集传到后台服务最快也需要几十毫秒,有时还会出现断网的极端情况,这对于很多现场操作是无法接受,它们需要需要现场处理反馈;同时把所有数据都传输到服务中心需要的带宽可能非常大,但有效的信息其实并不多,需要在现场进行信息的过滤。边和端的区分是逻辑概念,在具体情况时,有些设备是边端一体,比如将边缘计算能力集成到摄像设备上,一个区域部署一台这样的设备,其他设备则仅拥有摄像能力。这样即拥有了边缘计算节点的计算能力,又降低了方案的造价。

是连接通道,将终端、边缘节点、云服务连接成一个整体。管包括传统的工控总线技术,也包括互联网技术、电信技术,还包括 NB-IoT、LoRa、Bluetooth 等技术。一些终端节点缺少联网能力,需要物联网网关协助其接入。

主要指物联网平台,可以自建的服务平台,可以是基于第三方厂商搭建的平台,主要完成复杂计算、大数据存储、应用支持等。

物联网项目的实施过程

物联网项目都涉及到与应用现场相结合的环节,同时涉及到软硬件一体化研发,其实施过程更复杂。下面是常规项目中会涉及到的环节,供项目设计参考。

  • 业务分析与可行性研究,包括了解既有设备、环境的摸底
  • 完成提案涉及与沟通确认
  • 根据拟建物联网工程的性质,确定所使用的周期模型
  • 需求分析,确定设计目标、性能参数
  • 根据具体情况,对现有网络进行分析
  • 逻辑网络设计(有时称为总体设计)
  • 物理网络设计(有时称为详细设计)
  • 施工方案设计(工期计划、施工流程、现场管理方案、施工人员安排、工程质量保证措施等;应用软件开发、采购方案)
  • 设计测试方案
  • 设计运行、维护方案
  • 系统开发
  • 系统试验测试
  • 现场改造升级
  • 设备分发与安装调试
  • 试运行
  • 验收
  • 正式运行与维护

物联网的技术选型

关于终端的技术选型受作业环境影响很大,比如高温作业导致很多对于加工件的数据采集需要间接采集,比如作业人员的操作模式也决定了终端的技术形态。

一些终端设备算力充裕,且业务复杂,可引入操作系统,通常使用的安卓系统,当然标准的嵌入式操作系统也可以使用,华为、阿里等也有可裁剪的嵌入系统可以使用。鸿蒙系统也值得关注。

物联网相关的通讯协议很多,既要关注其技术参数,也要关注其合规性要求,比如 NB-IoT 则需要一些接入认证。

关于数据存储,使用文件系统直接存储,还是使用 MySQL 等存储均可,同时也要关注有很多物联网专用的方案供选择,端侧的 SQLlite 很简洁,服务侧的时序数据库(如 InfluxDB)则对于时序数据插入、更新、计算都很好的优化。

关于是否使用第三方物联网平台,都建议先学习了解一些这些平台,一是帮助了解系统的范围边界,二是避免走弯路,三是可能会降低建造成本。

平台参考

阿里云物联网平台

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时序数据库 InfluxDB

InfluxDB是一种稳定可靠,可弹性伸缩的时序数据库服务。广泛应用于互联网基础资源监控,容器监控,业务运营监控分析,物联网设备远程实时监控,工业安全生产监控,生产质量评估和故障回溯。提供时序数据自动化采集,压缩存储,类SQL查询,多维聚合计算和数据可视化分析能力。

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