How IoT will redefine all industries
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在即將結束的2018年，工業協同、工業創新、工業網路、工業物聯網等有關工業的熱詞，依舊是物聯網行業討論的熱點話題。根據中投顧問的調查數據顯示，2017年中國工業物聯網市場規模為2,400億元。
預計2019年對岸中國工業物聯網市場規模將達到3,650億元，未來五年(2019-2023)年均複合成長率約為18.84%，2023年將達到7,280億元。台灣對於這個不管是之為競爭者或合作者，都應有深入的了解與認識。但，本文重點，在於了解工業物聯網的常見通訊協定⋯⋯
預計2019年對岸中國工業物聯網市場規模將達到3,650億元，未來五年(2019-2023)年均複合成長率約為18.84%，2023年將達到7,280億元。台灣對於這個不管是之為競爭者或合作者，都應有深入的了解與認識。但，本文重點，在於了解工業物聯網的常見通訊協定⋯⋯
數據來源：中投顧問產業研究中心
在談論融入物聯網技術後的工業具有的優勢前，首先要知道工業物聯網的基礎，以及該注意的哪些方面，最後再來探討該項技術帶來的商業模式。
六種常見的工業協議
不同設備之間的連接，關鍵在於網路互通問題，不同時期、不同品牌、不同協議的工業設備，如機床、熱處理設備、自動生產線、柔性生產線、專機設備、AGV、3D列印設備、注塑機、測量儀、機器人，乃至可穿戴設備等，都有不同格式的數據通信協議，因此，連接是一個極其複雜的過程。這裡列舉六種常見的工業協議。
1、RS232
在串行通訊時，要求通訊雙方都採用一個標準接口，使不同的設備，可以方便地連接起來進行通訊。RS-232接口是目前最常用的一種串行通訊接口。
RS-232-C是美國電子工業協會EIA(Electronic Industry Association)制訂的一種串行物理接口標準。RS-232總線標準設有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道。工業控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三條線。
通常 RS-232 接口以9個引腳 (DB-9) ，或是25個引腳 (DB-25) 的型態出現，一般個人電腦上會有兩組 RS-232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。
2、RS485
聯網通信接口，最初是數據類比信號輸出簡單過程量，後來儀表接口是RS232接口，這種接口可以實現點對點的通信方式，但這種方式不能實現聯網功能，隨後出現的RS485解決了這個問題。
485通訊接口，是對通訊接口的硬體描述，它只需要兩根通訊線，即可以在兩個或兩個以上的設備之間，進行數據傳輸。這種數據傳輸的連接，是半雙工的通訊方式。在某一個時刻，一個設備只能進行發送數據或接收數據。
而RS232是全雙工，最少3條通信線(RX、TX、GND)，因為使用絕對電壓表示邏輯，由於干擾，導線電阻等原因，通訊距離不遠，可以做到低速時幾十米。
在RS232或RS485設備聯成的設備網中，如果設備數量超過2台，就必須使用RS485做通訊媒介，RS485的設備間要想相互通信只有透過「主(Master)」設備中轉才能實現，這個主設備通常是PC，而這種設備網中，只允許存在一個主設備，其餘全部是"從(Slave)"設備。
而現場總線技術是以ISO/OSI模型為基礎的，具有完整的軟體支持系統，能夠解決總線控制、衝突檢測、鏈路維護等問題。
3、CAN
控制器局域網CAN( Controller Area Network)屬於現場總線的範疇，是一種有效支持分布式控制系統的串行通信網路。是由德國博世公司在20世紀80年代，專門為汽車行業開發的，一種串行通信總線。
由於其高性能、高可靠性以及獨特的設計，而越來越受到人們的重視，被廣泛應用於諸多領域。CAN協議分為實體層和數據鏈路層，CAN的信號傳輸採用短幀結構，傳輸時間短，具有自動關閉功能，具有較強的抗干擾能力。
CAN支持多主工作方式，並採用了非破壞性總線仲裁技術，通過設置優先級來避免衝突，通訊距離最遠可達10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可達40M /1Mbp/s，網路節點數實際可達110個。
由於CAN總線本身的特點，其應用範圍目前已不再局限於汽車行業，而向自動控制、航空航太、航海、過程工業、機械工業、紡織機械、農用機械、機器人、數控機床、醫療器械及感測器等領域發展。
4、PROFIBUS
PROFIBUS是德國標準(DIN19245)和歐洲標準(EN50170)的現場總線標準。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA系列組成。
DP用於分散外設間高速數據傳輸，適用於加工自動化領域。FMS適用於紡織、建築自動化、可編程控制器、低壓開關等。PA用於過程自動化的總線類型，服從IEC1158-2標準。
PROFIBUS是一種用於，工廠自動化車間級監控，和現場設備層數據通信，與控制的現場總線技術。可實現現場設備層，到車間級監控的分散式數位控制，和現場通信網路，從而為實現工廠綜合自動化，和現場設備智慧化，提供了可行的解決方案。該標準廣泛適用於製造業自動化、流程工業自動化和建築、交通電力等其他領域自動化。
5、ModBus
Modbus是由Modicon(現為施耐德電氣公司的一個品牌)在1979年發明的，是全球第一個真正用於工業現場的總線協議。
ModBus網路是一個工業通信系統，由帶智慧終端的可編程序控制器，和電腦透過公用線路或局部專用線路連接而成。其系統結構既包括硬體、亦包括軟體。它可應用於各種數據採集和過程監控。
ModBus網路只有一個主機，所有通信都由他發出。網路可支持247個之多的遠端從屬控制器，但實際所支持的從機數，要由所用通信設備決定。採用這個系統，各PC可以和中心主機交換資訊，而不影響各PC執行本身的控制任務。
Modbus協議，是應用於電子控制器上的一種通用語言。透過此協議，控制器相互之間、控制器經由網路(例如乙太網)和其它設備之間可以通信。
它已經成為一通用工業標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網路，進行集中監控。此協議定義了一個控制器能認識使用的消息結構，而不管它們是經過何種網路進行通信的。它描述了一控制器，請求訪問其它設備的過程，如何回應來自其它設備的請求，以及怎樣偵測錯誤並記錄。它制訂了消息域格局和內容的公共格式。
Modbus是通訊協議，而RS232、RS485只能代表通訊的實體媒介層和鏈路層。Modbus協議支持傳統的RS-232、RS-422、RS-485和乙太網設備。許多工業設備，包括PLC、DCS，智慧儀表等都在使用Modbus協議，作為他們之間的通訊標準。
6、OPC
OPC全稱是Object Linking and Embedding(OLE) for Process Control，它的出現為基於Windows的應用程序，和現場過程控制應用建立了橋梁。
在過去，為了存取現場設備的數據資訊，每一個應用軟體開發商，都需要編寫專用的接口函數，由於現場設備的種類繁多，且產品的不斷升級，往往給用戶和軟體開發商，帶來了巨大的工作負擔。
通常這樣也不能滿足工作的實際需要，系統整合商和開發商急切需要一種具有高效性、可靠性、開放性、可互操作性的即插即用的設備驅動程序，在這種情況下，OPC標準應運而生。
OPC標準以微軟公司的OLE技術為基礎，它的制訂是透過提供一套標準的OLE/COM接口完成，在OPC技術中使用的是OLE 2技術，OLE標準允許多台微機之間交換文檔、圖形等對象。
RS232、RS485是硬體接口技術，CAN、PROFIBUS是現場總線技術，ModBus是工業控制協議，OPC是網路數據接口。當然，工業協議非常多，常見的現場總線就有二十多種，若要設備彼此之間無障礙通信對話，至少需要5000種以上的通信協議，所以標準化的設備通信協議，目前來說還很難實現，這是一個漫長的過程。
安全威脅需重視
區別於傳統網路環境，物聯網面臨新的安全威脅，從感知層到應用層，對現有的技術手段和管理方式，都提出了新的挑戰。在今年1月，以色列電力供應系統，出現了史上最大規模的網路攻擊事件；4月，德國核電站負責燃料裝卸的系統遭到攻擊；10月，美國遭遇史上最嚴重「斷網」號稱Ddos攻擊；12月，烏克蘭再次遭駭客攻擊，導致電力系統中斷。據Gartner預計，到2020年，針對IoT設備的攻擊，將佔到企業遭遇攻擊總數的25%。
工業物聯網安全威脅亦是如此，安全威脅均來自各個層面，任何一個環節的防護缺失都可能導致整個系統遭受致命攻擊。
網路接入：網路接入是IIOT生態構建基礎，涉及物聯網設備感知和接入，橫跨多個網元及系統，如發生無線干擾、基地台攻擊、偽基地台篡改偽造消息、監聽終端AP通信等。
數據傳輸：承載物聯網及控制系統的關鍵數據，易被劫持、監聽、篡改和仿冒，如數據監聽、數據竊取、數據篡改仿冒、數據破譯等，會導致敏感隱私數據洩露，或重大商業損失。
智慧設備：智慧硬體及應用，是工業物聯網的基礎，面臨的安全風險分為通用和個性化兩部分，內置的系統及應用具有形態多樣、場景豐富、受眾分散等特點，是整個體系鏈內最易被攻擊的環節之一。
構成IIOT的智慧設備，假若終端DDOS被攻擊、終端惡意訪問，或繞過網路防護進行攻擊，由於廠商眾多、目標分散、防禦水平良莠不齊等原因，容易被攻擊者突破，造成整個系統的癱瘓。
構成IIOT的智慧設備，假若終端DDOS被攻擊、終端惡意訪問，或繞過網路防護進行攻擊，由於廠商眾多、目標分散、防禦水平良莠不齊等原因，容易被攻擊者突破，造成整個系統的癱瘓。
應用系統：IIOT的業務承載，也是整個體系內最易被攻擊利用的點，存在代碼、數據、業務、通訊等多方面安全風險。
涵蓋的商業模式
依據工業物聯網推出的各類解決方案，都和市場的商業模式密不可分，事實上，在設計一個解決方案時，可以將關於商業模式的構想，當做需求的一個維度加以分析，同時，解決方案的技術和經濟可行性，也會影響其對應的商業模式構建。
此外，選擇商業模式也受承載該方案的企業策略、目標市場客戶群體的偏好，和接受能力等因素影響。
此外，選擇商業模式也受承載該方案的企業策略、目標市場客戶群體的偏好，和接受能力等因素影響。
1、私有系統
這是工業物聯網領域最常見的業務模式。最早出現的場景多數來自電力、能源、市政、大型製造業等領域。在這些場景下，用戶往往是系統的唯一用戶或關鍵用戶，該方案上線對用戶主營業務的利潤、管理效率、產品品質、工作場所安全性等等的提升，來衡量解決方案的價值。
私有系統的提供者多為工業物聯網整合商，要求能為用戶提供定制化解決方案，且具備較強的客戶需求掌控能力，和產品化能力。
2、業務平台
業務平台的模式，是指那些聚焦某個，或幾個相似的，或者具有一定關聯性的業務領域，提供線上線下專業服務的物聯網平台。這些平台的業務模式，一般工業屬性較濃重，而物聯網解決方案，是作為其業務支撐體系存在的。
工業物聯網技術，是為了搭建一個資訊化的系統，對工業設備的故障、統一化管理和大數據分析等等做分析維護，這跟私有系統本質上有相似性，都體現了業務流程的特點。
3、通用平台
眾多的連接設備，讓通用平台對數據量的承載有很大要求，一般由微軟、亞馬遜等典型的大型雲計算服務商，和眾多的電信商，提供應用場景中常用技術架構的支持，如MQTT服務等，以方便用戶將物聯網解決方案，在其提供的平台上搭建。
通用平台提供的，是部署在雲端的通用技術組件，各家提供的技術組件有一定的差異性，但一般也可以劃分為數據採集、數據庫、規則引擎、發佈工具等。有的還配有設備端的數據採集技術包提供，以便在設備端就完成數據的規範化，以及實現更好的設備端和平台的保密和安全性。
4、通用組件
一些從事系統整合或自用系統的建設過程中，發現一些技術組件具有一定的通用性，從而將這些技術組件作為產品銷售。設備端的Gateway、服務端的軟體，都可以成為銷售的對象，而其他整合商可以購買這樣的產品，用於自身項目中的解決方案的實現。
很多傳統的工業控制系統提供商，都是採用的這種商業模式，因為Gateway和服務軟體的銷售模式，很像其傳統的控制器、採集器和組態軟體等產品的銷售模式，可以利用現有團隊和通路的能力。整合商在這裡仍然會扮演銷售通路的角色，因為這種模式下，交付的這些通用組件，是不能直接滿足最終用戶的需求，必須經過系統層面的二次開發。
工業物聯網解決方案的商業模式，可以有多種模式。一家工業物聯網業務的企業未必只有一種，往往同時扮演著多個角色，未來將等待眾多IIOT企業的共同參與和探索。235181219
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