工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)用于在支持不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行接口。在 IT 和 OT 世界中，網(wǎng)關(guān)使許多不同的駐留架構(gòu)和協(xié)議之間的通信成為可能。他們重新打包和轉(zhuǎn)換從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，以便可以理解信息。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)功能

網(wǎng)關(guān)可能包含協(xié)議轉(zhuǎn)換器、阻抗匹配設(shè)備、速率轉(zhuǎn)換器、故障隔離器或信號(hào)轉(zhuǎn)換器等功能，以提供系統(tǒng)互操作性。本報(bào)告涵蓋的工業(yè)網(wǎng)關(guān)用于將聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（無(wú)論是否基于 IP）接入基于 IP 的網(wǎng)絡(luò)，并可能接入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，工業(yè)網(wǎng)關(guān)的功能范圍正在擴(kuò)大。歷史上主要被歸類為簡(jiǎn)單的協(xié)議轉(zhuǎn)換，具有標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)的遠(yuǎn)程可編程微處理器網(wǎng)關(guān)平臺(tái)的出現(xiàn)以及托管 IIoT 平臺(tái)代理和駐留應(yīng)用程序的能力極大地?cái)U(kuò)展了網(wǎng)關(guān)的功能配置文件。

由于關(guān)注作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的潛在用途，該報(bào)告特別關(guān)注支持基于 IP 的網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。這不包括在從屬和主控級(jí)別僅支持基于非 IP 的網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，包括許多將非基于 IP 的、通常是串行自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)相互連接的網(wǎng)關(guān)。

ARC 進(jìn)一步排除了基于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接到 PLC 背板的網(wǎng)絡(luò)接口卡。例如，不包括設(shè)計(jì)用于基于 EtherNet/IP 的 PLC 背板的網(wǎng)絡(luò)接口卡。

網(wǎng)絡(luò)路由器和交換機(jī)通常包含在網(wǎng)關(guān)范圍內(nèi)，但此類產(chǎn)品明確排除在本報(bào)告之外，并包含在單獨(dú)的 ARC 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施可交付成果中。媒體轉(zhuǎn)換器、設(shè)備服務(wù)器和專用協(xié)議轉(zhuǎn)換器同樣被排除在外。

IIoT 與自動(dòng)化網(wǎng)關(guān)

為了捕捉工業(yè)網(wǎng)關(guān)的新興功能范圍，該分析將傳統(tǒng)的自動(dòng)化協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備與新型 IIoT 網(wǎng)關(guān)設(shè)備區(qū)分開(kāi)來(lái)。簡(jiǎn)而言之，出于分析的目的，自動(dòng)化網(wǎng)關(guān)被認(rèn)為是那些在架構(gòu)堆棧的較低級(jí)別運(yùn)行并強(qiáng)調(diào)協(xié)議轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)。

另一方面，IIoT 或“云”網(wǎng)關(guān)的區(qū)別在于它們強(qiáng)調(diào)將設(shè)備數(shù)據(jù)提供給云或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的其他組件。差異化因素包括使用標(biāo)準(zhǔn)微處理器和操作系統(tǒng)，如英特爾物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，以及對(duì)具象狀態(tài)傳輸 (REST) API、消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸 (MQTT) 和其他物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集成和傳輸協(xié)議的支持。OPC UA（統(tǒng)一架構(gòu)）也可用于此目的。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的早期，許多供應(yīng)商提供其網(wǎng)關(guān)設(shè)備和他們自己的私有云之間的集成。示例包括帶有 Netbiter 及其 Argos Cloud 的 HMS Industrial Networks，以及 Digi International 及其 Device Cloud。這些產(chǎn)品以及其他類似產(chǎn)品都包含在 IIoT 類別中。

最新的 IIoT 網(wǎng)關(guān)支持能夠在邊緣執(zhí)行的更高級(jí)別 IIoT 平臺(tái)的組件。這些網(wǎng)關(guān)簡(jiǎn)化了邊緣和云之間的接口，并進(jìn)一步支持邊緣應(yīng)用程序的執(zhí)行，例如分析。這些邊緣平臺(tái)代理的示例包括 GE 的 Predix Machine，它位于其現(xiàn)場(chǎng)代理網(wǎng)關(guān)和合作伙伴設(shè)備中，以及思科的非捆綁 IOx 平臺(tái)駐留在其 8x9 系列路由器和合作伙伴產(chǎn)品中。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)類型

本報(bào)告從所服務(wù)的從屬網(wǎng)絡(luò)和主控網(wǎng)絡(luò)的角度介紹了網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)。由于對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重視，所有的主網(wǎng)絡(luò)必須是基于IP的，不包括串行和其他非IP主網(wǎng)絡(luò)。按網(wǎng)絡(luò)類型劃分的類別包括：

• 無(wú)線從設(shè)備到以太網(wǎng)主設(shè)備（任何類型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，包括 Wi-Fi、WirelessHART 或藍(lán)牙等個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）

• 其他從站到以太網(wǎng)主站（通常是串行自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)）

• 無(wú)線從屬到無(wú)線主控（同樣可以是任何類型的無(wú)線，但通常是藍(lán)牙或等同于 Wi-Fi）

• 蜂窩（蜂窩網(wǎng)絡(luò)的任何類型的從屬設(shè)備）

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān) CPU 架構(gòu)

中央處理單元 (CPU) 是基于微處理器的網(wǎng)關(guān)內(nèi)的電子電路或“芯片”，它執(zhí)行基本的算術(shù)、邏輯、控制和輸入/輸出 (I/O) 操作。英特爾、ARM 和飛思卡爾是最受歡迎的工業(yè)網(wǎng)關(guān)芯片供應(yīng)商。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng) (OS) 管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，并為應(yīng)用程序提供通用服務(wù)。由于必須能夠在網(wǎng)關(guān)中執(zhí)行的邊緣駐留應(yīng)用程序的趨勢(shì)，操作系統(tǒng)是工業(yè)網(wǎng)關(guān)領(lǐng)域的重要區(qū)別因素。Linux 目前是 IIoT 網(wǎng)關(guān)提供商中最受歡迎的操作系統(tǒng)，但 Windows 10 正在成為另一種選擇，尤其是在那些使用微軟 Azure 云的客戶中。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)IPv6 支持

互聯(lián)網(wǎng)上的每臺(tái)設(shè)備都分配有一個(gè) IP 地址，用于識(shí)別和定位。Internet 協(xié)議版本 6 (IPv6) 提供了更大容量的地址空間，用于識(shí)別和定位聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)并通過(guò) Internet 路由流量。

128 位 IPv6 是由 Internet 工程任務(wù)組 (IETF) 開(kāi)發(fā)的，當(dāng)時(shí)它的前身 IPv4 下可用的地址數(shù)量顯然即將耗盡。這兩種協(xié)議并非設(shè)計(jì)為可互操作的，但存在軟件和產(chǎn)品以允許主機(jī)和支持各自協(xié)議的接口之間進(jìn)行通信。

在撰寫(xiě)本文時(shí)，大多數(shù)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)不支持 IPv6。然而，許多新的 IIoT 網(wǎng)關(guān)確實(shí)如此。

蜂窩網(wǎng)關(guān)的速度

無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)通過(guò)固定位置的收發(fā)器（稱為小區(qū)站點(diǎn)或基站）運(yùn)行。單個(gè)蜂窩站點(diǎn)提供對(duì)有限區(qū)域的覆蓋，而蜂窩站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)提供對(duì)大地理區(qū)域的覆蓋。由于個(gè)人手機(jī)的使用，大多數(shù)人都知道蜂窩網(wǎng)絡(luò)，但蜂窩網(wǎng)絡(luò)也廣泛用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理各種設(shè)備。

大多數(shù)工業(yè)蜂窩網(wǎng)關(guān)目前在 3G 或 4G LTE 上運(yùn)行。4G 一詞是指蜂窩網(wǎng)絡(luò)的第四代數(shù)據(jù)技術(shù)。首字母縮略詞 LTE 代表長(zhǎng)期演進(jìn)，是手機(jī)和其他移動(dòng)設(shè)備高速數(shù)據(jù)的技術(shù)流程的縮寫(xiě)。新的 LTE M 技術(shù)專為互聯(lián)網(wǎng)通信而設(shè)計(jì)。

支持工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

將從屬網(wǎng)絡(luò)連接到以太網(wǎng)骨干網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)可以支持一種可用的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。存在許多這樣的協(xié)議，但目前大多數(shù)設(shè)備支持

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)用于 EtherNet/IP 或 PROFINET。

工業(yè)網(wǎng)關(guān)外形

外形尺寸是指網(wǎng)關(guān)的大小、形狀和物理占用空間。許多工業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備以 DIN 導(dǎo)軌或機(jī)架/面板安裝形式出售。嵌入在無(wú)風(fēng)扇工業(yè) PC 或 HMI 等終端設(shè)備中的網(wǎng)關(guān)是另一種選擇。在后一類中，僅包括由同時(shí)銷售獨(dú)立設(shè)備的供應(yīng)商銷售的嵌入式網(wǎng)關(guān)。僅銷售嵌入式產(chǎn)品的供應(yīng)商被排除在本研究之外。

工業(yè)網(wǎng)關(guān)危險(xiǎn)場(chǎng)所分類

I 類危險(xiǎn)場(chǎng)所是指空氣中可能存在足夠數(shù)量的易燃?xì)怏w或蒸氣而導(dǎo)致爆炸或點(diǎn)燃的場(chǎng)所。II 類場(chǎng)所含有可燃粉塵。III 類位置是存在可燃纖維或碎屑的區(qū)域，這取決于所處理、存儲(chǔ)或加工的材料類型。

除了危險(xiǎn)場(chǎng)所的類型外，美國(guó)國(guó)家電氣規(guī)范 (NEC) 還關(guān)注存在這些危險(xiǎn)的條件類型。NEC 已將正常條件指定為 1 區(qū)和異常 2 區(qū)。I 類、II 類和 III 類危險(xiǎn)場(chǎng)所可以是 1 區(qū)或 2 區(qū)。

工業(yè)網(wǎng)關(guān)環(huán)境評(píng)級(jí)

工業(yè)環(huán)境可能含有灰塵和液體。可能需要保護(hù)設(shè)備以防止這些污染物進(jìn)入。美國(guó)使用國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì) (NEMA) 的環(huán)境評(píng)級(jí)。歐洲和其他全球地區(qū)使用國(guó)際電工委員會(huì) (IEC) 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和“IP 代碼”。

IP20 至 IP40 等級(jí)類似于 NEMA 1（通風(fēng)）通用規(guī)范。IP65 類似于 NEMA 4 的防塵防滴規(guī)格。IP67 類似于 NEMA 6 防塵和防水規(guī)范。ARC 對(duì)不符合上述 IEC 分類之一的設(shè)備使用“其他”分類。