物聯(lián)網(wǎng)（IOT）一詞通常與商業(yè)、工業(yè)和政府環(huán)境中“智能對象”之間的嵌入式機器對機器（M2M）網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)系在一起。

        物聯(lián)網(wǎng)能夠提供對連接對象的實時可視性和控制，注定會給我們的生活帶來無與倫比的透明度和效率。工業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能產(chǎn)業(yè)模式是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新高潮。因此，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展和完善。

        目前，雖然專有通信協(xié)議在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)通信中長期占據(jù)主導(dǎo)地位，但物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)不斷增長的網(wǎng)絡(luò)容量和高帶寬需求，使以太網(wǎng)成為替代傳統(tǒng)通信協(xié)議的阻力最小的升級方式。以太網(wǎng)和TCP/IP通信技術(shù)在IT行業(yè)取得了巨大成功，成為IT行業(yè)應(yīng)用中首選的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。

        近年來，由于國際現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化尚未取得預(yù)期效果，以太網(wǎng)和TCP/IP技術(shù)逐漸應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域，并發(fā)展成為一種技術(shù)趨勢。

        工業(yè)級以太網(wǎng)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用應(yīng)分為兩個方面或兩個層次。首先，工廠自動化技術(shù)與it技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合已經(jīng)成為未來制造業(yè)電子商務(wù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)的可能原型。大多數(shù)專家對自動化技術(shù)的這一發(fā)展趨勢給予了積極評價。

        另一方面，以太網(wǎng)能否廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制的底層，即設(shè)備層或現(xiàn)場層？它能否成為甚至取代現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術(shù)，成為統(tǒng)一的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)？這些問題實際上是自動化行業(yè)專家爭論的焦點。

        為了完全滿足這些要求，下一代以太網(wǎng)技術(shù)必須不斷發(fā)展，并為以下三個關(guān)鍵功能提供本機支持：

        1） 可靠性和確定性性能

        2） 精確定時和同步

        3） 安全我們將重點關(guān)注這些功能的重要性，以及它們將如何幫助以太網(wǎng)應(yīng)對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)未來將面臨的一些主要挑戰(zhàn)。

        風(fēng)險游戲：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)需要可靠性和確定性性能。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，自主的、點對點的分布式控制遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于任何消費型物聯(lián)網(wǎng)。數(shù)據(jù)采集、記錄和分析持續(xù)實時進行。使用一個比人類更快地處理任務(wù)的系統(tǒng)，在沒有人為干預(yù)的情況下可靠、安全地運行是非常重要的。

        例如，倉庫中的物料搬運設(shè)備可以感應(yīng)沿著傳送帶移動的包裹。它通過RFID標(biāo)簽或條形碼識別物料，并根據(jù)信息將物料引導(dǎo)至下一條輸送帶。通信故障可能會增加成本或威脅人員安全。

        現(xiàn)在想象一個監(jiān)控核電站結(jié)構(gòu)健康的網(wǎng)絡(luò)。錯誤檢測和可靠性需要付出更高的代價，因為在這種環(huán)境下，通信故障可能會帶來災(zāi)難性的后果，包括變電站倒塌、環(huán)境污染和死亡。

        在這些環(huán)境中，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)具有嚴(yán)格的性能和可靠性要求，包括：

        （1） 容錯（2）安全（3）低延遲（4）普遍覆蓋低功耗隨著物聯(lián)網(wǎng)加速向以太網(wǎng)過渡，他們可以使用Metro Ethernet Forum（MEF）定義的標(biāo)準(zhǔn)化和運營商級服務(wù)定義來確定“運營商級以太網(wǎng)”。這些標(biāo)準(zhǔn)尤其重要，因為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)無法承受網(wǎng)絡(luò)性能、穩(wěn)定性或服務(wù)可靠性方面的損失。我們將看到，隨著越來越多的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)，它們將尋求部署具有成本效益的運營商級設(shè)備，以滿足這些實時和高性能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

        定時和同步對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)非常重要。Ieee1588v2精密時間協(xié)議（1588或PTP）將在包括有線物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的各種下一代網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要作用。1588起源于工業(yè)自動化領(lǐng)域，它可以非常準(zhǔn)確地傳遞時間，并且可以為實時應(yīng)用程序提供準(zhǔn)確的時間（TOD）信息、時間戳輸入、調(diào)度和同步輸出。

        這種能力將最小化傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)的性能限制，如“響應(yīng)時間抖動”，它支持完全不同和分散的智能對象之間的實時通信和交互，包括自動交通管理系統(tǒng)和自動駕駛車輛到智能電網(wǎng)管理。以自動交通管理為例。1588可以為與公路和鐵路互聯(lián)的交通管理系統(tǒng)提供可視性和動態(tài)控制，允許運營商根據(jù)客流靈活調(diào)整時間表。

        同樣，在自動駕駛儀領(lǐng)域，1588可以提供實時交通和擁堵數(shù)據(jù)，并與自動駕駛車輛進行通信，以實現(xiàn)交通流的順暢。

        在整個智能電網(wǎng)中，公用事業(yè)公司可以使用1588來管理分散的能源，如風(fēng)力發(fā)電機或光伏系統(tǒng)。具有1588功能的智能電網(wǎng)還允許公用事業(yè)公司訪問實時負(fù)荷數(shù)據(jù)，并通過快速控制商業(yè)、工業(yè)和住宅環(huán)境中的現(xiàn)有電力限制系統(tǒng)，幫助它們穩(wěn)定電網(wǎng)，以應(yīng)對突然的需求高峰。

        展望未來，我們預(yù)計將更廣泛地采用支持1588時序的芯片解決方案，以滿足這些嚴(yán)格的精度要求，以及物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的特定需求，例如更小的尺寸和低功耗，并支持?jǐn)U展的溫度范圍。

        安全對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要，人們對信息安全以及保護企業(yè)和工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施免受網(wǎng)絡(luò)攻擊的意識正在增強。由于以前封閉的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和智能設(shè)備現(xiàn)在已經(jīng)與外部世界連接，因此必須制定可靠的安全策略。雖然有很多網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全模型，但我們在這個領(lǐng)域關(guān)注的焦點仍然是加密功能，因為它是確保網(wǎng)絡(luò)安全連接的最有效手段之一。

        如今，一種常用的基于網(wǎng)絡(luò)的安全協(xié)議是IPSec。IPSec在internet協(xié)議層次結(jié)構(gòu)的第3層（L3）中運行。它可以在路由網(wǎng)絡(luò)中很好地工作。然而，由于它通常需要嵌入式或?qū)Ｓ玫莫毩⒓用芤妫瑢崿F(xiàn)成本非常高。在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議層次結(jié)構(gòu)的第2層（L2）工作的另一個替代方案是IEEE802 1ae“macsec”安全標(biāo)準(zhǔn)，它與通用的“keysec”認(rèn)證密鑰協(xié)議l802 1ae相同。

        盡管它在今天還沒有得到廣泛的應(yīng)用，但它提供了一種更簡單、更高效和可擴展的選擇，因為它可以在L2層輕松且經(jīng)濟高效地實現(xiàn)。與其他基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)一樣，保護多個接入點的強大加密功能對物聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要。由于任何具有IP地址的設(shè)備在理論上都是脆弱的，連接的“東西”越多，黑客可用的訪問點就越多。

        隨著物聯(lián)網(wǎng)和我們互聯(lián)世界的進一步擴大，從工廠網(wǎng)絡(luò)到單個家用電器的任何東西都將被包括在預(yù)計750億個物聯(lián)網(wǎng)連接中，這使得可擴展且經(jīng)濟高效的安全技術(shù)變得更加關(guān)鍵。幸運的是，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）創(chuàng)造了一套最佳實踐，已成為保護系統(tǒng)免受網(wǎng)絡(luò)攻擊的事實標(biāo)準(zhǔn)。

        我們希望通過遵循這些原則，例如NIST的fips197中描述的AES加密，它將成為基于以太網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基本最低要求。此外，考慮到物聯(lián)網(wǎng)的同步要求，我們可以進一步預(yù)期，“安全1588”系列技術(shù)——即加密方法不會影響網(wǎng)絡(luò)同步——將對這些網(wǎng)絡(luò)的長期成功非常重要。工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢在于，與現(xiàn)有的通信協(xié)議相比，以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢。

        （1） 以太網(wǎng)是一個完全開放的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，不同制造商的設(shè)備可以輕松互聯(lián)。

        （2） 以太網(wǎng)可以實現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，形成一個完全開放的企業(yè)級管控網(wǎng)絡(luò)

        （3） 軟件和硬件的成本很低。由于以太網(wǎng)技術(shù)非常成熟，支持以太網(wǎng)的軟硬件受到制造商的高度重視和廣泛支持。有各種各樣的軟件開發(fā)環(huán)境和硬件設(shè)備供用戶選擇。

        （4） 通信速率很高。隨著企業(yè)信息系統(tǒng)規(guī)模和復(fù)雜性的擴大，對信息的需求也在不斷增加，有時甚至需要傳輸音頻和視頻數(shù)據(jù)。目前，通信速率為10米和100米的快速以太網(wǎng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，千兆以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟。10G以太網(wǎng)也在研究中，其速度比當(dāng)前的現(xiàn)場總線快得多。

        （5） 在這個信息瞬息萬變的時代，可持續(xù)發(fā)展?jié)摿薮?。企業(yè)的生存和發(fā)展在很大程度上取決于一個快速有效的通信管理網(wǎng)絡(luò)。信息技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展將更加迅速和成熟，這保證了以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展。

        隨著技術(shù)的成熟、交換技術(shù)的應(yīng)用和高速以太網(wǎng)的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)自動化領(lǐng)域的發(fā)展前景越來越廣闊。幾乎所有的現(xiàn)場總線系統(tǒng)最終都可以連接到以太網(wǎng)。隨著嵌入式I/O協(xié)議的發(fā)展，以太網(wǎng)控制器和IP/O控制器的實時操作越來越容易實現(xiàn)。工業(yè)以太網(wǎng)已成為控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主要發(fā)展方向，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

        從嵌入式系統(tǒng)到現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，過程控制行業(yè)和自動化行業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到以太網(wǎng)和TCP/IP的重要性。以太網(wǎng)和TCP/IP作為世界上應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將成為過程級和控制級的主要傳輸技術(shù)。帶有TCP/IP協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口現(xiàn)在用于智能設(shè)備和I/O模塊。無需任何特殊設(shè)備即可直接無縫連接到工廠信息管理系統(tǒng)。

        因此，可以說，在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)中使用工業(yè)以太網(wǎng)，將構(gòu)建一個從底層現(xiàn)場設(shè)備到先進優(yōu)化的控制層和企業(yè)管理決策層的綜合自動化網(wǎng)絡(luò)平臺，從而消除企業(yè)內(nèi)部的各種自動化孤島。

        以太網(wǎng)是21世紀(jì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的首選。它將成為控制和現(xiàn)場設(shè)備級別的標(biāo)準(zhǔn)高速工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。將工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備之間的通信已成為大勢所趨。結(jié)論隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和工業(yè)需求的快速提高，以太網(wǎng)必將進一步融入工業(yè)領(lǐng)域，推動工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的不斷完善和發(fā)展。

        然而，這也是一條任重道遠(yuǎn)、充滿機遇和挑戰(zhàn)的道路。無論如何，我們都會看到，在以太網(wǎng)絡(luò)演變?yōu)楣I(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)的過程中，只要我們把握確定性、同步性和安全性這三個要求，我們將在不久的將來看到一場“工業(yè)革命風(fēng)暴”。