EC-IoT解決方案
華為技術(shù)有限公司
網(wǎng)絡(luò)行業(yè)應(yīng)用篇/智能化生產(chǎn)
1 概述
1.1 背景
全球行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮孕育興起，掀起了新一輪產(chǎn)業(yè)變革浪潮。這一波浪潮的顯著特點(diǎn)是將“物”納入智能互聯(lián)，觸發(fā)產(chǎn)業(yè)服務(wù)及商業(yè)模式創(chuàng)新，并對價(jià)值鏈、供應(yīng)鏈和行業(yè)生態(tài)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響；然而，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，不同行業(yè)，不同應(yīng)用場景各異，據(jù)第三方分析機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，到2020年將有超過500億的終端與設(shè)備聯(lián)網(wǎng),未來超過50%的數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)分析、處理與儲(chǔ)存,如何解決海量終端的聯(lián)接和管理，海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和處理，成為保障行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的現(xiàn)實(shí)難題。
1.2 實(shí)施目標(biāo)
EC-IoT解決方案的目標(biāo)是通過邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)豐富的工業(yè)接口采集工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)提供豐富的虛擬化技術(shù)（VM，容器），快速集成第三方工業(yè)APP，采用基于云管理架構(gòu)的敏捷控制器對百萬級網(wǎng)關(guān)進(jìn)行統(tǒng)一管理，遠(yuǎn)程管理容器和APP應(yīng)用，業(yè)務(wù)遠(yuǎn)程下發(fā)和升級，對接業(yè)界主流合作伙伴云平臺(tái)（GE，IBM，霍尼韋爾等），可實(shí)現(xiàn)對工業(yè)產(chǎn)品可預(yù)測性維護(hù)方案，降低運(yùn)維成本，提供創(chuàng)新增值業(yè)務(wù)，助力行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
1.3 適用范圍
EC-IoT解決方案包括終端通信模塊（PLC-IoT/RF 6LowPan），邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)（AR502系列產(chǎn)品），邊緣計(jì)算核心板（HiGrid T1和EC Core-L-1）和敏捷控制器（Agile Controller），其中終端通信模塊支撐終端層設(shè)備間的智能互聯(lián)，邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)對這些設(shè)備進(jìn)行智能管理，而敏捷控制器通過開放的API與合作伙伴們的行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行對接，EC-IoT解決方案主要應(yīng)對兩類業(yè)務(wù)場景：
? 工業(yè)物聯(lián)：預(yù)測性維護(hù)，保障高價(jià)值設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)，比如梯聯(lián)網(wǎng)解決方案；
? 電力物聯(lián)：從人工轉(zhuǎn)為自動(dòng)化，提升運(yùn)營效率，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，比如AMI解決方案。
1.4 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中的位置
EC-IoT解決方案適用于圖1中1-6場景。基于EC-IoT解決方案提供的高可靠、低時(shí)延的數(shù)據(jù)傳輸保障，并通過豐富的虛擬化技術(shù)使能第三方工業(yè)APP快速部署，通過基于云管理架構(gòu)的敏捷控制器對百萬級網(wǎng)關(guān)進(jìn)行統(tǒng)一管理。
圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)示意圖
2 需求分析
全球行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型掀起了萬物智能互聯(lián)，觸發(fā)產(chǎn)業(yè)服務(wù)及商業(yè)模式創(chuàng)新，并對價(jià)值鏈，供應(yīng)鏈和行業(yè)生態(tài)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，然而，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)龐大而負(fù)責(zé)的系統(tǒng)，在行業(yè)規(guī)模化應(yīng)用落地過程中需要解決3大核心問題，首先是傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)僅具備聯(lián)接功能，數(shù)據(jù)分析依賴云或者人工，缺乏邊緣計(jì)算能力，第二是海量設(shè)備管理難，分布散，運(yùn)維難度大，最后是部署環(huán)境復(fù)雜，特別生產(chǎn)現(xiàn)場，電力，樓宇新老設(shè)備并存環(huán)境惡劣，接口&協(xié)議各異，聯(lián)接難度大。
3 解決方案
3.1 方案介紹
EC-IoT解決方案主要包含以下創(chuàng)新點(diǎn)：
1) 創(chuàng)新應(yīng)用邊緣計(jì)算架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)分析和智能決策,具備邊緣計(jì)算能力的物聯(lián)網(wǎng)關(guān),可靈活搭載輕量級數(shù)據(jù)分析模型進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)分析APP，第一時(shí)間進(jìn)行故障隱患預(yù)判，發(fā)現(xiàn)潛在故障，或者執(zhí)行本地控制策略，毫秒級響應(yīng)；
2) 百萬級終端云管理，降低運(yùn)營成本50%，敏捷控制器可實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)以及海量物聯(lián)終端的云端管理，云管理可對物聯(lián)網(wǎng)從規(guī)劃、部署到運(yùn)維的全生命周期管理，結(jié)合可視化管理組件，全網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，海量設(shè)備即插即用，業(yè)務(wù)自動(dòng)化部署，大幅縮短業(yè)務(wù)上線時(shí)間，降低運(yùn)營成本50%以上；
3) 豐富的工業(yè)接口和協(xié)議，廣泛的行業(yè)適配性，工業(yè)級設(shè)計(jì)，適配不同行業(yè)場景，寬溫，防塵放水，17+ IoT接口&行業(yè)協(xié)議（RF/Zigbee/RS232/RS485等），獨(dú)有PLC-IoT，支持PLC-IoT/RF雙模，配用電設(shè)備可靠監(jiān)控；
4) 開放生態(tài)，加速行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新，EC-IoT解決方案通過技術(shù)創(chuàng)新，提供豐富的開放接口API/eSDK和通用協(xié)議與不同合作伙伴的行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)開放對接，構(gòu)建廣泛的行業(yè)適應(yīng)性，開發(fā)更多契合行業(yè)場景，深度定制化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。另一方面，借助云管理的開放平臺(tái)，也為行業(yè)客戶提供了基于云服務(wù)的全新商業(yè)模式，提供遠(yuǎn)程預(yù)測性維護(hù)、增值業(yè)務(wù)運(yùn)營等服務(wù)，擴(kuò)展了行業(yè)價(jià)值鏈，加速行業(yè)智能化，服務(wù)化轉(zhuǎn)型。
3.2 系統(tǒng)架構(gòu)
本解決方案的總體架構(gòu)如圖2所示：
圖2 EC-IoT解決方案總體架構(gòu)
聯(lián)接層：
? 通信模塊（PLC-IoT，RF等），集成在傳感器和終端內(nèi)，使其具備通信能力；
? 邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)聯(lián)接傳感器和終端，采集數(shù)據(jù)，內(nèi)置虛擬化技術(shù)，支撐工業(yè)APP快速集成；
云管理：
? 敏捷控制器統(tǒng)一管理邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，并對內(nèi)部VM和容器以及工業(yè)APP進(jìn)行端到端生命周期管理；
? 第三方工業(yè)云平臺(tái)（GE，SAP，IBM，霍尼韋爾等），通過API與敏捷控制器對接；
行業(yè)應(yīng)用：
? 第三方應(yīng)用廠商提供的預(yù)測性維護(hù)等應(yīng)用，通過控制器快速部署到邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)中，并且與云端的應(yīng)用協(xié)同。
3.3 功能設(shè)計(jì)
圖3 EC-IoT解決方案全家福
EC-IoT解決方案產(chǎn)品主要包含AC控制器、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，通信模塊，如表1所示：
表1 EC-IoT解決方案組成
部件 | 產(chǎn)品 | 功能說明 |
控制器 | Agile controller-Campus | 千萬級終端統(tǒng)一云管理，靈活擴(kuò)容 標(biāo)準(zhǔn)開放架構(gòu)，快速行業(yè)集成 行業(yè)化IoT組件，適配不同行業(yè)場景 |
全系列邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān) | 包含： 電力物聯(lián)網(wǎng)：AR530/AR501C/AR501X 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：AR502/AR509 /AR550/AR2500/AR1500 城市物聯(lián)網(wǎng)：AR501L/AR501S/AR502 | 工業(yè)級設(shè)計(jì)，寬溫運(yùn)行，防塵防水，惡劣環(huán)境適應(yīng) 豐富協(xié)議&接口（17+)，適配不同行業(yè)應(yīng)用 支持邊緣計(jì)算，本地業(yè)務(wù)毫秒級響應(yīng) |
ARDCM通信模塊 (HUAWEI Inside) | PLC-IoT/RF 6LoWPAN | PLC-IoT，強(qiáng)抗干擾，2Mbps，單跳1KM， 15級中繼 靈活外置/內(nèi)置通 (PLC-IoT/RF/DI/DO/RS485…) 開放集成，支持二次開發(fā)，快速適配行業(yè)終端 |
3.4 安全及可靠性
EC-IoT解決方案通過四重安全機(jī)制全面保障業(yè)務(wù)可靠性：
1) OS級：系統(tǒng)包含多種安全組件，保障終端安全；
2) 芯片級：TPM安全芯片保證設(shè)備安全啟動(dòng)和數(shù)據(jù)安全加密；
3) 管道級：構(gòu)建安全的VPN隧道，確保數(shù)據(jù)傳輸安全；
4) 平臺(tái)級：設(shè)備通過安全證書認(rèn)證機(jī)制接入，保障接入有效性。
3.5 開放性設(shè)計(jì)
EC-IoT被集成整體架構(gòu)如圖4，可以分為從水平角度看被集成和從垂直行業(yè)角度看被集成兩大類：
圖 4 EC-IoT被集成整體架構(gòu)
從水平方案角度看被集成，可以分為：
1) AC-IoT北向開放：通過AC-IoT的北向與第三方進(jìn)行集成；
2) 網(wǎng)關(guān)容器開放被集成：網(wǎng)關(guān)如AR502系統(tǒng)，以整機(jī)方式，在整機(jī)上通過容器內(nèi)開放接口，第三方APP運(yùn)行在容器內(nèi)的方式進(jìn)行被集成；
3) 核心板被集成：網(wǎng)關(guān)不以整機(jī)方式，而是核心板給整機(jī)廠商開發(fā)硬件整機(jī)，第三方在核心板上容器內(nèi)開發(fā)自己的應(yīng)用；
4) 頭端模塊透傳：頭端模塊與其他廠家的設(shè)備（如DCU）集成，模塊提供數(shù)據(jù)透傳接口與底板上軟件通信；
5) 尾端模塊透傳：尾端模塊與其他廠家的終端（如電表）集成，尾端模塊與頭端模塊一起提供數(shù)據(jù)透傳通道，將報(bào)文透傳給終端設(shè)備；
6) 頭端SDK：提供SDK，供第三方廠家基于SDK開發(fā)自己的軟件，運(yùn)行在EC-IoT模塊上；
7) 尾端SDK：提供SDK，供第三方廠家基于SDK開發(fā)自己的軟件，運(yùn)行在EC-IoT模塊上。
從垂直行業(yè)角度看被集成，可以分為：
1) AMI解決方案被集成
2) 梯聯(lián)網(wǎng)解決方案被集成
3) 國網(wǎng)配變被集成
4) PLC-IoT跨行業(yè)復(fù)制
4 成功案例
EC-IoT解決方案在迅達(dá)梯聯(lián)網(wǎng)可預(yù)測性維護(hù)等項(xiàng)目中規(guī)模部署：
1) 降低運(yùn)維成本50%。自動(dòng)化的電梯運(yùn)營管理，降低人工巡檢次數(shù)，管理效率提升；
2) 業(yè)務(wù)中斷時(shí)間降低90%。從被動(dòng)等待到主動(dòng)上報(bào)，從人員現(xiàn)場排除到在線提前分析，故障排除更及時(shí)；
3) 前瞻性維護(hù)提升安全性，降低故障率。智能的電梯平臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，構(gòu)建部署智能應(yīng)用，提前對電梯健康度評估并及時(shí)保養(yǎng)，將安全隱患消除于萌芽，延長電梯壽命和保障乘客安全；
4) 開放架構(gòu)，便于電梯廠商提供廣告媒體及數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)，為電梯廠商提供了一種新的商業(yè)模式創(chuàng)新。