作者：Sophia
物联网智库 整理发布
工业4.0时代，如果说数据是新型石油，那么工业物联网网关(IIoT网关)就是运输这一宝贵资源的管道。
复杂工业现场往往面临多种系统、接口、协议、软件、平台等难以整合对接的问题，而IIoT网关则扮演着连接物理设备和云平台的桥梁角色，从各种设备收集数据进行预处理，然后传输到云端进行进一步分析，从而为企业实现智能化、自动化和数据驱动决策提供了强有力的支持。
近日，知名研究机构IoT Analytics和 ARC Advisory Group 相继发布了有关IIoT网关的分析报告，本文将提炼其中的精华和关键结论。
IIoT网关市场持续增长
IoT Analytics发布的《2023-2027 年物联网网关市场报告》显示：
由思科、西门子、研华和MOXA等公司引领的IIoT网关市场从 2021 年到 2022 年实现了加速增长，增长约 14.7%，达到 8.6 亿美元(约62亿人民币，占整个物联网网关市场的 38%)。
IoT Analytics还预计这种增长将至少持续到 2027 年，推动这种增长的动力来自以下几点：
连接未连接的设备。许多公司正在将其传统设备升级为带有传感器和控制器的设备，这个过程需要使用IIoT网关执行必要的协议和数据转换，并将数据传输到IT端点。
软件应用正在迁移。拥有互联设备的公司正在将一些关键应用转移到云端，IIoT网关逐渐成为信息进出工业场所的重要枢纽，甚至一些应用现在也在网关上本地运行。
ARC Advisory Group 的最新报告《IIoT网关和路由器市场研究》同样指出，随着边缘技术的完善、潜在用例的扩展以及试点项目开始规模化，IIoT网关和路由器的格局正在不断发展。
ARC研究副总裁Chantal Polsonetti对此表示：“IIoT网关和路由器是数字化转型的关键推动者，使行业能够利用边缘计算、软件创新和先进连接的潜力，提高效率、生产力和卓越运营。由专用图形处理器驱动的人工智能等增强型边缘计算应用正在重新强调硬件能力。”
另有分析文章指出，IIoT网关市场增长的动力来自于其推动企业创新的潜力。新式IIoT网关通过集成人工智能 (AI)、机器学习 (ML) 和区块链等各种技术的平台，为智能工厂和工业 4.0 的发展铺平道路。这种集成使企业能够探索新的运营模式，创造创新的产品和服务，并重新定义客户体验。
IIoT 网关如何桥接 IT 和 OT 世界?
IT和OT的融合一直是工业物联网领域老生常谈的话题，IoT Analytics在报告中指出，IIoT 网关正在成为 IT 和 OT 融合的结合点。
许多公司运维的传统设备没有传感器或控制设备，即使其中部分具有本地连接的传感器或控制器，例如工厂车间的人机界面或平板电脑，也可能不提供连接选项或使用终端设备(如 IT 服务器或云)的消息传递协议用途。同时，拥有物联网设备的公司可能希望将数据传输到工厂外部(例如传输到远程IT设备或云)或在传输数据之前增强本地数据计算以实现自动响应。
此种情况下，IIoT 网关可以通过 I/O 模块主站以无线或有线方式与独立或集成传感器连接，将数据传输到 IT 或云服务器。如下所示，IIoT网关常见于4种物联网典型架构中。
来源：IoT Analytics
1. 传感器/设备-PLC/IPC-IIoT网关-云
在现有自动化硬件的工业环境中，从传感器/设备到 PLC/IPC到IIoT 网关再到云的架构非常常见。现场传感器或执行器连接到 I/O 模块主站，主站将数据传输到本地 PLC 或 IPC，然后PLC/IPC 连接到 IIoT 网关，IIoT 网关充当 PLC/IPC 和云端之间的桥梁。
这种架构可能非常强大，但也存在潜在危险。从技术上讲，IIoT网关可以配置为远程访问PLC/IPC下层的整个架构。虽然这种配置允许任何数据在IT和OT之间流动，从而可以实现任何可想象的用例，但它也具有最大的潜在攻击面(可能是整个设施)，例如在配置了错误的安全架构的情况下。
2. 传感器-I/O 模块-物联网网关-云
在从传感器到 I/O 模块主站到物联网网关再到云的架构中，简单的传感器连接到 I/O 模块主站，然后I/O 模块主站使用有线或无线连接标准绕过 PLC 或 IPC将数据传输到 IIoT 网关。
事实证明，这种架构在多个传感器集群的场景中非常有效——I/O 模块主站充当每个传感器集群的中心节点，通过 IIoT 网关高效收集数据并将数据传输到云端。
3. 设备中的传感器-物联网网关-云
在从设备中的传感器到物联网网关再到云的架构中，配备单个或多个板载传感器的设备直接连接到IIoT网关。这种架构通常部署在使用非独立物联网设备(即无法自行连接到互联网的设备)的地方。
4. 传感器-物联网网关-云
在从传感器到物联网网关再到云的架构中，IIoT网关可直接实现传感器和云服务器之间的连接。例如，当改造资产上的特定传感器(例如用于状态监测的传感器)并希望绕过所有其他现有网络(不干扰它们并产生新的安全风险)时，可以考虑这种架构。
IIoT 网关功能的“进化”
随着 IIoT 网关在工业物联网解决方案中变得越来越普遍，它们已经能够为用户提供更多服务。一般来说，IIoT 网关通常提供 8 项关键功能：
协议转换
数据管理
设备管理
计算
沟通
资源管理
安全管理
管理服务质量
随着IIoT 网关市场的持续增长，这些功能也得到了进一步的迭代和“进化”。
1.IIoT网关安全管理功能的重要性进一步增强
随着连接设备数量的不断增加，网络攻击和未经授权访问的风险变得越来越大——对于希望将工厂设备连接到外部 IT 或云服务器的公司来说尤为如此。为了应对这些风险，IIoT 网关供应商正在积极地将安全功能整合到其产品中，并遵守行业特定的法规和标准，从而允许 OT 监控和控制安全地驻留在策略和访问控制层后面。
值得注意的标准是于 2021 年批准的IEC 62443系列标准，其为不同网络安全用例定义了不同的安全级别，并规定了实施并维护电子安全工业自动化和控制系统的要求和流程，可以说是衡量工业网络安全的准绳。
这套标准已成为许多国家/地区的强制性技术要求，必维国际检验集团网络安全主管 Pascal LeRay 表示，“越来越多的客户要求制造商提供其工业物联网设备的安全级别证明。”
在IoT Analytics的研究中，IIoT网关公司指出了在其产品中纳入安全标准的重要性。Teltronic首席执行官 Juan Ferro 表示，“Teltronic将行业网络安全风险事件视为改进自身产品和相关流程的机会”，他补充说，先发制人地采用安全标准使其领先于行业里的其他公司。
除了标准，IIoT 网关也越来越多地融入硬件安全性，在处理器内或PCB/模块上使用嵌入式安全元件作为可信平台模块(例如TPM 2.0)。 例如，Ultratronik 的A1 物联网网关集成了NXP 的EdgeLock SE051安全元件和Eurotech的RELIAGATE 10-14系列，保持IEC 62443-4-1、-4-2和PSA Level 1认证，并采用 TPM 2.0 安全芯片组(英飞凌可信平台模块SLM 9670)。
2.IIoT网关趋向于更强的数据处理能力
在工业解决方案中，更强的处理能力有助于公司将数据处理和计算移向解决方案的边缘(更靠近数据收集点)，从而节省带宽和功率，并释放 IT 和云服务器来管理其他任务。此外，正如前文所述，将人工智能芯片组集成到物联网网关中以促进边缘计算已成为一种趋势。
实时处理和自动化数据的能力对公司意义重大，正如一位高级副总裁所说：“工业机器人和许多实时系统之间的毫秒延迟，可能就是一条高效装配线和安全隐患之间的区别。”
一个值得注意的例子是研扬科技的AIOT-AVID 物联网视频分析网关，它集成了英特尔的Myriad X 视觉处理单元 (VPU)。
3.IIoT网关对本地数据和资源管理的需求增强
本地数据存储有助于实现边缘数据处理。此外，由于网络连接有限或需要更有效地使用 IT 设备，一些工业用例可能需要在传输到 IT 或云服务器之前对数据进行排序和分析。对本地数据存储的需求导致了eMMC闪存和SSD解决方案在物联网网关上的普遍应用。
2022 年中，鲁邦通推出了三款基于ARM的 IIoT 网关，具有不同的 DDR 和 eMMC 尺寸，以满足应用需求。几个月后，Compulab发布了IOT-GATE-RPI4，这是一款基于 Raspberry Pi 的 IIoT 网关，可提供高达 128 GB 的 eMMC 内存和 mPCIe 插槽，用于将 SSD 存储扩展至 256 GB。其他示例包括MOXA 的AIG-301 系列IIoT 网关(配备 16 GB eMMC)和Belden 的Hirschmann OpEdge-8D(配备 64 GB SSD 闪存)。
4.容器化成为在IIoT网关上部署应用的重要策略
借助集成存储，可以将应用程序容器化以部署在物联网网关上，包括设备管理软件。传统上，在物联网网关上部署应用程序涉及将它们直接安装在设备的操作系统上，这在可扩展性、灵活性和易于管理方面存在局限性。然而，越来越多的公司将容器化作为 IIoT 网关上应用程序的部署策略，提供Kubernetes 等平台和Docker等运行时。这些技术提供了一种创建轻量级且隔离的运行时环境的方法，其中应用程序可以在各种平台和环境中一致运行。
许多网关 OEM 厂商也在构建包含数百个现成应用程序的应用程序商店，最终用户可以将这些应用程序部署到其网关(以及云端)，例如博世力士乐的 ctrlX 商店、西门子的Industrial Edge Marketplace和研华的WISE -市场。
基于部署IIoT网关的众多优势，一些公司已经获得了显著受益：
更好的IT/OT集成：Vitesco Technologies Italy 使用Zerynth 的4ZeroBox，这是一种用于实时监控和预测性维护的本地 IIoT 系统。该解决方案使Vitesco能够提前24小时预测气动阀故障，从而减少了装配停机时间并提高了生产率。
降低人工成本：Vitesco 通过 4ZeroBox 应用程序减少了 50% 的人工劳动需求;哥伦比亚钢铁制造商Corpacero在与Senzary合作部署用于预测性维护和远程机器管理的 RotaryIQ 和 InsightsIQ 解决方案后，降低了与维修人工相关的成本。
节能降耗：企业能源管理分析软件提供商Wattics 与控创合作，使用控创的 KBox A-101 作为客户现场 Wattics Sentinel 软件的中央“边缘节点”。它连接到当地能源电网和 Sentinel 网格，促进仪表配置、可靠的数据收集、预处理、压缩和安全通信。
写在最后
面对越来越卷的IIoT网关市场，网关供应商如果想要做出差异化竞争优势，可以询问自己5个关键问题：
我们的 IIoT 网关是否符合最新的安全标准?
我们的客户是否需要边缘人工智能功能作为一般产品?
我们是否探索过本地数据存储选项来增加计算量，同时减少延迟?
我们应该将边缘 IIoT 应用程序容器化吗?如果是这样，怎么办?
我们的通用解决方案是否能够为客户实现无缝 IT/OT 集成?如果不是，我们是否应该专注于为客户量身定制解决方案?
与之相对，工业物联网解决方案的部署者同样需要询问自己 5 个关键问题：
我们是否评估了各种可用的 IIoT 网关及其对我们整体 IoT 战略的潜在影响?
我们正在使用哪种物联网架构?IIoT 网关可以提供改进吗?
我们当前的 IIoT 网关是否符合当前的安全标准?如果没有，我们需要进行哪些更新才能满足这些标准?
我们是否评估了边缘计算可能带来的好处(例如，基于数据在本地自动控制)?
我们是否应该利用本地数据存储和容器化应用程序来更好地管理和更新设备?
如果能够清晰地回答以上问题，IIoT网关的价值才得以真正释放~
参考资料:
https://iot-analytics.com/vital-role-of-industrial-iot-gateways-bridging-it-ot/
https://www.automation.com/en-us/articles/august-2023/industrial-iot-gateways-routers-market-expands
https://www.rad.com/how-choose-right-industrial-iot-gateway
