由思科、西门子、研华和 MOXA 等公司领导的工业物联网网关市场从 2021 年到 2022 年大幅加速，增长 ~14.7%，达到 8.6 亿美元（占整个物联网网关市场的 38%），我们预计至少到 2027 年将继续增长。推动这一增长的因素包括：

连接未连接的人。许多公司正在用传感器和控制器改造其传统设备，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。软件应用程序正在迁移。拥有连接设备的公司正在将一些关键应用程序迁移到云端，IIoT网关正在成为信息流入和流出工业场所的主要节点。一些应用程序现在也在网关本身本地运行。

更强大的硬件。具有嵌入式多核处理器、AI 芯片组和安全元件的新型增强型网关可实现更快、更安全的数据处理和传输（到 IT 端点或云）。

IIoT 网关如何连接 IT 和 OT 世界

许多公司维护没有传感器或控制设备的旧设备。即使传统设备具有本地连接的传感器或控制器，例如连接到工厂车间的人机界面或平板电脑，它也可能无法提供连接选项或使用终端设备（如 IT 服务器或云）使用的消息传递协议。同时，拥有物联网设备的公司可能希望将数据转移到外部（例如，远程IT设备或云）或增强本地数据计算，以便在传输数据之前自动响应。

在这种情况下，IIoT网关可以与独立或集成传感器连接 - 无线或通过I / O模块主机有线 - 将数据传输到IT或云服务器。如下所述，它们适用于工业物联网解决方案中的许多架构。

物联网架构中的 IIoT 网关

无论公司构建还是购买物联网解决方案，该解决方案都将与物联网架构保持一致，以收集数据并将其传输到端点。虽然直接传感器到云架构不需要使用 IIoT 网关，但 IIoT 网关常见于 4 种一般类型的物联网架构中。

      1. 传感器/设备到 PLC/IPC 到 IIoT 网关到云

在具有现有自动化硬件的工业环境中，传感器/设备到PLC / IPC到IIoT网关到云架构非常普遍。现场传感器或执行器连接到 I/O 模块主站。这些 I/O 模块主站将数据传输到本地 PLC 或 IPC。然后，PLC/IPC 连接到 IIoT 网关，该网关充当 PLC/IPC 和云之间的桥梁。

这种架构可能非常强大，但也有潜在的危险。从技术上讲，IIoT 网关可以配置为远程访问位于 PLC/IPC 下方的整个架构。虽然这种设置使任何数据能够在IT和OT之间流动，从而在任何可以想象的用例之间流动，但它也具有最大的潜在攻击面（可能是整个设施），例如，在安全架构配置错误的情况下。

      2. 传感器到 I/O 模块到物联网网关到云

在传感器到 I/O 模块主站到物联网网关到云架构中，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将数据传输到 IIoT 网关，绕过任何 PLC 或 IPC。事实证明，这种架构在多个传感器排列成集群的情况下非常有效——I/O 模块主站充当每个传感器集群的中心节点，通过 IIoT 网关有效地收集数据并将其传输到云。

      3. 设备中的传感器到物联网网关到云

在设备中的传感器到物联网网关到云架构中，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的地方（即无法自行连接到互联网的设备）。

      4. 传感器到物联网网关到云

在传感器到物联网网关到云架构中，IIoT网关可以直接实现传感器和云服务器之间的连接。例如，当在资产上改装特定传感器（例如，用于状态监测）并希望绕过所有其他现有网络（以免干扰它们并产生新的安全风险）时，可以找到这种架构。

IIoT 网关功能的进步

随着IIoT网关在IIoT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。通常，IIoT网关通常提供8个关键功能：协议转换、数据管理、设备管理、计算、通信、资源管理、安全管理、管理服务质量。随着IIoT网关市场的增长，这些功能也得到了发展。以下是一些进步的例子。

安全管理

随着连接设备数量的不断增加，网络攻击和未经授权的访问的风险变得更加显着。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其如此。幸运的是，为了应对这些风险，IIoT网关供应商正在主动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，从而使OT监控和控制安全地驻留在策略和访问控制层之后。

在我们的研究中，IIoT网关公司指出了将安全标准纳入其产品的重要性。Teltronic首席执行官Juan Ferro表示，“Teltronic将该行业网络安全的突然中断解释为改进[我们的]产品和相关流程的机会，”并补充说，先发制人地采用安全标准使他们领先于其领域的其他公司。

随着标准，IIoT网关越来越多地整合硬件安全性，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）。Ultratronik的A1物联网网关集成了恩智浦的EdgeLock SE051安全元件，Eurotech的RELIAGATE 10-14系列保持IEC 62443-4-1、-4-2和PSA 1级认证，并拥有TPM 2.0安全芯片组——英飞凌科技的OPTIGA TPM SLM 9670。

计算

物联网网关总体上趋向于更高的处理能力。在工业解决方案中，这有助于公司将数据处理和计算转移到解决方案的边缘 - 更接近数据收集点 - 节省带宽和通信能力，并释放他们的IT和云服务器来管理其他任务。此外，有一种趋势是将AI芯片组集成到一些物联网网关中，以促进边缘计算。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）。实时处理和自动化数据的能力对公司的底线意义重大，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级延迟可能是安全隐患和生产装配线之间的区别。

数据和资源管理

本地数据存储有助于在边缘实现数据处理。此外，由于网络连接有限或希望更有效地使用IT设备，一些工业用例可能需要在传输到IT或云服务器之前进行数据排序和分析。对本地数据存储的需求导致了物联网网关上的eMMC闪存和SSD解决方案。2022 年年中，罗布斯特尔推出了三款基于 ARM 的 IIoT 网关，具有不同的 DDR 和 eMMC 大小，以满足应用需求。几个月后，Compulab宣布推出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，用于高达256 GB的SSD存储扩展。其他例子包括MOXA的AIG-301系列IIoT网关，具有16 GB的eMMC和百通的Hirschmann OpEdge-8D，具有64 GB的SSD闪存。

设备管理

借助集成存储，能够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，公司越来越多地使用容器化作为IIoT网关上应用程序的部署策略，提供像Kubernetes这样的平台和像Docker这样的运行时。这些技术提供了一种创建轻量级和隔离运行时环境（称为容器）的方法，其中应用程序可以跨各种平台和环境一致地运行。

许多网关OEM厂商还在构建应用商店，其中包含数百个现成的应用程序，最终用户可以将其部署到他们的网关（和云中），例如博世力士乐的ctrlX商店，西门子的工业边缘市场和研华的WISE-Marketplace。

工业物联网网关的主要优势

在对 65 个案例研究的分析中，我们根据各种用例确定了 IIoT 网关实施的众多优势。以下是公司引用的 3 个主要好处。

1. 更好的 IT/OT 集成

事实上，这是实施IIoT网关的关键目标，我们的分析表明，许多公司已经实现了这一目标。IT/OT 集成的一个共同目标是远程监控和响应。例如，Vitesco Technologies Italy使用Zerynth的4ZeroBox，这是一个本地IIoT系统进行实时监控和预测性维护。该解决方案使Vitesco能够提前24小时预测气动阀故障，从而减少装配停机时间并提高生产率。

2. 降低人工成本

IIoT网关通常用于自动化目的，因此可以减少人工成本，人力和人为错误。虽然Vitesco通过其4ZeroBox应用程序减少了50%的体力劳动需求，但哥伦比亚钢铁制造商Corpacero在与Senzary合作部署RotaryIQ和InsightsIQ解决方案以进行预测性维护和远程机器管理后，削减了与维修劳动力相关的成本。

3. 节能

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”。它连接到本地能源电网和哨兵电网，便于仪表配置、可靠的数据收集、预处理、压缩和安全通信。

文章作者：Kalpesh Baviskar

原文标题：The vital role of industrial IoT gateways in bridging IT and OT

原文链接：https://iot-analytics.com/vital-role-of-industrial-iot-gateways-bridging-it-ot/

发表时间：2023年7月