工业互联数据平台，推动工业互联网标识解析体系的应用
Neuron Team
摘要
工业数字化转型的时代，工业行业急需一种标准化的标识方法，以便准确识别和管理各种设备、产品以及生产环境的数据源，实现数据更高效、实时地在各类系统中流转、传输以及分析。
工业互联网标识解析体系，也被称为工业数字世界的 “身份证”，是专为工业标识互联互通设计的标准化系统。它类似于互联网领域的域名解析系统（DNS），是为工业场景中的设备提供的一套独特的标识系统。举例来说，某个设备的标识可能是 “86.1000/ac.qd.1024”，这些字符分别代表了国家代码（86）、企业代码（1000）、类型代码（ac）、地点代码（qd）、以及设备序列号（1024）。这个标识能够转换成相应的 IP 地址，并提取与该设备相关的所有信息，如研发、设计、生产以及运维等详细数据。这种标识解析体系不仅为工业提供了标准化的协议，也为工业实现大规模数字化、互联互通的发展奠定了坚实的基础。
2017 年以来，中国为了深化发展工业互联网、推动制造业的转型升级，逐步推广工业互联网标识解析体系。到了 2020 年，中国发布了《工业互联网标识解析标准化白皮书》，其中明确指出，工业互联网标识解析体系作为关键的网络基础设施，不仅保障了工业数据的安全，还深入挖掘了工业数据的价值，进一步提升了工业数据的汇聚与共享能力，是我国工业互联网建设的重要任务之一。
如今，工业互联网标识应用已在能源、石化、机械、船舶、医疗、食品等多个行业成功落地，但当前工业互联网标识的应用仍面临数据连接和赋能效应不充分等挑战。不同行业之间，甚至行业内部，都存在数据采集参数及格式差异等问题。
为了应对这些挑战，EMQ 构建了一套与工业互联网标识解析体系深入融合的解决方案。该方案覆盖从设备注册、数据采集、数据分发到数据集成的全方位数据接入链条，为标识解析体系在现代工业场景中的应用提供有力支持。除了适配国家制定的工业互联网标识外，EMQ 的标识解析体系方案还能兼容国际和国内通用的多种标识，如 GS1 标识、Handle 标识、OID 标识、Ecode 标识、DID 标识以及 VAA 标识等。
工业互联网标识解析体系面临的挑战
工控系统生态和数据壁垒急需打破
当前，在工业控制系统领域，同期存在大量不同厂商、种类的自动化仪表、现场总线、工控设备和信息系统（包括数控机床、机器人、PLC、AGV 等）。全球共有超过 100 种的工业总线，各类终端设备的通讯协议数量庞大，大约有 4000 到 5000 种，以及 5000 多种驱动类型。由于工业现场环境复杂多变，工控系统生态的闭塞现象尤为严重。工控产业企业内部各部门之间、企业与企业之间、行业与行业之间、区域与区域之间，都在不断地形成新的“信息孤岛”。
工控系统高效协同缺乏标准化技术
面对不同的工业协议和数据规范，传统的人工数据处理方式显得固定且难以改变，效率低下且易出错。急需通过高效标准的互联互通的技术手段，定义统一的数据模型，制定标准的协议和接口，以打破这一困境。
基于标识解析的工控系统互联互通成本过高
工业互联网通过标识解析系统是实现工业全要素与各环节信息互通的关键枢纽。然而，当前标识解析系统建设成本高，如何基于标识解析系统实现低成本跨系统数据流转已成为当务之急。我们亟需补充和完善低成本的工业控制系统的数据互通能力，以推动工业领域的进一步发展和创新。
EMQ 结合工业物联网标识解析体系架构
贴合工业互联网标识体系的数据分层架构
工业互联网标识解析体系是一种全球性的分级结构，其组成包括根节点、国家顶级节点、二级节点、企业节点和公共递归节点。工业互联网标识编码由标识前缀与标识后缀构成，其中标识前缀包含国家代码、行业代码、企业代码，用于唯一标识企业主体。标识后缀则由对象代码和安全代码组成，其中安全代码为可选部分。
MQTT 是一种轻量级的物联网通信协议。在 MQTT 协议中，我们通过定义消息主题来标识和分类不同的业务消息。这些主题由一个或多个层级组成，层级之间使用斜杠 “/” 进行分隔。这种分级结构使得消息能够根据其内容和目标地址进行精确的分类和传输。
鉴于工业互联网标识解析体系和 MQTT消息架构都采用了分级结构，MQTT 协议为带有标识标签的工业数据的传输提供了天然的便利。EMQ 的所有产品均支持 MQTT 协议，其中，大规模分布式 MQTT 消息服务器 EMQX 能够实时处理物联网消息与事件流数据，为工业云边协同提供了强有力的支持。
基于工业互联网标识体系的数据安全订阅
工业互联网标识解析体系对数据安全有严格的要求和描述。在数据传输和存储过程中，采用了先进的加密和安全传输技术，以确保数据的安全性和机密性得到妥善保护。同时，还实施了数据备份和恢复机制，以防止数据丢失和应对可能的灾难性事件。除此之外，标识解析体系还配备了访问控制和身份认证机制，以严格限制用户的访问权限，确保身份认证的有效性。
EMQ 产品在数据采集、集成分发等各个环节中，都严格实施了数据传输加密措施，确保数据的安全性。在消息服务器 EMQX 上，执行了客户端的访问控制、身份验证和订阅管理等功能。当采集客户端发布消息时，它会将设备的唯一标识（通过工业互联网标识解析体系获得）作为主题（topic）的一部分进行消息发布，从而确保数据的来源具有可追溯性。订阅者可通过解析体系的查询接口，根据设备的唯一标识订阅相应的数据，确保只有授权的用户可以访问数据，避免未经授权的访问和数据泄露的风险。
适应工业互联网标识体系的多种工业场景
EMQ 的产品提供了面向异构工业控制系统的数据处理技术，能够为多类型设备和工控系统建立统一的数据模型，同时支持多种主流的工控协议，实现多类型工控系统和设备的连接和接入。以下是 EMQ 产品可助力工业互联网标识体系的一些功能：
- 具备广泛的工控系统和设备接入能力，能够与 DCS、SCADA、MES、ERP 等信息系统对接；
- 支持 PLC、数控机床、工业机器人、传感器等多种类型设备的接入；
- 具备中间件管理能力，可实现系统的状态监控、日志管理、任务管理、业务管理等功能；
- 具备数据共享和服务能力，可通过 API 接口为其他的工业软件提供设备数据和状态数据，并提供访问控制和可信认证等安全与管理能力。
目前， EMQ 提供的中间件产品已广泛服务于各类工业场景，覆盖工业制造、物流运输、监测管理、石油化工、能源电力等。可更好的帮助标识体系在产品追溯管理、全生命周期管理、设备维修管理、质检管理、防伪防窜管理、供应链优化管理、运营优化管理、生产过程管理、生产安全管理、仓储管理、生产制造协同、产业链协同等应用层面实现落地。
方案优势
一站式异构数据采集
NeuronEX 工业边缘网关软件具备接入 PLC、数控机床、工业机器人、传感器等多种类型设备的能力，支持 Modbus、OPC UA、IEC 61850 和 IEC 104 等常用工业协议，让使用不同协议的设备数据能够被顺利采集并整合到统一的数据平台。通过注册的工业标识与设备 IP 地址，端口的绑定信息，可批量导入设备，在数据采集端完成标识体系的对接。
边缘流数据处理与边缘计算
NeuronEX 实现了异构工业控制系统中的边缘数据处理能力与边缘计算能力。同时，NeuronEX 也支持多源异构数据的采集、适配、清洗、校验、聚合、计算等全方位数据处理能力。结合多种机理模型算法与 AI 模型算法，能够实现更加灵活的边缘计算能力。
大规模低成本数据接入
企业级物联网接入平台 EMQX 采用分布式架构，具有强大的水平扩展能力和更高的可靠性。凭借创新的高可用核心-复制 (Core-Replicant) 集群架构，企业用户能够在不中断业务的情况下，灵活调整节点数量，以支持业务规模的不断增长并降低运行成本。
多样化数据集成
EMQX 具备对海量数据进行统一存储的能力。借助 EMQX 内置的规则引擎，可以实现一键式将各类设备数据转发到不同类型的数据库进行存储，无论是关系型数据库、时序数据库还是混合性数据库。这一功能有助于企业形成统一的数据资产，让不同部门和团队能够共享实时数据和信息，进行有效的沟通协作。
此外，在数据库数据写入性能方面，各类数据库都能够达到每秒 10 万个事务 (TPS) 的数据写入性能，充分满足工业领域超过百万级别的大吞吐量数据测点实时入库需求。
云边协同管理能力
通过 EMQX ECP 云边协同工业互联数据平台，提供云边一体的数据管理、云边中间件的统一监控与运维、以及边缘系统的远程配置管理等能力。这些功能旨在满足工厂、工业园区等多场景智能服务在统一管理、快速响应和安全监控等方面的需求。
相关产品
NeuronEX
NeuronEX 是一款面向工业领域的设备数据采集和边缘智能分析的软件，主要部署在工业现场，实现工业设备通信及工业总线协议采集、工业系统数据集成、边端数据过滤分析及 AI 算法集成，以及工业互联网平台对接集成等。其提供了以下特性：
- 多样的连接性：NeuronEX 提供多协议接入能力，支持如 Modbus、OPCUA、Ethernet/IP、BACnet、Siemens、Mitsubishi 等数十种工业协议的同时接入；提供企业内 MES、WMS 等各系统多数据源的集成对接；NeuronEX 同时支持数据流的双向打通，既可实现数采，也支持控制指令下发到设备。
- 灵活部署：NeuronEX 具有极低的内存占用，在 x86、ARM、RISC-V 等低配置架构设备上运行表现出色。此外，它还支持类似 Docker 的容器化部署，能够与 K8s 环境中的其他容器共同运行。
- 数据处理：NeuronEX 包含100+内置函数，支持数据过滤、数据操作、设备控制以及数据持久化，将数据存储于时序数据库中。
- 算法集成：支持将 C/python/go 等语言的算法集成到 NeuronEX，支持工业机理模型、机器和深度学习等模型在边端的实时推理，输出告警及智能决策。
- 边缘到云：通过 MQTT、SparkplugB 等协议，NeuronEX 将工业数据推送汇聚到云平台，NeuronEX 与云平台之间的双向数据流，形成云边数据协同及控制协同，利用平台侧大数据存储及分析能力，放大 NeuronEX 使用价值。
EMQX Enterprise
EMQX Enterprise (以下简称 EMQX) 是一个强大的企业级物联网消息平台，专为大规模部署和物联网应用中的高可靠性而设计。在工业场景中，EMQX 通过以下能力为用户带来收益：
- 高可靠性和可扩展性：EMQX 采用分布式架构，具有高可用性和可扩展性，可以处理大规模并发消息传输。它支持水平扩展，以适应不断增长的物联网设备和数据流量，确保系统稳定性。
- 丰富的协议支持：除了 MQTT 协议外，EMQX 还支持多种消息传输协议。它允许开发人员扩展以支持各种私有协议，以满足其应用需求。
- 数据集成：EMQX 与各种数据存储服务、消息队列、云平台和应用无缝集成。它可以连接到云服务，实现远程数据传输和基于云的分析。
- 安全和认证：EMQX 提供强大的安全功能，包括 TLS/SSL 加密传输、客户端认证和访问控制。它支持多种认证方法，如用户名/密码、X.509 证书和 OAuth，确保物联网通信的安全性。
- 规则引擎和数据处理：EMQX 具有灵活的规则引擎，可以基于设备数据进行实时数据处理和转发。它支持数据过滤、转换、聚合和持久化等操作，帮助用户根据业务需求进行分析和决策。
- 可视化监控和管理：EMQX 提供直观的可视化监控和管理界面，允许用户实时监控物联网设备和消息传输。用户可以查看连接状态、消息流量和其他指标，还可以进行设备管理、故障排除和系统配置操作。
EMQX ECP
EMQX ECP 一款面向工业 4.0 的工业互联数据平台，旨在满足工业场景大规模数据采集、处理和存储分析的需求，ECP 提供边缘服务的快速部署、远程操作和集中管理等功能，助力工业领域数据互联互通，实现数据驱动的生产和运营。在工业互联网标识解析体系中，ECP 可以提供以下能力：
- 边云协作：EMQX ECP 边缘服务管理实现了对边缘软件 NeuronEX 等边缘服务部署、管理、配置下发、批量操作、监控和优化。通过提供统一的管理平台，实现双向数据传输与运管边能力；
- 多集群管理：在分租户分项目的基础上实现多集群管理，可以创建新集群或纳管已有集群，并对管理的集群进行修复、水平和垂直扩展、修改网络类型、修改连接数、升降级、集群转让和删除等操作；同时集成 EMQX Dashboard，方便用户直接在 ECP 平台操作和配置 EMQX 集群；
- 多组织多项目管理：EMQX ECP 提供的组织管理功能是一个支持企业级多租户的管理系统，能够实现不同组织的资源隔离和管理。EMQX ECP 可以在同一平台中为多个企业或业务部门提供隔离的 EMQX 数据基础架构服务，每个组织都能够使用自己的数据和配置，互不干扰，保证数据安全。
- 企业级安全性：基于角色的访问控制（RBAC）、单点登录（SSO）、链路加密以及带审计的操作日志确保企业级安全性。
- 监控运维与告警：ECP 的监控平台提供了在云端 EMQX 集群和边缘端进行统一管理和监控的方案。 在 ECP 平台中，系统会收集和分析来自云端 EMQX 集群和边缘端的监控数据，以提供更全面和精细化的管理和监控进行预测故障和风险。