EC-IoT解決方案
華為技術有限公司
網絡行業應用篇/智能化生產
1 概述
1.1 背景
全球行業數字化轉型的浪潮孕育興起，掀起了新一輪產業變革浪潮。這一波浪潮的顯著特點是將“物”納入智能互聯，觸發產業服務及商業模式創新，并對價值鏈、供應鏈和行業生態產生深遠影響；然而，物聯網是一個龐大而復雜的系統，不同行業，不同應用場景各異，據第三方分析機構統計，到2020年將有超過500億的終端與設備聯網,未來超過50%的數據需要在網絡邊緣側分析、處理與儲存,如何解決海量終端的聯接和管理，海量數據的實時分析和處理，成為保障行業數字化轉型的現實難題。
1.2 實施目標
EC-IoT解決方案的目標是通過邊緣計算網關豐富的工業接口采集工業現場設備的業務數據，網關提供豐富的虛擬化技術（VM，容器），快速集成第三方工業APP，采用基于云管理架構的敏捷控制器對百萬級網關進行統一管理，遠程管理容器和APP應用，業務遠程下發和升級，對接業界主流合作伙伴云平臺（GE，IBM，霍尼韋爾等），可實現對工業產品可預測性維護方案，降低運維成本，提供創新增值業務，助力行業數字化轉型。
1.3 適用范圍
EC-IoT解決方案包括終端通信模塊（PLC-IoT/RF 6LowPan），邊緣計算網關（AR502系列產品），邊緣計算核心板（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備間的智能互聯，邊緣計算網關負責對這些設備進行智能管理，而敏捷控制器通過開放的API與合作伙伴們的行業應用系統進行對接，EC-IoT解決方案主要應對兩類業務場景：
? 工業物聯：預測性維護，保障高價值設備安全運轉，比如梯聯網解決方案；
? 電力物聯：從人工轉為自動化，提升運營效率，增強用戶體驗，比如AMI解決方案。
1.4 在工業互聯網網絡體系架構中的位置
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、低時延的數據傳輸保障，并通過豐富的虛擬化技術使能第三方工業APP快速部署，通過基于云管理架構的敏捷控制器對百萬級網關進行統一管理。
圖1 工業互聯網互聯示意圖
2 需求分析
全球行業數字化轉型掀起了萬物智能互聯，觸發產業服務及商業模式創新，并對價值鏈，供應鏈和行業生態產生深遠影響，然而，物聯網是一個龐大而負責的系統，在行業規模化應用落地過程中需要解決3大核心問題，首先是傳統網關僅具備聯接功能，數據分析依賴云或者人工，缺乏邊緣計算能力，第二是海量設備管理難，分布散，運維難度大，最后是部署環境復雜，特別生產現場，電力，樓宇新老設備并存環境惡劣，接口&協議各異，聯接難度大。
3 解決方案
3.1 方案介紹
EC-IoT解決方案主要包含以下創新點：
1) 創新應用邊緣計算架構，實現業務的實時分析和智能決策,具備邊緣計算能力的物聯網關,可靈活搭載輕量級數據分析模型進行實時預分析APP，第一時間進行故障隱患預判，發現潛在故障，或者執行本地控制策略，毫秒級響應；
2) 百萬級終端云管理，降低運營成本50%，敏捷控制器可實現物聯網關以及海量物聯終端的云端管理，云管理可對物聯網從規劃、部署到運維的全生命周期管理，結合可視化管理組件，全網狀態實時監控，海量設備即插即用，業務自動化部署，大幅縮短業務上線時間，降低運營成本50%以上；
3) 豐富的工業接口和協議，廣泛的行業適配性，工業級設計，適配不同行業場景，寬溫，防塵放水，17+ IoT接口&行業協議（RF/Zigbee/RS232/RS485等），獨有PLC-IoT，支持PLC-IoT/RF雙模，配用電設備可靠監控；
4) 開放生態，加速行業應用創新，EC-IoT解決方案通過技術創新，提供豐富的開放接口API/eSDK和通用協議與不同合作伙伴的行業應用系統開放對接，構建廣泛的行業適應性，開發更多契合行業場景，深度定制化物聯網應用。另一方面，借助云管理的開放平臺，也為行業客戶提供了基于云服務的全新商業模式，提供遠程預測性維護、增值業務運營等服務，擴展了行業價值鏈，加速行業智能化，服務化轉型。
3.2 系統架構
本解決方案的總體架構如圖2所示：
圖2 EC-IoT解決方案總體架構
聯接層：
? 通信模塊（PLC-IoT，RF等），集成在傳感器和終端內，使其具備通信能力；
? 邊緣計算網關聯接傳感器和終端，采集數據，內置虛擬化技術，支撐工業APP快速集成；
云管理：
? 敏捷控制器統一管理邊緣計算網關，并對內部VM和容器以及工業APP進行端到端生命周期管理；
? 第三方工業云平臺（GE，SAP，IBM，霍尼韋爾等），通過API與敏捷控制器對接；
行業應用：
? 第三方應用廠商提供的預測性維護等應用，通過控制器快速部署到邊緣計算網關中，并且與云端的應用協同。
3.3 功能設計
圖3 EC-IoT解決方案全家福
EC-IoT解決方案產品主要包含AC控制器、物聯網關，通信模塊，如表1所示：
表1 EC-IoT解決方案組成
部件 | 產品 | 功能說明 |
控制器 | Agile controller-Campus | 千萬級終端統一云管理，靈活擴容 標準開放架構，快速行業集成 行業化IoT組件，適配不同行業場景 |
全系列邊緣計算網關 | 包含： 電力物聯網：AR530/AR501C/AR501X 工業物聯網：AR502/AR509 /AR550/AR2500/AR1500 城市物聯網：AR501L/AR501S/AR502 | 工業級設計，寬溫運行，防塵防水，惡劣環境適應 豐富協議&接口（17+)，適配不同行業應用 支持邊緣計算，本地業務毫秒級響應 |
ARDCM通信模塊 (HUAWEI Inside) | PLC-IoT/RF 6LoWPAN | PLC-IoT，強抗干擾，2Mbps，單跳1KM， 15級中繼 靈活外置/內置通 (PLC-IoT/RF/DI/DO/RS485…) 開放集成，支持二次開發，快速適配行業終端 |
3.4 安全及可靠性
EC-IoT解決方案通過四重安全機制全面保障業務可靠性：
1) OS級：系統包含多種安全組件，保障終端安全；
2) 芯片級：TPM安全芯片保證設備安全啟動和數據安全加密；
3) 管道級：構建安全的VPN隧道，確保數據傳輸安全；
4) 平臺級：設備通過安全證書認證機制接入，保障接入有效性。
3.5 開放性設計
EC-IoT被集成整體架構如圖4，可以分為從水平角度看被集成和從垂直行業角度看被集成兩大類：
圖 4 EC-IoT被集成整體架構
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的北向與第三方進行集成；
2) 網關容器開放被集成：網關如AR502系統，以整機方式，在整機上通過容器內開放接口，第三方APP運行在容器內的方式進行被集成；
3) 核心板被集成：網關不以整機方式，而是核心板給整機廠商開發硬件整機，第三方在核心板上容器內開發自己的應用；
4) 頭端模塊透傳：頭端模塊與其他廠家的設備（如DCU）集成，模塊提供數據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據透傳通道，將報文透傳給終端設備；
6) 頭端SDK：提供SDK，供第三方廠家基于SDK開發自己的軟件，運行在EC-IoT模塊上；
7) 尾端SDK：提供SDK，供第三方廠家基于SDK開發自己的軟件，運行在EC-IoT模塊上。
從垂直行業角度看被集成，可以分為：
1) AMI解決方案被集成
2) 梯聯網解決方案被集成
3) 國網配變被集成
4) PLC-IoT跨行業復制
4 成功案例
EC-IoT解決方案在迅達梯聯網可預測性維護等項目中規模部署：
1) 降低運維成本50%。自動化的電梯運營管理，降低人工巡檢次數，管理效率提升；
2) 業務中斷時間降低90%。從被動等待到主動上報，從人員現場排除到在線提前分析，故障排除更及時；
3) 前瞻性維護提升安全性，降低故障率。智能的電梯平臺及網絡服務，構建部署智能應用，提前對電梯健康度評估并及時保養，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，便于電梯廠商提供廣告媒體及數據增值業務，為電梯廠商提供了一種新的商業模式創新。