5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)的組成部分有哪些?
在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的當下,5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)是連接不同網(wǎng)絡、實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效流通與處理的核心設備。那么,5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)究竟由哪些部分組成,又具備怎樣的功能呢?
感知層
感知層信號接口是5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)與傳感網(wǎng)內(nèi)各設備進行信號交互的關(guān)鍵模塊。在工業(yè)場景中,傳感網(wǎng)絡里的設備種類繁多,它們采用的電氣信號和協(xié)議各不相同。為了應對這種復雜性,工業(yè)網(wǎng)關(guān)生產(chǎn)企業(yè)會根據(jù)目標應用領(lǐng)域的特點,為該接口配備相應的硬件接口和協(xié)議組合。
硬件接口方面,它能夠適配不同類型的電氣信號,如模擬信號、數(shù)字信號等,確保可以與各種傳感器、執(zhí)行器等設備進行物理連接。而對應的軟件則負責數(shù)據(jù)采集和指令發(fā)送。通過這些軟件,網(wǎng)關(guān)可以準確地讀取傳感器采集到的數(shù)據(jù),并向執(zhí)行器發(fā)送控制指令,實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場設備的實時監(jiān)控和精準控制。例如,在一個智能制造車間里,溫度傳感器、壓力傳感器等設備通過感知層信號接口與網(wǎng)關(guān)相連,網(wǎng)關(guān)可以實時獲取這些設備的數(shù)據(jù),并根據(jù)預設的規(guī)則對生產(chǎn)設備進行調(diào)整。
網(wǎng)絡層
網(wǎng)絡層信號接口主要負責與網(wǎng)絡層進行信號對接。與感知層信號接口的復雜性不同,網(wǎng)絡層通常采用一種標準的長輸網(wǎng)絡及其協(xié)議,所以網(wǎng)絡層信號接口相對簡單。不過,為了提高產(chǎn)品的通用性,工業(yè)網(wǎng)關(guān)生產(chǎn)企業(yè)往往會設計成支持多種長輸網(wǎng)絡的形式。
一種常見的方式是同時配備多種接口,比如同時支持以太網(wǎng)、5G網(wǎng)絡等接口,這樣網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)實際網(wǎng)絡環(huán)境選擇最合適的連接方式。另一種方式是將產(chǎn)品設計成插卡可配置的形式,用戶可以根據(jù)自己的需求選擇不同的網(wǎng)絡配置,在出廠時完成設置。例如,在一些偏遠地區(qū)的工業(yè)項目現(xiàn)場,可能5G網(wǎng)絡覆蓋較好,就可以選擇配置5G網(wǎng)絡接口;而在網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施完善的工廠,可以選擇以太網(wǎng)接口,以滿足不同的網(wǎng)絡需求。
數(shù)據(jù)處理
設備端的數(shù)據(jù)處理是5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)的重要功能之一,主要解決數(shù)據(jù)失配問題。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中,服務端需要的數(shù)據(jù)在范圍、頻率、完整性等方面可能與設備端采集到的數(shù)據(jù)存在差異。數(shù)據(jù)處理模塊的作用就是對輸入接口進入的數(shù)據(jù)進行整理和轉(zhuǎn)化,使其成為適合輸出的數(shù)據(jù)形式,并推送到輸出接口。
數(shù)據(jù)的流動是雙向的,既可以由設備端向服務端傳輸,也可以由服務端向設備端反饋。而且不同類型的數(shù)據(jù)處理方式也有所不同。例如,對于實時性要求較高的數(shù)據(jù),如設備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù),需要快速處理并傳輸?shù)椒斩耍员慵皶r進行監(jiān)控和預警;而對于一些歷史數(shù)據(jù)或分析數(shù)據(jù),則可以進行批量處理和存儲。通過數(shù)據(jù)處理,網(wǎng)關(guān)可以確保數(shù)據(jù)的準確性和一致性,提高整個工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的運行效率。
就地數(shù)據(jù)庫
處理后的數(shù)據(jù)在某些場景下需要存儲在網(wǎng)關(guān)本地的數(shù)據(jù)庫內(nèi),這就是就地數(shù)據(jù)庫的作用。由于工業(yè)網(wǎng)關(guān)一般屬于嵌入式計算設備,所以就地數(shù)據(jù)庫通常采用嵌入式數(shù)據(jù)庫。嵌入式數(shù)據(jù)庫功能相對簡單,但具有內(nèi)存緩沖的特點,可以提高數(shù)據(jù)的存取速度。
就地數(shù)據(jù)庫可以存儲一些需要頻繁訪問的數(shù)據(jù),如設備的配置參數(shù)、歷史運行數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)可以用于復雜的數(shù)據(jù)處理流程或者其他的就地業(yè)務邏輯處理。例如,在一個工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中,網(wǎng)關(guān)可以通過就地數(shù)據(jù)庫存儲設備的運行歷史數(shù)據(jù),然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行設備故障預測和性能分析,為設備的維護和管理提供依據(jù)。
就地業(yè)務邏輯
就地業(yè)務邏輯模塊主要處理與網(wǎng)關(guān)所關(guān)聯(lián)的傳感網(wǎng)所連接的設備、傳感器和執(zhí)行器有關(guān)的局部系統(tǒng)的業(yè)務邏輯。不同網(wǎng)關(guān)的就地業(yè)務邏輯模塊的豐富和復雜程度差異較大。
如果一個工業(yè)網(wǎng)關(guān)中沒有這部分功能模塊,那么它通常被稱為數(shù)據(jù)透傳式的網(wǎng)關(guān),或者稱為協(xié)議轉(zhuǎn)換器、通訊管理機。而具備就地業(yè)務邏輯模塊的網(wǎng)關(guān)則可以根據(jù)預設的規(guī)則對局部系統(tǒng)進行自主控制和決策。例如,在一個智能倉儲系統(tǒng)中,網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)貨物的存儲情況和訂單信息,自動控制貨物的搬運設備進行貨物的出入庫操作,實現(xiàn)倉儲系統(tǒng)的智能化管理。
其他功能
如果網(wǎng)關(guān)具有就地業(yè)務邏輯,還需要提供向其加載本地業(yè)務邏輯所需要的腳本文件、配置文件的工具。此外,5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)作為遠程設備,自維護性也很重要。它應利用自身連接服務端的優(yōu)勢,能夠從服務端自動下載自身的軟件更新包并完成更新。同時,一些設定和配置工作也可以通過遠程登錄來完成,這樣可以降低派駐人員現(xiàn)場維護的成本,提高設備的維護效率。
5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)通過其各個組成部分的協(xié)同工作,實現(xiàn)了不同網(wǎng)絡之間的連接、數(shù)據(jù)的處理和存儲以及局部系統(tǒng)的智能控制,為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了有力的支持。