內容簡介
在智慧製造、網路製造和服務型製造等新型製造模式不斷湧現的背景下，工業網際網路應運而生，成為全球競相搶佔的戰略制高點。工業網際網路作為新型關鍵基礎設施，以及新一代資訊科技與製造業的融合產物，支撐著製造業數字化轉型發展。
本書分別從工業網際網路的起源和發展歷史、網路互聯、標識解析、邊緣計算、平臺、核心技術、工業大資料、工業App等多個方面對工業網際網路進行了闡述，並給出了實際的應用案例。
本書適合作為高等院校計算機、通訊、物聯網工程、電子機械、自動化等專業的高年級本科生、研究生的教學用書，也可以作為從事工業網際網路的開發人員和科研人員的參考資料。
作者簡介張忠平
教授級高階工程師，宜通世紀物聯網研究院院長。入選“國家百千萬人才工程” 並獲得“有突出貢獻中青年專家”榮譽稱號，享受國務院特殊津貼專家，廣州市高層次人才傑出專家(A) 證。現任中國電子學會高階會員，中國通訊企業協會專委會常務委員，中國聯通物聯網產業聯盟專家委員會委員；曾任國家IMT-2020 (5G) 推進組專家，工業和資訊化部通訊科學技術委員會委員等。主要研究方向為行動通訊、物聯網、邊緣計算等。主持實施過“新 一代寬頻 無線通訊網”等國家科技重大專項課題，獲省部級科技進步獎10餘項，國家發明專利授權20餘項。
劉廉如
高階工程師，宜通世紀物聯網研究院院長助理。廣東省物聯網系統與應用工程技術研究中心副主任，工業和資訊化部工業領域評標評審專家庫成員，廣州市工業網際網路產業聯盟專家庫成員，中國聯通物聯網產業聯盟專業工作委員會委員。主要研究方向為車聯網、物聯網、工業網際網路和5G等。主持完成了5項部級行業技術標準，在國內外專業會議與期刊上發表高質量論文20餘篇，獲教育部科技進步二等獎1項，國家發明專利授權10餘項。
前言伴隨著新一代資訊科技向傳統產業融合滲透，世界範圍內新一輪工業革命引發了製造模式、生產方式和組織形態的變革，推動著智慧製造、網路製造和服務型製造等新型製造模式湧現，催生出數字驅動和兩化融合的工業新業態。隨著“中國製造2025”等一系列國家戰略相繼推出，工業網際網路成為中國製造業發展的重要方向和建設製造強國的重要抓手。
在市場環境、科技革命和產業轉型的綜合作用下，製造模式呈現出智慧化生產、個性化定製、網路化協同和服務化延伸趨勢。大力發展工業網際網路，系統搭建以網路、平臺、安全為核心的功能體系，為建設製造強國、網路強國提供關鍵支撐和重要機遇，為經濟轉型升級和供給側結構性改革提供新動能，為製造資源最佳化配置和效率提升提供新手段。
工業網際網路是關鍵基礎設施，透過人、機、物的全面互聯，實現全要素、全產業鏈、全價值鏈的全面連線，最佳化資源要素配置效率。工業網際網路發展的關鍵動力主要來自於經濟重振和國家競爭優勢塑造的推動、產業模式轉型和升級的牽引，以及技術突破和應用融合的驅動。
工業網際網路的價值體現在三方面：一是推動網際網路、大資料、人工智慧和實體經濟深度融合，形成工業網際網路的疊加效應、聚合效應和倍增效應，促進傳統產業轉型升級；二是有助於把握數字化、網路化、智慧化融合發展的契機，以資訊化、智慧化為槓桿，依託工業網際網路日漸豐富的應用場景，推動製造業產業模式和企業形態根本性轉變，促進行業發展的新舊動能轉換；三是工業網際網路關係到企業生產經營的各個環節，成為企業獲取長久競爭優勢的必要條件和發展方向。
本書共9章。第1章介紹了工業網際網路的概念、起源及發展動力，剖析了美國、德國和中國工業網際網路參考架構，梳理了工業網際網路的技術體系和標準體系；第2章對工廠內外網的網路架構進行了梳理，分析了工業現場匯流排、工業乙太網、時間敏感網路、工業無源光網路、工業SDN、專用工業無線（WIAPA、WIAFA、ISA100.11a、WirelessHART）和行動通訊網路等技術，給出了工廠內網路（有線和無線）、工廠外網路的應用案例；第3章探討了工業網際網路標識解析的相關內容，涉及標識解析體系架構、標識編碼技術、標識載體技術、標識異構互操作技術，以及具體的應用場景和應用案例；第4章從邊緣計算的概念、起源和發展歷史入手，分析了工業網際網路邊緣計算需求和價值，描述了工業網際網路邊緣計算架構、關鍵技術與落地形態，總結了邊雲協同在工業網際網路中的應用，給出了工業網際網路邊緣計算的相關案例；第5章從體系架構、能力、關鍵技術、產業全景與應用場景等方面，介紹了工業網際網路平臺，探討和對比了國內外典型的工業網際網路平臺；第6章重點介紹了工業App的內涵與價值、外延、體系框架、開發流程與關鍵技術，以及工業App應用案例；第7章介紹了工業大資料的內涵與價值、產業發展現狀、參考架構、關鍵技術、分析框架和資料治理，給出了相關的應用安全案例；第8章概述了工業網際網路的安全框架、安全體系和關鍵技術，梳理了工業網際網路安全標準的進展，並給出了工業網際網路安全的實際應用案例；第9章從人工智慧、區塊鏈、5G和數字孿生等工業網際網路核心技術入手，介紹了它們對工業網際網路發展的價值、關鍵技術和應用場景，以及在行業中的應用案例。
本書的順利完成離不開行業內專家的幫助和支援。專家們為本書的順利完成花費了大量的時間和精力，也為本書提供了許多寶貴的素材，在此一併表示感謝，他們是：中國電子資訊產業集團有限公司第六研究所張尼博士，北京郵電大學黃韜博士、謝人超博士，中國聯通集團產品中心張雲勇總經理，中國聯通集團智慧網路中心苗守野和王常玲，中國聯通廣東省分公司林敏博士，聯通大資料有限公司陳博博士，復旦大學薛向陽教授，泰瑞數創科技（北京）有限公司張高峰、王金蘭和黃棟博士，富士康工業網際網路股份有限公司劉宗長博士，蘑菇物聯技術（深圳）有限公司沈國輝總經理，深圳市智物聯網路有限公司國承斌總經理，北京寄雲鼎城科技有限公司時培昕總經理，智慧雲科資訊科技有限公司朱志浩總經理，航發伊薩（北京）科技發展有限公司陳源宏總經理，上海全應科技有限公司石紅生總監，基本立子（北京）科技發展有限公司季文翀副總經理，北京無極芯動科技有限公司徐國鑫總經理，愛立信（中國）通訊有限公司喬雷和李濤等。
由於工業網際網路發展迅速，加之編者知識水平有限和時間倉促，書中難免存在疏漏，懇請讀者批評指正。意見和建議請發到[email protected]。
張忠平 劉廉如
2020年8月
全文目錄第1章 工業網際網路概述 001
1.1 起源和發展動力 001
1.1.1 起源 001
1.1.2 發展動力 003
1.2 定義、內涵和價值 003
1.2.1 工業網際網路的定義 003
1.2.2 工業網際網路的內涵 004
1.2.3 工業網際網路的主要特點 005
1.2.4 工業網際網路的價值 008
1.3 工業網際網路與智慧製造的關係 009
1.4 參考架構 010
1.4.1 美國工業網際網路參考架構 010
1.4.2 德國工業4.0參考架構 011
1.4.3 中國工業網際網路參考架構 012
1.5 技術體系 013
1.5.1 網路體系 013
1.5.2 平臺體系 014
1.5.3 安全體系 015
1.5.4 應用體系 015
1.6 標準體系 016
1.7 產業鏈全景圖 018
第2章 工業網際網路網路互聯 019
2.1 概述 019
2.1.1 工廠內部網路 020
2.1.2 工廠外部網路 023
2.2 工業現場匯流排 024
2.3 工業乙太網 027
2.4 時間敏感網路 031
2.5 工業無源光網路 033
2.6 工業SDN 035
2.7 專用工業無線 039
2.7.1 WIAPA 039
2.7.2 WIAFA 041
2.7.3 ISA100.11a 043
2.7.4 WirelessHART 046
2.7.5 技術對比 048
2.8 行動通訊網路 049
2.9 工業網際網路網路應用案例 051
2.9.1 工廠內部網路（有線）應用案例 051
2.9.2 工廠內部網路（無線）應用案例 053
第3章 工業網際網路標識解析 056
3.1 概述 056
3.2 工業網際網路標識解析體系架構 058
3.2.1 簡介 058
3.2.2 功能視角 059
3.2.3 資源視角 060
3.2.4 角色視角 060
3.2.5 部署視角 061
3.2.6 管理視角 062
3.3 工業網際網路標識編碼技術 063
3.3.1 Handle 063
3.3.2 OID 067
3.3.3 GS1 070
3.3.4 Ecode 073
3.3.5 EPC 075
3.3.6 UID 078
3.3.7 CID 080
3.4 工業網際網路標識載體技術 081
3.4.1 被動標識載體 081
3.4.2 主動標識載體 085
3.5 工業網際網路標識異構互操作技術 089
3.5.1 基於Handle的異構互操作 089
3.5.2 基於Ecode的異構互操作 091
3.5.3 基於OID的異構互操作 093
3.6 工業網際網路標識應用場景 096
3.6.1 標識解析在智慧化生產中的應用 096
3.6.2 標識解析在個性化定製中的應用 09
3.6.3 標識解析在網路化協同中的應用 097
3.6.4 標識解析在服務化延伸中的應用 099
3.7 工業網際網路標識解析應用案例 099
第4章 工業網際網路邊緣計算 103
4.1 邊緣計算概述 103
4.1.1 邊緣計算的發展歷程 103
4.1.2 邊緣計算的定義與價值 105
4.1.3 邊緣計算發展面臨的挑戰 106
4.1.4 邊緣計算的發展現狀 108
4.1.5 邊緣計算的應用領域 110
4.2 工業網際網路邊緣計算需求和價值 111
4.2.1 工業網際網路對邊緣計算的需求 111
4.2.2 邊緣計算對工業網際網路的價值 112
4.3 工業網際網路邊緣計算架構 114
4.4 邊緣計算關鍵技術與落地形態 119
4.4.1 邊緣計算網路 119
4.4.2 邊緣安全 120
4.4.3 邊緣智慧 121
4.4.4 落地形態 123
4.5 邊雲協同在工業網際網路中的應用 126
4.5.1 邊雲協同總體能力與參考架構 126
4.5.2 工業邊雲協同場景 129
4.6 工業網際網路邊緣計算應用案例 131
第5章 工業網際網路平臺 134
5.1 工業網際網路平臺的內涵 134
5.1.1 工業網際網路平臺的要義 134
5.1.2 工業網際網路平臺體系架構 135
5.1.3 工業網際網路平臺的能力 137
5.2 工業網際網路平臺的技術路線 139
5.2.1 工業網際網路平臺的關鍵技術 139
5.2.2 基於雲原生的平臺架構 141
5.3 工業網際網路平臺產業全景及應用場景 143
5.3.1 工業網際網路平臺產業全景 143
5.3.2 工業網際網路平臺應用場景 144
5.4 國內外典型工業網際網路平臺 146
5.4.1 國外典型工業網際網路平臺 146
5.4.2 國內典型工業網際網路平臺 149
5.4.3 國內外工業網際網路平臺對比 153
5.5 工業網際網路平臺應用案例 154
第6章 工業網際網路App 158
6.1 工業App的內涵 158
6.1.1 工業App定義 158
6.1.2 工業App特徵 159
6.1.3 工業App種類 159
6.1.4 工業App模式 160
6.2 工業App的外延 161
6.2.1 工業App與工業軟體的關係 161
6.2.2 工業App與工業網際網路平臺的關係 164
6.3 工業App體系框架 165
6.3.1 工業維度 166
6.3.2 技術維度 167
6.3.3 軟體維度 167
6.3.4 工業App標準體系 168
6.4 工業App的開發 169
6.4.1 工業App的開發路線圖 169
6.4.2 工業App的關鍵技術 170
6.4.3 工業App的開發進階 171
6.5 工業App應用案例 180
6.5.1 機械加工行業工業App應用案例 180
6.5.2 空壓機行業工業App應用案例 184
6.5.3 鍋爐行業工業App應用案例 187
第7章 工業大資料 191
7.1 工業大資料內涵與價值 191
7.1.1 工業大資料的定義、分類與特徵 191
7.1.2 工業大資料的價值 194
7.2 工業大資料產業發展現狀 195
7.2.1 政策支撐 195
7.2.2 標準支撐 197
7.2.3 工業大資料的應用場景 199
7.3 工業大資料參考架構 201
7.3.1 業務架構 201
7.3.2 平臺架構 202
7.3.3 技術架構 203
7.3.4 資料架構 206
7.3.5 實施架構 206
7.4 工業大資料關鍵技術 207
7.4.1 工業大資料技術架構實現 207
7.4.2 工業大資料平臺 209
7.4.3 工業大資料採集技術 209
7.4.4 工業大資料 209
7.4.5 工業大資料分析技術 210
27.5 工業大資料分析 211
7.5.1 工業大資料分析框架 211
7.5.2 工業大資料分析方法和建模 215
7.6 工業大資料治理 219
7.6.1 資料治理內涵 219
7.6.2 資料治理模型和框架 220
7.6.3 資料確權 221
7.6.4 工業資料分級分類管理 222
7.6.5 資料質量治理 223
7.6.6 資料安全管理 225
7.7 工業大資料應用案例 227
第8章 工業網際網路安全 231
8.1 概述 231
8.2 工業網際網路安全體系 233
8.2.1 控制安全 233
8.2.2 裝置安全 235
8.2.3 網路安全 236
8.2.4 應用安全 237
8.2.5 資料安全 238
8.3 工業網際網路安全技術 238
8.3.1 關鍵技術 238
8.3.2 技術體系 241
8.4 工業網際網路安全標準 244
8.4.1 國外標準進展 244
8.4.2 國內標準進展 245
8.5 工業網際網路安全應用案例 247
8.5.1 某城市汙水處理廠安全解決方案 247
8.5.2 某風電集控中心安全解決方案 250
第9章 工業網際網路核心技術 253
9.1 人工智慧 253
9.1.1 概述 253
9.1.2 人工智慧對工業網際網路發展的價值 254
9.1.3 人工智慧關鍵技術 256
9.1.4 人工智慧在工業網際網路領域的應用場景 260
9.1.5 人工智慧在熱電廠的應用案例 261
9.2 區塊鏈 264
9.2.1 概述 264
9.2.2 區塊鏈對工業網際網路發展的價值 265
9.2.3 區塊鏈參考模型和關鍵技術 266
9.2.4 區塊鏈在工業網際網路領域的應用場景 269
9.2.5 區塊鏈在智慧供應鏈的應用案例 271
9.3 5G 272
9.3.1 概述 272
9.3.2 5G對工業網際網路發展的價值 274
9.3.3 5G關鍵技術 274
9.3.4 5G在工業網際網路領域的應用場景 277
9.3.5 5G專網在汽車製造行業的應用案例 278
9.4 數字孿生 279
9.4.1 概述 279
9.4.2 數字孿生對工業網際網路發展的價值 284
9.4.3 數字孿生技術和標準體系 286
9.4.4 數字孿生在工業網際網路領域的應用場景 291
9.4.5 華北電力某熱電廠數字孿生工廠案例 295
參考文獻 299