如何實(shí)現(xiàn)完整高效的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接性

　　工業(yè)4.0早期的軟肋

　　工業(yè)4.0平臺(tái)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟IIC在2017年12月5日聯(lián)合發(fā)表《架構(gòu)對(duì)接和可互操作性》白皮書(shū)，在國(guó)內(nèi)引起了廣泛興趣。但是，IIC在2017年2月28日發(fā)布《工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)接性框架》白皮書(shū)，已經(jīng)一年多了，卻受到了冷遇。顯而易見(jiàn)，聯(lián)接性（connectivity）在工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的重要性，在國(guó)內(nèi)還不曾被了解和充分認(rèn)識(shí)。
　　這或許是因?yàn)樵诠I(yè)4.0的參考架構(gòu)RAMI4.0中沒(méi)有聯(lián)接性的概念，只是在由物理世界按其功能特性映射到虛擬世界的維度中，有一個(gè)通信（communication）的層級(jí)。而按RAMI4.0的白皮書(shū)中對(duì)通信層的功能解釋?zhuān)怯脕?lái)處理通信協(xié)議、數(shù)據(jù)和文件的傳輸。它在指向信息層的方向上采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，從而保證通信實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化；并為集成層的控制提供服務(wù)。這僅僅是將在制造過(guò)程中產(chǎn)生的各種信息轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，尚沒(méi)有細(xì)化到要通過(guò)哪些通信協(xié)議傳輸，完成“在正確的時(shí)間，將適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)傳送到正確地點(diǎn)”的任務(wù)。這或許也反映出德國(guó)在數(shù)字通信、互聯(lián)網(wǎng)等基礎(chǔ)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)的一個(gè)不能回避的現(xiàn)實(shí)。由于德國(guó)工業(yè)4.0對(duì)我國(guó)的影響太深，以至于我們對(duì)它的某些軟肋竟然視而不見(jiàn)。其實(shí)德國(guó)工業(yè)技術(shù)界對(duì)此也是有逐漸有所理解和認(rèn)識(shí)的，要不然就無(wú)法解釋工業(yè)4.0平臺(tái)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的合作進(jìn)程，為什么從2015年就開(kāi)始啟動(dòng)，但又遇到挫折，直到2017年才開(kāi)始有了實(shí)質(zhì)性的推動(dòng)。
　　還有一個(gè)原因是聯(lián)接性技術(shù)屬于通信基礎(chǔ)性技術(shù)，不是那種所謂“顯示度”很高的技術(shù)，國(guó)內(nèi)向來(lái)采取被動(dòng)跟隨的姿態(tài)，多半是采用“拿來(lái)主義”。所以論述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的文章連篇累牘，卻很少見(jiàn)到關(guān)于聯(lián)接性的描述。
　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)IIoT的領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟是美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟IIC和德國(guó)Industrie 4.0 (I4.0)平臺(tái)。 二者各有千秋，IIC 建立了一種跨越工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)架構(gòu)；而工業(yè)4.0著重于制造業(yè)，但超越了技術(shù)架構(gòu)，介入了供應(yīng)鏈和產(chǎn)品生命周期。由于這些目標(biāo)和架構(gòu)都是互補(bǔ)的，因此兩個(gè)組織正在共同繪制今后發(fā)展、建立工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)可互操作性的設(shè)計(jì)藍(lán)圖（見(jiàn)下圖）。

圖 | 建立工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的互操作性

　　什么是聯(lián)接性？

　　泛在聯(lián)接性是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)IIoT系統(tǒng)中各種參與組件之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的一種基礎(chǔ)技術(shù)。聯(lián)接性為聯(lián)接參與者之間，提供功能域內(nèi)、系統(tǒng)內(nèi)跨功能域，以及跨系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的能力。這些數(shù)據(jù)交換包括傳感器的數(shù)據(jù)刷新、事件、報(bào)警、狀態(tài)變化、命令以及組態(tài)刷新。簡(jiǎn)言之，聯(lián)接性是跨功能域（由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)所定義）的橫向交互功能（見(jiàn)下圖）。

圖 | 聯(lián)接性是橫向交互功能

　　在圖中綠色箭頭：數(shù)據(jù)/信息流；灰白色箭頭：決策流；紅色箭頭：命令/請(qǐng)求流。
　　功能域有：控制功能域，信息功能域，應(yīng)用功能域，操作運(yùn)營(yíng)功能域和業(yè)務(wù)功能域。
　　IIoT領(lǐng)域中充斥著各種各樣的專(zhuān)有聯(lián)接性技術(shù)，以及在垂直集成系統(tǒng)中一些針對(duì)較小的特定范圍的應(yīng)用案例及優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)。這些特定范圍的聯(lián)接技術(shù)雖然在各自應(yīng)用范圍內(nèi)內(nèi)還是相當(dāng)優(yōu)化的，但是對(duì)于建立新的價(jià)值流，以及打開(kāi)全球的IIoT市場(chǎng)，卻在數(shù)據(jù)共享、設(shè)計(jì)、架構(gòu)乃至通信諸方面是一種障礙。IIoT聯(lián)接性的首要目的是要讓這些相互隔離的孤立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)開(kāi)放流動(dòng)，使得這些封閉的組件和子系統(tǒng)之間能夠共享數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)可互操作性，以至在各種行業(yè)內(nèi)和各種跨行業(yè)的新型和新興的生態(tài)應(yīng)用得以形成和發(fā)展。
　　我們需要建立廣泛領(lǐng)域的IIoT的聯(lián)接性。通過(guò)定義IIoT聯(lián)接性的堆疊模型和開(kāi)放的聯(lián)接性參考架構(gòu)，使從事IIoT的各種利益攸關(guān)者，對(duì)手頭正在開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的聯(lián)接性技術(shù)的適用性進(jìn)行分類(lèi)、評(píng)估和確認(rèn)。

　　IIoT工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的通信模型

　　由于歷史發(fā)展的局限，經(jīng)典的開(kāi)放系統(tǒng)互連OSI （open system for interconnection）7層模型和互聯(lián)網(wǎng)4層模型都不能準(zhǔn)確地描述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接性的要求。IIoT作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)關(guān)鍵的基礎(chǔ)，要求用一個(gè)新的聯(lián)接性功能層模型來(lái)著重表達(dá)分布式的傳感器、控制器、網(wǎng)關(guān)、各種設(shè)備和器件，以及分布式系統(tǒng)的其它應(yīng)用組成。
　　當(dāng)然，這一模型還是以O(shè)SI模型和互聯(lián)網(wǎng)模型為參考，按照新的要求提出了聯(lián)網(wǎng)（物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層）、聯(lián)接性（傳輸層、框架層）和信息三大功能共6層的通信模型，又稱(chēng)為IIoT聯(lián)接性堆疊模型，作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)IIRA內(nèi)的橫向交互功能的聯(lián)接性范圍（見(jiàn)下圖）。

圖 | 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)IIoT通信的6層模型

　　IIoT系統(tǒng)的可互操作性層呈沙漏形狀。其上頂部是一個(gè)寬泛的數(shù)據(jù)模型譜系，以及針對(duì)特定垂直行業(yè)的功能；頸部通常用于跨垂直行業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)層。聯(lián)通性提供基本的數(shù)據(jù)共享機(jī)制，支持諸如分布式數(shù)據(jù)可互操作性和管理這樣的高級(jí)功能，作為實(shí)現(xiàn)語(yǔ)法可互操作性（注意：不是語(yǔ)義可互操作性）的橫向交互功能。

圖 |? IIoT聯(lián)接性堆疊模型

　　沙漏頸部是IIoT中“互聯(lián)網(wǎng)”的起點(diǎn)。鑒于頸部上面的聯(lián)接層并沒(méi)有很好的認(rèn)識(shí)和理解，所以，為了構(gòu)建IIoT系統(tǒng)，要側(cè)重考慮和研究“互聯(lián)網(wǎng)”聯(lián)網(wǎng)層上面的聯(lián)接功能。

圖 | IIoT系統(tǒng)的聯(lián)接性堆疊模型的功能性

　　上圖表示IIoT聯(lián)接性堆疊模型，以及聯(lián)接功能性的范圍，作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)IIRA中的橫向交互功能。聯(lián)通功能性為IIoT系統(tǒng)中在同一功能域內(nèi)的參與者之間和在跨功能域的參與者之間，提供數(shù)據(jù)共享的機(jī)制。由圖可見(jiàn)，最底層為物理層，用物理介質(zhì)（有線，無(wú)線）連接網(wǎng)絡(luò)的所有參與者，并進(jìn)行以“位”（bit）為特征的物理信號(hào)（電信號(hào)、光信號(hào)或其它）的傳輸。其上為鏈接層，用于相鄰參與者之間共享物理鏈接，并通過(guò)信號(hào)傳輸協(xié)議進(jìn)行以“幀”為特征的交換。再上面是網(wǎng)絡(luò)層，進(jìn)行以有限長(zhǎng)度的“數(shù)據(jù)包”為特征的交換，可能在非相鄰（遠(yuǎn)程）參與者之間進(jìn)行多鏈接路由通信。再往上是傳輸層，是在參與者應(yīng)用程序之間進(jìn)行不同長(zhǎng)度的通信報(bào)文的通信。其上是框架層，是指為參與者應(yīng)用程序之間提供可組態(tài)的有服務(wù)質(zhì)量QoS的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（狀態(tài)、事件、數(shù)據(jù)流）交換。再上面已超出聯(lián)接的范圍，是分布式數(shù)據(jù)可互操作性和管理層橫向交互的功能，依賴(lài)于聯(lián)接框架層提供的有具體物理意義的信息共享。
　　這里順便指出，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）是流行于網(wǎng)絡(luò)層的聯(lián)接標(biāo)準(zhǔn)，因互聯(lián)網(wǎng)而誕生，而現(xiàn)在也用于物聯(lián)網(wǎng)，而且在網(wǎng)絡(luò)層對(duì)其上一層和下一層都具有獨(dú)立的使能創(chuàng)新。雖然IP連接、非IP連接以及相當(dāng)多的無(wú)線存取技術(shù)不斷的發(fā)展并進(jìn)入市場(chǎng)，使IIoT共同體有了新的選擇，但下面三層都與OSI模型相同，而且廣為人知。網(wǎng)絡(luò)層以上的各層最近十年發(fā)展迅速，但還沒(méi)有被廣泛認(rèn)識(shí)和了解。因此本文件重點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)層以上的各層，即聯(lián)接傳輸層和聯(lián)接框架層。

　　聯(lián)接性功能要求

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)IIRA中聯(lián)接性在整個(gè)架構(gòu)中的任務(wù)是的支持參與互聯(lián)的系統(tǒng)中的端點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。舉例說(shuō)，信息包括傳感器刷新、遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)、控制命令、報(bào)警、事件、狀態(tài)變化或組態(tài)更新和按時(shí)間記錄的數(shù)據(jù)等等?；旧下?lián)接的任務(wù)就是在端點(diǎn)之間提供可互操作的通信，以保證各種組件的集成。不過(guò)聯(lián)接性功能的目標(biāo)限于為所參與聯(lián)接的端點(diǎn)之間提供語(yǔ)法可互操作性。
　　通信中的可互操作性，可以達(dá)到從客戶集成到基于開(kāi)放型標(biāo)準(zhǔn)的即插即用等抽象的不同級(jí)別。可互操作性通常分類(lèi)如下:
　　☆ 技術(shù)可互操作性，是指交換以位和字節(jié)表現(xiàn)的信息的能力。這建立在信息交換的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)已經(jīng)存在，同時(shí)基礎(chǔ)架構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議都有明確的定義。
　　☆ 語(yǔ)法可互操作性，是指交換以通常的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的信息的能力。這建立在已經(jīng)使用構(gòu)造數(shù)據(jù)的公用協(xié)議，而且信息交換的結(jié)構(gòu)已經(jīng)明確定義。語(yǔ)法可互操作性以技術(shù)可互操作性已經(jīng)建立為前提。
　　☆ 語(yǔ)義可互操作性，是指在適當(dāng)?shù)乃憩F(xiàn)的信息解釋的上下文條件下（即語(yǔ)境）進(jìn)行交換數(shù)據(jù)含義的能力。語(yǔ)義可互操作性以語(yǔ)法可互操作性已經(jīng)建立為前提。

　　聯(lián)接傳輸層和聯(lián)接框架層的任務(wù)和范圍

　　對(duì)于IIoT系統(tǒng)，聯(lián)接功能性有兩個(gè)功能層：聯(lián)接傳輸層和聯(lián)接框架層。前者為端點(diǎn)之間的提供傳輸數(shù)據(jù)的方法和手段；在數(shù)據(jù)交換中它實(shí)現(xiàn)端點(diǎn)之間的技術(shù)可互操作性。此功能對(duì)應(yīng)于OSI7層模型的第4層傳輸層，或?qū)?yīng)于互聯(lián)網(wǎng)模型的傳輸層。聯(lián)接框架層為端點(diǎn)提供將數(shù)據(jù)變成明確的結(jié)構(gòu)化，并完成被解析的過(guò)程；它提供端點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)語(yǔ)法可互操作性的機(jī)制。在此聯(lián)接框架層中，“公共數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”（“common data structure” ）是指被交換的數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)或模式。例如，我們所熟悉的編程語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)的模式。聯(lián)接框架的功能對(duì)應(yīng)OSI7層模型中的第5層（會(huì)議層）至第7層（應(yīng)用層），或互聯(lián)網(wǎng)模型的應(yīng)用層。IIoT的聯(lián)接性功能層的任務(wù)和范圍可見(jiàn)下表。
　　在分布式數(shù)據(jù)可互操作性和管理功能中的數(shù)據(jù)服務(wù)框架建立在由聯(lián)接框架層提供的語(yǔ)法可互操作性的基礎(chǔ)上，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)的動(dòng)態(tài)合成和協(xié)調(diào)功能要求語(yǔ)義可互操作性。
　　聯(lián)接框架層在信息交換中為參與的端點(diǎn)提供邏輯數(shù)據(jù)交換服務(wù)。在此層可觀察和“理解”數(shù)據(jù)交換，同時(shí)運(yùn)用相關(guān)知識(shí)來(lái)優(yōu)化數(shù)據(jù)的傳送。它是位于聯(lián)接傳輸層上部的邏輯功能層，而且應(yīng)該并不需要知曉實(shí)現(xiàn)聯(lián)接傳輸層的技術(shù)。聯(lián)接框架層為端點(diǎn)間提供語(yǔ)法可互操作性，所交換的數(shù)據(jù)其結(jié)構(gòu)化具有共同而明確的數(shù)據(jù)格式，與端點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)，而且與硬件和編程平臺(tái)解耦。與端點(diǎn)后面的應(yīng)用邏輯有關(guān)，可能要求一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)交換的模式，其中有兩個(gè)主要的數(shù)據(jù)交換模式：發(fā)布-訂閱和請(qǐng)求-響應(yīng)。
　　聯(lián)接框架層的關(guān)鍵利益是將不同功能的實(shí)現(xiàn)加以抽象和隱藏，這樣在聯(lián)接框架中使用的應(yīng)用軟件無(wú)需了解實(shí)現(xiàn)的具體方法，而是利用了聯(lián)通框架層的能力。這樣既減少了開(kāi)發(fā)成本，又提高了生產(chǎn)能力和質(zhì)量。

表 |? IIoT聯(lián)接性功能層的任務(wù)和范圍

　　聯(lián)接框架層和聯(lián)接傳輸層的核心任務(wù)

　　聯(lián)接框架層的核心功能包括數(shù)據(jù)資源模型、發(fā)布-訂閱和請(qǐng)求-響應(yīng)交換機(jī)制、數(shù)據(jù)的服務(wù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)的信息安全和可編程API等。用下圖概述如下。

圖 | 聯(lián)接框架層的核心功能

　　聯(lián)接傳輸層為端點(diǎn)連接提供邏輯傳輸網(wǎng)絡(luò)。聯(lián)接傳輸類(lèi)似一個(gè)在端點(diǎn)之間執(zhí)行數(shù)據(jù)流動(dòng)的不透明管道。聯(lián)通傳輸層的關(guān)鍵任務(wù)是為端點(diǎn)之間提供技術(shù)可互操作性。聯(lián)通傳輸?shù)暮诵墓δ馨ǎ憾它c(diǎn)尋址、通信模式、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⑦B通性、優(yōu)先管理、時(shí)序和同步，以及消息安全。下圖概述了聯(lián)接傳輸層的核心功能。

圖 | 聯(lián)接傳輸層的核心功能

　　聯(lián)接框架層的核心標(biāo)準(zhǔn)

　　IIoT 聯(lián)接框架層標(biāo)準(zhǔn)給出原來(lái)主要是用于相關(guān)垂直行業(yè)的聯(lián)接標(biāo)準(zhǔn)（如oneM2M用于電訊行業(yè), OPC-UA用于制造業(yè)），為那些行業(yè)提供了賦能的的技術(shù)特性，也能夠?yàn)樵S多其它行業(yè)提供應(yīng)用服務(wù)。另外的聯(lián)接標(biāo)準(zhǔn)（例如DDS和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)），原來(lái)是為通用的、非特定行業(yè)的應(yīng)用服務(wù)，顯然也可以用于很多其它行業(yè)的許多不同類(lèi)型的應(yīng)用服務(wù)。傳輸層是專(zhuān)為框架層服務(wù)的，在框架層與傳輸層之間沒(méi)有任意其它功能空間。

圖 |? IIoT系統(tǒng)聯(lián)接性標(biāo)準(zhǔn)

　　傳輸層與框架層的區(qū)別很重要。傳輸層一定要與一種數(shù)據(jù)類(lèi)型系統(tǒng)相配對(duì)，例如消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議MQTT可與一種數(shù)據(jù)類(lèi)型系統(tǒng)技術(shù)如由Google開(kāi)發(fā)的protocol buffers相配對(duì)，同時(shí)可用來(lái)建立一種專(zhuān)用用戶的聯(lián)接性框架。
　　顯然，目前可供選用的聯(lián)接性標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有一個(gè)能全面滿足IIoT系統(tǒng)的要求，能夠完成由高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人生產(chǎn)線、離散制造業(yè)、過(guò)程控制系統(tǒng)等各種類(lèi)型的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流通和連接，為萬(wàn)物互聯(lián)及人與物的互聯(lián)的超大規(guī)模系統(tǒng)提供無(wú)懈可擊的聯(lián)接性。為此需要選擇若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成核心標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)成一個(gè)相互補(bǔ)充的聯(lián)接性標(biāo)準(zhǔn)簇。但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)簇又不能超過(guò)3到4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，否則，要為這些標(biāo)準(zhǔn)之間建立核心網(wǎng)關(guān)的數(shù)量過(guò)多，而使數(shù)據(jù)的及時(shí)流動(dòng)和實(shí)時(shí)流動(dòng)變得不切實(shí)際和不可實(shí)現(xiàn)。
　　上圖概述了IIoT聯(lián)接框架層和傳輸層的核心標(biāo)準(zhǔn)。由圖可知，聯(lián)接框架層的核心標(biāo)準(zhǔn)有4個(gè)，其中1個(gè)是源于通用的WEB服務(wù)HTTP、1個(gè)是除美國(guó)之外其他國(guó)家工業(yè)界幾乎很少采用的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)DDS；另外2個(gè)則是來(lái)源于某些垂直行業(yè)的特定應(yīng)用，但顯然也可以推廣到許多行業(yè)，乃至跨行業(yè)的應(yīng)用，即流行于制造業(yè)的OPC UA和由電信行業(yè)開(kāi)發(fā)、目前主要用于家居自動(dòng)化的oneM2M。DDS和OPC UA定義了自己的傳輸協(xié)議，而Web服務(wù)和oneM2M則依賴(lài)于通用的傳輸協(xié)議。為完整的表達(dá)，圖中還示出網(wǎng)絡(luò)IP層和更低的鏈路層和物理層的各種協(xié)議。運(yùn)用HTTP的Web服務(wù)被稱(chēng)之為專(zhuān)為應(yīng)用程序使用的聯(lián)接框架，主要用于人類(lèi)用戶互動(dòng)的接口。
　　選擇核心標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)共10項(xiàng)，在下表中已清晰概述。其中前5項(xiàng)是必須具備的關(guān)鍵判據(jù)，只要有一項(xiàng)不符要求就不能選用。

表 | IIoT聯(lián)接性框架核心標(biāo)準(zhǔn)的判據(jù)表

　　數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)DDS簡(jiǎn)述

　　DDS目標(biāo)是專(zhuān)為IIoT應(yīng)用的聯(lián)接框架標(biāo)準(zhǔn)，一般用于控制、工業(yè)應(yīng)用、信息和操作運(yùn)行范圍。其主要目的是將組件（設(shè)備、網(wǎng)關(guān)或應(yīng)用程序）與其它組件連接，使之成為實(shí)時(shí)系統(tǒng)和系統(tǒng)中的系統(tǒng)。組件互動(dòng)于一個(gè)分享的數(shù)據(jù)空間，而從不相互直接互動(dòng)。因此也可稱(chēng)為以數(shù)據(jù)為中心的的中間件標(biāo)準(zhǔn)。多年來(lái)它已經(jīng)植根于國(guó)防、工業(yè)和嵌入式的高新應(yīng)用。
　　DDS通過(guò)一關(guān)系數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)直接的組件-數(shù)據(jù)-組件通信。DDS也被稱(chēng)為數(shù)據(jù)總線，因?yàn)樗?a href="http://wenjunhu.com/analog/" target="_blank">模擬數(shù)據(jù)庫(kù)中在移動(dòng)的的數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)庫(kù)只是管理存貯于其中而非流動(dòng)中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)總線都是實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的抽象；但它們的應(yīng)用并不直接相互作用，而是互動(dòng)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中。與數(shù)據(jù)庫(kù)不同的是，數(shù)據(jù)庫(kù)將已產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存貯，供之后用所存貯數(shù)據(jù)的有關(guān)屬性進(jìn)行搜索。而數(shù)據(jù)總線通過(guò)數(shù)據(jù)屬性過(guò)濾進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)，管理未來(lái)發(fā)生的數(shù)據(jù)。以數(shù)據(jù)為中心使數(shù)據(jù)庫(kù)本質(zhì)上是個(gè)大型的存貯系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)為中心使數(shù)據(jù)總線成為IIoT軟件集成和自治運(yùn)行的一種基本技術(shù)。
　　類(lèi)似于對(duì)存貯數(shù)據(jù)進(jìn)行存取控制的方法，數(shù)據(jù)總線用許多同時(shí)發(fā)生的組件控制數(shù)據(jù)存取和刷新。其核心是DDS圍繞以數(shù)據(jù)為中心構(gòu)建了發(fā)布-預(yù)訂的數(shù)據(jù)交換機(jī)制。但是標(biāo)準(zhǔn)還定義了請(qǐng)求-應(yīng)答的數(shù)據(jù)交換機(jī)制。關(guān)鍵的抽象是各個(gè)應(yīng)用程序使用數(shù)據(jù)總線本身進(jìn)行互動(dòng)，而不是讓?xiě)?yīng)用程序直接與其它的參與應(yīng)用程序進(jìn)行互動(dòng)。DDS提供精確的以數(shù)據(jù)為中心的服務(wù)質(zhì)量QoS，包括可靠的多播，可組態(tài)的傳送，多種級(jí)別的數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間，歷史數(shù)據(jù)，組件和傳輸冗余自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，聯(lián)接管理，以及無(wú)須知曉傳輸細(xì)節(jié)、以數(shù)據(jù)為中心的傳輸信息安全。此外，一對(duì)多、多對(duì)一的通信是其很突出的特點(diǎn)。DDS提供有力的方法過(guò)濾和精確選擇什么數(shù)據(jù)送到哪里，而這個(gè)“哪里”的目標(biāo)可以是幾千個(gè)同時(shí)發(fā)生的組件。為了支持小的邊緣設(shè)備，有一個(gè)輕量級(jí)別的DDS版本，可運(yùn)行在有限制的嵌入式環(huán)境中。DDS數(shù)據(jù)總線保證超可靠的運(yùn)行，并且簡(jiǎn)化了用于程序的編碼。它不要求服務(wù)，極容易組態(tài)和操作，因而消除了故障點(diǎn)和阻塞點(diǎn)。一個(gè)基于DDS的系統(tǒng)不存在組件之間的應(yīng)用編碼互動(dòng)。DDS自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和連接正在發(fā)布和正在接收的組件，有新的組件（如智能機(jī)械）加入系統(tǒng)不必進(jìn)行組態(tài)變更。組件可以自行開(kāi)發(fā)，或由獨(dú)立的第三方提供。DDS克服了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，諸如缺乏可擴(kuò)展的性能，缺乏可互操作性，以及逐漸演進(jìn)發(fā)展架構(gòu)的能力。它具有即插即用的簡(jiǎn)單性、可擴(kuò)展性和特別高的實(shí)時(shí)性能。
　　由于其靈活性、可靠性以及快速構(gòu)建復(fù)雜系統(tǒng)或?qū)崟r(shí)系統(tǒng)，DDS通常用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)集成和構(gòu)建自治系統(tǒng)。總之，DDS是一種經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的高可靠、高性能的構(gòu)建大規(guī)模跨垂直行業(yè)的IIoT軟件系統(tǒng)的技術(shù)。運(yùn)用DDS的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用包括農(nóng)田、醫(yī)院醫(yī)療集團(tuán)、醫(yī)療保險(xiǎn)、自動(dòng)駕駛飛機(jī)和汽車(chē)、鐵路、資產(chǎn)跟蹤、自動(dòng)測(cè)試、智慧城市、通信、數(shù)據(jù)中心切換、視頻共享、消費(fèi)電子、石油和天然氣開(kāi)采、廣播電視、空中交通控制、航空電子技術(shù)、SCADA、機(jī)器人以及國(guó)防。
　　已有的DDS網(wǎng)關(guān)包括很多聯(lián)接技術(shù)，如DNP3, C37.118, Modbus, HLA, JMS 等等。DDS-Webv1.0規(guī)范定義了一種標(biāo)準(zhǔn)的Web服務(wù)網(wǎng)關(guān)。OMG組織正在開(kāi)發(fā)DDS和OPC UA間的網(wǎng)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。OPC基金會(huì)正在開(kāi)發(fā)以增加DDS作為附加發(fā)布-訂閱通信選項(xiàng)為目標(biāo)的OPC-UA-DDS發(fā)布行規(guī)。oneM2M正在研究oneM2M與DDS之間共同工作的網(wǎng)關(guān)、綁定DDS的oneM2M協(xié)議，以及基于DDS的oneM2M實(shí)體間的數(shù)據(jù)直接交換。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　沒(méi)有完整高效的泛在聯(lián)接性，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)就是空中樓閣，中看而不中用。沒(méi)有數(shù)量極其可觀的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)源（設(shè)備、傳感器、各類(lèi)數(shù)據(jù)采集裝置和邊緣計(jì)算設(shè)備等）的有效聯(lián)接，就不會(huì)有實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)流動(dòng)，就不會(huì)建立適時(shí)和及時(shí)的數(shù)據(jù)流動(dòng)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也就不會(huì)產(chǎn)生新的價(jià)值流，形成不了新的價(jià)值鏈。
　　美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟IIC發(fā)布的《工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)接性框架》白皮書(shū)提出了聯(lián)接性框架層的核心標(biāo)準(zhǔn)的概念，并從眾多的標(biāo)準(zhǔn)中選擇了DDS、OPC UA、HTTP和oneM2M這4種標(biāo)準(zhǔn)作為核心標(biāo)準(zhǔn)，幾乎覆蓋了在工業(yè)的各個(gè)行業(yè)泛在聯(lián)接性的要求。
　　我國(guó)目前掀起了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展熱潮，卻對(duì)作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的主要構(gòu)成—工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)IIoT的聯(lián)接性重視不夠，認(rèn)識(shí)不足。當(dāng)下業(yè)界急需補(bǔ)充這一短板，否則后患無(wú)窮。