Cổng Gateway công nghiệp được sử dụng để giao tiếp giữa các mạng hỗ trợ các giao thức khác nhau. Trong cả thế giới CNTT và OT, các Gateway giúp giao tiếp giữa nhiều kiến trúc và giao thức khác nhau có thể thực hiện được. Chúng đóng gói lại và chuyển đổi dữ liệu đi từ mạng công nghiệp này sang mạng công nghiệp khác để thông tin có thể được hiểu.
Chức năng của cổng mạng công nghiệp
Gateway có thể chứa các chức năng như bộ chuyển đổi giao thức, thiết bị kết hợp trở kháng, bộ chuyển đổi tốc độ, bộ cách ly hoặc bộ dịch tín hiệu khi cần thiết để cung cấp khả năng tương tác của hệ thống. Các Gateway công nghiệp được đề cập trong bài viết này được sử dụng để đưa các thiết bị được nối mạng, cho dù dựa trên IP hay không, vào các mạng dựa trên IP và có khả năng vào internet công nghiệp.
Chức năng của Gateway công nghiệp đang mở rộng với sự ra đời của Internet công nghiệp. Về mặt lịch sử, phần lớn là chuyển đổi giao thức đơn giản, sự ra đời của các nền tảng gateway dựa trên bộ vi xử lý có thể lập trình từ xa với hệ điều hành tiêu chuẩn và khả năng lưu trữ các tác nhân nền tảng IIoT và các ứng dụng đã mở rộng đáng kể cấu hình chức năng của cổng.
Do tập trung vào việc sử dụng tiềm năng như các thiết bị hạ tầng Internet công nghiệp, báo cáo đặc biệt tập trung vào các Gateway hỗ trợ mạng công nghiệp dựa trên IP. Điều này loại trừ các gateway chỉ hỗ trợ các mạng không dựa trên IP ở cả cấp master và cấp slave, bao gồm nhiều mạng giao tiếp không dựa trên IP, thường là các mạng tự động hóa nối tiếp với nhau.
ARC còn loại trừ các card mạng kết nối với bo mạch đa năng PLC dựa trên giao thức mạng trên Ethernet. Ví dụ: các card mạng công nghiệp được thiết kế để sử dụng với PLC dựa trên EtherNet/ IP sẽ bị loại trừ.
Bộ định tuyến và Switch mạng thường được đi kèm với Gateway, nhưng danh mục sản phẩm này được loại trừ cụ thể khỏi báo cáo này và được đề cập trong các bài cơ sở hạ tầng mạng ARC riêng biệt. Bộ chuyển đổi quang điện, máy chủ thiết bị và bộ chuyển đổi giao thức chuyên dụng cũng bị loại trừ tương tự.
IIoT so với Gateway tự động hóa
Mặt khác, Gateway IIoT hay “đám mây” được phân biệt bởi sự nhấn mạnh của chúng vào việc cung cấp dữ liệu thiết bị lên đám mây hoặc các thành phần khác của internet công nghiệp. Các yếu tố khác biệt bao gồm việc sử dụng bộ vi xử lý và hệ điều hành tiêu chuẩn, như nền tảng Intel IoT, cũng như hỗ trợ API Representational State Transfer (REST), Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) và các giao thức truyền tải và tích hợp dữ liệu IoT khác. OPC UA (Unified Architecture) cũng có thể được sử dụng cho mục đích này.
Trong những ngày đầu tiên của Internet công nghiệp, một số nhà cung cấp cung cấp tích hợp giữa các thiết bị cổng và các đám mây riêng của họ.
Các Gateway IIoT mới nhất hỗ trợ các thành phần của nền tảng IIoT cấp cao hơn có khả năng thực thi ở biên. Các cổng này giúp dễ dàng giao tiếp giữa Edge và Cloud và tiếp tục cho phép thực thi các ứng dụng Edge, chẳng hạn như phân tích. Ví dụ về các tác nhân nền tảng cạnh này bao gồm Máy Predix của GE, được tìm thấy trong Field Agent Gateway và các thiết bị của đối tác.
Phân loại Cổng Gateway công nghiệp
Bài viết này tập trung vào vào các ứng dụng internet công nghiệp, tất cả các mạng chính phải dựa trên IP, loại trừ các mạng chính nối tiếp và không phải IP khác. Các danh mục theo loại mạng bao gồm:
- Thiết bị Slave không dây cho Ethernet master (bất kỳ loại mạng không dây nào, bao gồm Wi-Fi,
- WirelessHART hoặc các mạng khu vực cá nhân như Bluetooth)
- Thiết bị Slave khác cho Ethernet master (thường là các mạng tự động hóa nối tiếp)
- Thiết bị Slave không dây cho master không dây (thường là Bluetooth hoặc Wi-Fi)
- Di động (bất kỳ thiết bị Slave nào cho mạng di động)
- Kiến trúc CPU cổng Gateway công nghiệp
Đơn vị xử lý trung tâm (CPU) là mạch điện tử hoặc “chip” bên trong cổng dựa trên bộ vi xử lý thực hiện các phép toán cơ bản về số học, logic, điều khiển và đầu vào/ ra (I / O). Intel, ARM và Freescale là những nhà cung cấp chip phổ biến nhất cho các cổng công nghiệp.
Hệ điều hành cho Gateway công nghiệp
Hệ điều hành (OS) quản lý tài nguyên phần cứng và phần mềm của máy tính và cung cấp các dịch vụ chung cho các ứng dụng. Hệ điều hành là yếu tố phân biệt quan trọng trong lĩnh vực Gateway công nghiệp vì xu hướng hướng tới các ứng dụng tại Edge phải có khả năng thực thi trong các gateway. Linux hiện là hệ điều hành phổ biến nhất trong số các nhà cung cấp gateway IIoT, nhưng Windows 10 đang nổi lên như một lựa chọn khác, đặc biệt là trong số những khách hàng sử dụng Microsoft’s Azure Cloud.
Gateway công nghiệp hỗ trợ IPv6
Mọi thiết bị trên Internet đều được gán một địa chỉ IP để nhận dạng và xác định vị trí. Giao thức Internet phiên bản 6 (IPv6) cung cấp không gian địa chỉ dung lượng lớn hơn rất nhiều để xác định và định vị các máy tính nối mạng và định tuyến lưu lượng truy cập trên Internet.
IPv6 128 bit được phát triển bởi Internet Engineering Task Force (IETF) sau khi rõ ràng rằng số lượng địa chỉ có sẵn dưới phiên bản tiền nhiệm của nó, IPv4, sắp cạn kiệt. Hai giao thức không được thiết kế để có thể tương tác với nhau, nhưng phần mềm và sản phẩm tồn tại để cho phép giao tiếp giữa các máy chủ và các giao diện hỗ trợ các giao thức tương ứng.
Theo bài viết này, hầu hết các mạng công nghiệp không hỗ trợ IPv6. Tuy nhiên, nhiều gateway IIoT thế hệ mới làm được như vậy.
Cổng Gateway di động
Mạng di động không dây hoạt động thông qua các bộ thu phát, được gọi là điểm phát sóng di động hoặc trạm gốc. Các trang mạng di động riêng lẻ cung cấp phạm vi phủ sóng cho một khu vực giới hạn, trong khi mạng lưới các khu vực di động cung cấp phạm vi phủ sóng cho các khu vực địa lý rộng lớn. Hầu hết mọi người đều biết đến mạng di động do việc sử dụng điện thoại di động cá nhân của họ, nhưng mạng di động cũng được sử dụng rộng rãi để giám sát và quản lý từ xa nhiều loại thiết bị.
Hầu hết các cổng di động công nghiệp hiện đang hoạt động ở 3G hoặc 4G LTE. Thuật ngữ 4G có nghĩa là thế hệ thứ tư của công nghệ dữ liệu cho mạng di động. Từ viết tắt LTE là viết tắt của Long Term Evolution và là viết tắt của một quy trình kỹ thuật cho dữ liệu tốc độ cao cho điện thoại và các thiết bị di động khác. Công nghệ LTE M mới đang được thiết kế đặc biệt cho truyền thông internet.
Các giao thức mạng công nghiệp
Các cổng giao tiếp mạng với đường trục Ethernet có thể hỗ trợ một trong các giao thức mạng Ethernet công nghiệp hiện có. Một số giao thức này tồn tại, nhưng hầu hết các thiết bị hiện hỗ trợ giao thức mạng công nghiệp được thiết kế để sử dụng với EtherNet / IP hoặc PROFINET.
Hình dạng của Gateway công nghiệp
Hệ số hình thức đề cập đến kích thước, hình dạng thực của cổng. Nhiều thiết bị biên ở dạng DIN rail hoặc dạng rack/ panel. Các cổng kết nối được nhúng trong các thiết bị đầu cuối, chẳng hạn như PC công nghiệp không có quạt hoặc HMI, là một lựa chọn khác.
Môi trường làm việc cho gateway
Môi trường công nghiệp có thể chứa bụi và chất lỏng. Các thiết bị có thể cần được bảo vệ để ngăn chặn sự xâm nhập của các chất gây ô nhiễm này. Xếp hạng môi trường của National Electrical Manufacturers Association’s (NEMA) được sử dụng ở Hoa Kỳ. Châu Âu và các khu vực toàn cầu khác sử dụng các tiêu chuẩn môi trường của International Electrotechnical Commission (IEC) và “IP code”.
Xếp hạng IP20 đến IP40 tương tự như NEMA 1. IP65 tương tự như NEMA 4 về đặc điểm kỹ thuật chống bụi và nhỏ giọt. IP67 tương tự như thông số kỹ thuật kín nước và chống bụi NEMA 6.
