根据全球领先的物联网 (IoT) 市场洞察和战略商业智能提供商 IoT Analytics 的数据，工业物联网网关市场从 2021 年到 2022 年显著加速发展，增长约 14.7%，达到 8.6 亿美元（占整个物联网网关市场的 38%）。
重要引言：
IoT Analytics 首席执行官 Knud Lasse Lueth 评论道：“工业物联网网关对于将传统系统与现代技术连接起来至关重要。它们在支持制造应用程序向云端迁移方面也发挥着重要作用。未来，我还预计许多较小的应用程序将直接位于 IIoT 网关上，利用容器化技术、更强大的存储和计算能力，在某些情况下甚至利用 AI 芯片进行 ML 推理。”
IoT Analytics 分析师 Kalpesh Baviskar 补充道：
“物联网网关已成为部署具有多个传感器的物联网系统的一种极具成本效益的解决方案。它们在连接以前未连接的传统设备和装置方面发挥着至关重要的作用。”
“近年来，我们看到高性能处理器和 AI 芯片组集成到物联网网关中，将其转变为边缘物联网网关。这些边缘网关可以执行本地数据处理和分析，从而大大减少需要发送到云端的数据量。这可以为物联网应用带来显著的成本节约和性能提升。”
重要见解：
- 根据 2023-2027 年物联网网关市场报告，价值 9 亿美元的工业物联网 (IIoT) 网关市场在 2021 年至 2022 年间经历了加速增长，并且在多个有利因素的推动下，这一趋势还将持续下去。
- 工业物联网 (IIoT) 网关通过在底层 OT 设备和 IT 设备或云端之间安全高效地共享数据，实现了 IT 和 OT 的融合——其实施通常作为四种更广泛的物联网架构之一的一部分。
- 工业物联网网关在安全性、边缘计算和存储等方面取得了多项进步。
工业物联网网关在连接 IT 和 OT 方面发挥着重要作用
工业物联网网关：市场和作用
工业物联网网关市场从 2021 年到 2022 年显着加速，增长约 14.7%，达到 8.6 亿美元（占整个物联网网关市场的 38%），我们预测至少到 2027 年该市场仍将持续增长。推动这一增长的因素包括：
- 连接未连接。许多公司正在用传感器和控制器改造其传统设备，使用 IIoT 网关执行必要的协议和数据转换并将数据传输到 IT 端点。
- 软件应用程序正在迁移。拥有联网设备的公司正在将一些关键应用程序迁移到云端，而 IIoT 网关正成为工业场所信息流进出的主要连接点。一些应用程序现在也在网关本身上本地运行。
- 更强大的硬件。带有嵌入式多核处理器、AI 芯片组和安全元件的新型增强型网关可以实现更快、更安全的数据处理和传输（到 IT 端点或云端）。
这些因素反映了我们的评估：IIoT 网关正在成为 IT 和 OT 融合的中心。
注意：当我们提到 IIoT 网关时，我们指的是将传感器、IIoT 设备和工业设备连接到云或本地服务器或在不同工业网络上运行的 PLC/IPC 的（坚固型）硬件。有关确切定义，请参阅我们的报告。
IIoT 网关如何连接 IT 和 OT 世界
许多公司维护着没有传感器或控制设备的旧设备。即使旧设备具有本地连接的传感器或控制器，例如连接到工厂车间的人机界面或平板电脑，它也可能无法提供连接选项或使用终端设备（如 IT 服务器或云）使用的消息传递协议。同时，拥有支持物联网的设备的公司可能希望将数据移出现场（例如，移至远程 IT 设备或云）或增强本地数据计算以实现自动响应，然后再传输数据。
在这种情况下，IIoT 网关可以与独立或集成传感器（无线或通过 I/O 模块主站有线连接）连接，以将数据传输到 IT 或云服务器。如下所述，它们适用于工业 IoT 解决方案中的许多架构。
物联网架构中的 IIoT 网关
无论公司是自行构建还是购买 IoT 解决方案，该解决方案都将与 IoT 架构保持一致，以收集数据并将其传输到端点。虽然直接传感器到云架构不需要使用 IIoT 网关，但 IIoT 网关通常存在于 4 种一般类型的 IoT 架构中。
1. 传感器/设备到 PLC/IPC 到 IIoT 网关到云
在具有现有自动化硬件的工业环境中，传感器/设备到 PLC/IPC 到 IIoT 网关到云的架构非常常见。现场传感器或执行器连接到 I/O 模块主控。这些 I/O 模块主控将数据传输到本地 PLC 或 IPC。然后，PLC/IPC 连接到 IIoT 网关，该网关充当 PLC/IPC 和云之间的桥梁。
这种架构非常强大，但也有潜在危险。从技术上讲，IIoT 网关可以配置为远程访问位于 PLC/IPC 下方的整个架构。虽然这种设置允许任何数据在 IT 和 OT 之间流动，从而实现任何可以想象的用例，但它也具有最大的潜在攻击面（可能是整个设施），例如，在安全架构配置错误的情况下。
2. 传感器到 I/O 模块到物联网网关到云端
在传感器到 I/O 模块主机到物联网网关到云的架构中，简单的传感器连接到 I/O 模块主机。然后，I/O 模块主机使用有线或无线连接标准将数据传输到 IIoT 网关，绕过任何 PLC 或 IPC。事实证明，这种架构在多个传感器排列成集群的场景中非常有效 - I/O 模块主机充当每个传感器集群的中心节点，通过 IIoT 网关高效地收集数据并将其传输到云。
3. 设备中的传感器到物联网网关再到云端
在设备到物联网网关到云架构中的传感器中，配备单个或多个板载传感器的设备直接连接到 IIoT 网关。这种架构通常部署在使用非独立物联网设备的地方（即无法自行连接到互联网的设备）。
4. 传感器到物联网网关到云端
在传感器到物联网网关到云架构中，工业物联网网关可直接连接传感器和云服务器。例如，在资产上改装特定传感器（例如，用于状态监测）时，可以发现这种架构，希望绕过所有其他现有网络（以免干扰它们并产生新的安全风险）。
工业物联网网关功能的进步
随着 IIoT 网关在 IIoT 解决方案中变得越来越普遍，它们已经能够为用户提供更多功能。一般来说，IIoT 网关通常提供 8 个关键功能：
- 协议翻译
- 数据管理
- 设备管理
- 计算
- 沟通
- 资源管理
- 安全管理
- 管理服务质量
随着IIoT 网关市场的增长，这些功能也得到了改进。以下只是一些改进的例子。
“越来越多的客户要求制造商提供其工业物联网设备的安全级别证明。”
安全管理
随着联网设备数量的不断增加，网络攻击和未经授权访问的风险变得越来越大。对于希望将工厂设备连接到外部 IT 或云服务器的公司来说尤其如此。幸运的是，为了应对这些风险，IIoT 网关供应商正在积极将安全功能整合到其产品中，并遵守行业特定的法规和标准，使 OT 监控和控制能够安全地置于多层策略和访问控制之后。
值得关注的一系列标准是 2021 年批准的 IEC 62443，该标准要求所有经 IEC 62443 认证的产品从设计初期开始就遵守特定的产品开发要求。这套标准已成为许多国家的强制性技术要求，据必维国际检验集团网络安全主管 Pascal LeRay 称，“越来越多的客户要求制造商提供其工业物联网设备的安全级别证明。”
在我们的研究中，IIoT 网关公司指出了在其产品中纳入安全标准的重要性。Teltronic 首席执行官 Juan Ferro 表示：“网络安全在行业中的突然爆发被 Teltronic 视为改进 [我们的] 产品和相关流程的机会”，并补充说，抢先采用安全标准使他们领先于同行业的其他公司。
除了标准之外，IIoT 网关越来越多地采用硬件安全性，使用处理器内或 PCB/模块上的嵌入式安全元件作为可信平台模块（例如 TPM 2.0）。Ultratronik 的 A1 IoT 网关集成了 NXP 的 EdgeLock SE051 安全元件，而 Eurotech 的 RELIAGATE 10-14 系列则保持了 IEC 62443-4-1、-4-2 和 PSA 1 级认证，并配备了 TPM 2.0 安全芯片组——来自英飞凌科技的 OPTIGA TPM SLM 9670。
“工业机器人和许多实时系统之间仅仅几毫秒的延迟就可能导致安全隐患和生产流水线之间的差异。”
计算
总体而言，物联网网关趋向于提高处理能力。在工业解决方案中，这有助于公司将数据处理和计算转移到解决方案的边缘（更接近数据收集点），从而节省带宽和通信能力，并释放其 IT 和云服务器来管理其他任务。此外，还出现了将 AI 芯片组集成到某些物联网网关中以促进边缘计算的趋势。一个值得注意的例子是 AAEON 的 AIOT-AVID 物联网视频分析网关，它采用了英特尔的 Myriad X 视觉处理单元 (VPU)。
一位高级副总裁表示，实时处理和自动化数据的能力对于公司的盈利意义重大，“工业机器人和许多实时系统之间几毫秒的延迟就可能决定安全隐患和生产流水线之间的差别。”
数据和资源管理
本地数据存储有助于实现边缘数据处理。此外，由于网络连接有限或希望更高效地使用 IT 设备，一些工业用例可能需要在将数据传输到 IT 或云服务器之前对其进行分类和分析。
对本地数据存储的需求导致物联网网关普遍采用 eMMC 闪存和 SSD 解决方案。2022 年年中，鲁邦通推出了三款基于 ARM 的 IIoT 网关，具有不同的 DDR 和 eMMC 大小，以满足应用需求。几个月后，Compulab 宣布推出 IOT-GATE-RPI4，这是一款基于 Raspberry Pi 的 IIoT 网关，提供高达 128 GB 的 eMMC 内存和 mPCIe 插槽，可将 SSD 存储扩展至 256 GB。其他示例包括 MOXA 的 AIG-301 系列 IIoT 网关（配备 16 GB eMMC）和 Belden 的 Hirschmann OpEdge-8D（配备 64 GB SSD 闪存）。
设备管理
集成存储带来了将应用程序容器化以部署在物联网网关上的能力，包括设备管理软件。传统上，在物联网网关上部署应用程序需要将其直接安装在设备的操作系统上，这在可扩展性、灵活性和易管理性方面存在局限性。然而，公司越来越多地使用容器化作为在 IIoT 网关上部署应用程序的策略，提供 Kubernetes 等平台和 Docker 等运行时。这些技术提供了一种创建轻量级和隔离的运行时环境（称为容器）的方法，应用程序可以在各种平台和环境中一致运行。
许多网关 OEM 也在构建应用商店，其中包含数百个现成的应用程序，最终用户可以将这些应用程序部署到他们的网关（和云端），例如博世力士乐的 ctrlX 商店、西门子的工业边缘市场和研华的 WISE-Marketplace。
IIoT 网关的主要优势
在对 65 个案例研究的分析中，我们根据各种用例确定了 IIoT 网关实施的众多优势。以下是各公司提到的 3 个主要优势。
1. 更好的 IT/OT 集成
事实上，这是实施 IIoT 网关的一个关键目标，我们的分析表明，许多公司已经实现了这一目标。IT/OT 集成的一个共同目标是远程监控和响应。例如，Vitesco Technologies Italy 使用了 Zerynth 的 4ZeroBox，这是一个用于实时监控和预测性维护的内部 IIoT 系统。该解决方案使 Vitesco 能够提前 24 小时预测气动阀故障，从而减少了装配停机时间并提高了生产率。
2.降低劳动力成本
IIoT 网关通常用于自动化目的，因此可以减少劳动力成本、人力投入和人为错误。Vitesco 通过其 4ZeroBox 应用程序将其人工需求减少了 50%，而哥伦比亚钢铁制造商 Corpacero 在与 Senzary 合作部署 RotaryIQ 和 InsightsIQ 解决方案进行预测性维护和远程机器管理后，削减了与维修人工相关的成本。
3. 节省能源
企业能源管理分析软件提供商 Wattics 与 Kontron 合作，使用 Kontron 的 KBox A-101 作为客户站点 Wattics Sentinel 软件的中央“边缘节点”。它连接到本地电网和 Sentinel 电网，便于配置仪表、可靠地收集数据、预处理、压缩和安全通信。
物联网网关市场前景
由于许多公司都在寻求改造其设备或增强其物联网解决方案，我们看到 2018 年至 2022 年期间 IIoT 网关市场 (8.1% 复合年增长率) 稳步增长，特别是从 2021 年到 2022 年增长加速。我们估计这种趋势将持续下去，因为制造业和某些应用中的用例继续需要实时处理、低延迟和安全的数据处理。此外，以下 5 个趋势（在 2023-2027 年物联网网关市场报告中进行了更深入的讨论）支持了这一评估：
1.物联网网关变得更加模块化，使得工业物联网网关供应商能够提供一系列选项和配置以满足客户需求并实现轻松的扩展。2.物联网网关支持更多的无线连接选项，例如采用 eSIM/iSIM 技术的安全蜂窝解决方案，使 IIoT 网关能够在扩展的操作范围内处理多个连接的设备。3. IIoT网关供应商正在合作结合硬件和软件解决方案，简化部署并降低成本。4. OT 硬件开始整合（例如，I/O 模块主机转向 IIoT 网关）5.工作负载虚拟化（例如虚拟 PLC）允许 IPC 和 IIoT 网关执行以前与其他硬件紧密耦合的任务。
工业物联网网关在弥合传统机械与现代系统之间的差距、促进改造和旧设备安装方面发挥着关键作用。随着各行各业努力实现全球连接和 OT 设备的集中管理，工业物联网网关将继续在整合不同地点的运营方面发挥重要作用。
这对物联网网关供应商意味着什么
根据报告结果，物联网网关供应商应该问自己五个关键问题：
1. 我们的 IIoT 网关是否仍然符合更新的安全标准？2. 我们的客户是否需要 AI 边缘功能作为通用产品？3. 我们是否探索过本地数据存储选项来增加计算能力并降低延迟？4. 我们是否应该将边缘 IIoT 应用程序容器化？如果是，该怎么做？5. 我们的通用解决方案是否能够为客户提供无缝的 IT/OT 集成？如果没有，我们是否应该专注于为客户提供量身定制的解决方案？
对于物联网采用者意味着什么
根据报告结果，物联网采用者应该问自己 5 个关键问题：
1. 我们是否评估了各种可用的 IIoT 网关及其对我们的整体 IoT 战略的潜在影响？2. 我们正在使用哪种物联网架构？ IIoT 网关可以提供改进吗？3. 我们当前的 IIoT 网关是否符合当前的安全标准？如果不符合，我们需要进行哪些更新才能满足这些标准？4. 我们是否评估了边缘计算的可能好处（例如，基于数据在本地实现自动化控制）？5. 我们是否应该利用本地数据存储和容器化应用程序来更好地管理和更新设备？
更多信息可以在 IoT Analytics 的新《2023-2027 年物联网网关市场报告》中找到，其中包括物联网网关的详细定义、市场预测、采用驱动因素、竞争格局、显著趋势和案例研究。
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