工业互联网导论

本书系统讲述了工业互联网的基础理论与基础知识，从架构、网络、平台、安全和数据应用5个方面层层推进，为读者展现了工业互联网的全景图，并在知识的难度和深度等方面精心设计，有较强的可读性。全书共6章，第1章介绍工业互联网概论，分析了工业互联网兴起的背景，明确了工业互联网的定义。第2章介绍工业互联网架构，包括参考架构、技术架构和体系架构。第3章介绍工业互联网网络，包括网络互联体系和标识解析体系，分别对工厂内/外网络，有线/无线网络，主流现场总线技术、工业以太网技术、主流标识解析体系做了详细分析。第4章介绍工业互联网平台，讲述其架构和核心技术，分析和总结国内外主流工业互联网平台的理论与技术。第5章介绍工业互联网安全，从网络、控制、数据、设备和应用5个维度分析工业互联网面临的安全问题和可采用的防护措施。第6章讲述工业互联网数据应用的理论与技术，包括概念、特征、架构、分析和应用等方面。

曾衍瀚，副教授，广州大学电子与通信工程学院副院长。IEEE会员，IEEE SSCS 广州分会秘书，CCF YOCSEF广州分论坛副主席（2022—2023）。从事物联网芯片与系统设计等研究，主持国家和省自然科学基金等项目10余项，发表论文40余篇，授权发明专利40余项。孵化芯立创团队获第七届中国国际互联网+大学生创新创业大赛国赛金奖。 顾钊铨，哈尔滨工业大学（深圳）教授，鹏城实验室研究员，从事网络空间安全前沿技术研究，包括网络靶场、网络安全态势感知、攻击研判、人工智能安全等，发表论文140余篇，申请发明专利90余项，参与制定10余项网络空间安全行业标准。 曹忠，副教授，硕导，现任广州大学电子与通信工程学院物联网工程系系主任。从事工业互联网研究，主要方向包括人工智能技术、大数据分析、工业控制系统安全等。主持和主研国家重点研发课题、国家自然科学基金项目、广东省自然科学基金项目等课题10余项，发表SCI/EI论文20余篇，申请和授权发明专利30余项。 王宇，副教授，现任广州大学人工智能与区块链研究院副院长，广东省大数据安全与隐私保护工程中心副主任。主要研究领域包括区块链、人工智能、大数据、网络安全等，主持和作为骨干参与国家重点研发计划、国家自然科学基金、广州市重点研发计划等多个项目，发表SCI/EI论文60余篇，获广东省科技进步一等奖。

第1章　工业互联网概论 1 1.1　工业互联网发展的社会背景 2 1.1.1　工业互联网概念的提出 2 1.1.2　工业互联网的定义 7 1.1.3　各国工业互联网产业发展规划 8 1.2　工业互联网发展的技术背景 11 1.2.1　工业互联网兴起的技术背景 11 1.2.2　工业互联网发展的必然性 13 1.3　工业互联网的关键技术 17 1.4　工业互联网是实现智能制造的核心 19 讨论与思考 20 参考文献 21 第2章　工业互联网架构 23 2.1　工业互联网的参考架构 24 2.2　工业互联网的技术架构 26 2.2.1　感知层 28 2.2.2　网络层 34 2.2.3　平台层 34 2.2.4　应用层 35 2.3　工业互联网的体系架构 41 2.3.1　网络体系 42 2.3.2　平台体系 43 2.3.3　安全体系 44 讨论与思考 45 参考文献 45 第3章　工业互联网网络 47 3.1　网络互联体系 48 3.1.1　计算机网络 49 3.1.2　有线网络 65 3.1.3　无线网络 69 3.1.4　工厂内网络 82 3.1.5　工厂外网络 96 3.2　标识解析体系 97 3.2.1　互联网DNS 97 3.2.2　主流标识解析体系 102 3.2.3　工业互联网标识解析体系 109 3.2.4　小结 114 讨论与思考 114 参考文献 115 第4章　工业互联网平台 117 4.1　工业互联网平台的架构 118 4.1.1　工业互联网平台的定位 118 4.1.2　工业互联网平台的作用 119 4.1.3　工业互联网平台的技术架构 120 4.2　工业互联网平台的核心技术 124 4.2.1　边缘层的核心技术 124 4.2.2　工业IaaS层的核心技术 127 4.2.3　工业PaaS层的核心技术 128 4.2.4　工业App层的核心技术 131 4.3　国际工业互联网平台 134 4.3.1　国际工业互联网平台现状 134 4.3.2　美国的主要工业互联网平台 135 4.3.3　德国的主要工业互联网平台 140 4.3.4　其他国家的主要工业互联网平台 145 4.4　国内工业互联网平台 149 4.4.1　国内工业互联网平台发展现状 149 4.4.2　国内主要的工业互联网平台 150 4.4.3　国内工业互联网平台的特点 163 4.4.4　国内工业互联网平台的发展 169 讨论与思考 172 参考文献 172 第5章　工业互联网安全 175 5.1　工业互联网的网络安全 177 5.1.1　常见的网络安全威胁 178 5.1.2　网络安全漏洞挖掘与利用技术 180 5.1.3　网络安全防护技术 181 5.1.4　态势感知（SA）技术 186 5.1.5　工业互联网标识解析安全 187 5.2　工业互联网的控制安全 187 5.2.1　工业控制协议的安全威胁及防御 187 5.2.2　工业控制软件的安全威胁及防御 190 5.2.3　工业控制功能的安全威胁及防御 193 5.3　工业互联网的数据安全 193 5.3.1　数据安全的威胁与挑战 193 5.3.2　数据安全存储与传输技术 195 5.3.3　数据隐私保护技术 197 5.3.4　云数据安全防护 199 5.4　工业互联网的设备安全 200 5.4.1　设备安全的特点及安全挑战 200 5.4.2　物理层安全威胁及防护技术 201 5.4.3　节点的物理安全威胁及 其防御技术 202 5.5　工业互联网的应用安全 203 5.5.1　工业互联网的应用安全威胁分析 204 5.5.2　工业互联网的应用安全威胁防护 205 5.5.3　区块链与工业互联网应用安全 206 讨论与思考 207 参考文献 207 第6章　工业互联网数据与 应用 209 6.1　工业大数据概述 210 6.1.1　工业大数据的概念 210 6.1.2　工业大数据的特征 212 6.1.3　工业大数据的战略 214 6.2　工业大数据的架构 214 6.2.1　工业大数据参考架构 214 6.2.2　工业大数据系统功能架构 220 6.3　工业大数据分析 225 6.3.1　工业大数据分析框架 225 6.3.2　工业大数据分析算法 226 6.4　工业大数据应用 239 讨论与思考 246 参考文献 246