工业互联网中数据集成和边缘处理技术国际态势分析

1、工业互联网中数据集成和边缘处理技术国际态势分析不同于传统工业中被动的信息采集方式，工业互联网通过“物-物”相连 的通信方式实现人、机器和系统三者交互式连接，实现自动、准确、及时地采 集生产、物流、销售、服务、运维、管理等各环节参数，汇集海量数据，再通 过挖掘分析、处理、应用，最终实现新价值创造。工业互联网平台中数据集成和边缘处理技术是关键技术之一。当前，边缘 计算成为研究热门领域。边缘与云端协同成为工业互联网平台重要发展方向。强化协议转化能力。工业互联网将连接工厂各异构设备，实现设备互联互 通。如何解决各设备的通讯协议不统一问题是近年来研究重点之一，例如GE PredixMachine利用OP

2、C UA技术实现不同工业网络协议的转换，国内企业也 开发出工业数据采集网关，支持多种不同工业网络协议，实现统一数据采集和 存储转发。强化边缘计算能力。面对大量联网的终端与设备，利用分布式信息处理的 方式实现物端的智能和自治。其中涉及大量数据在网络边缘侧分析、处理与储 存。例如SAP Leonardo利用边缘网关剔除冗余数据，Azure IoT在边缘侧运 行分析算法，实现实时反馈控制。研发具备工业互联网接口的工业控制系统也 是一个重要方向。强化边缘与云端协同能力。云计算聚焦非实时、长周期数据的大数据分 析，在周期性维护、业务决策支撑等领域发挥特长。边缘计算聚焦实时、短周 期数据的分析，能更好地支

3、撑本地业务的实时智能化处理与执行。例如 ThingWorx平台将云端模型导入边缘设备进行实时分析，并根据反馈数据进一 步优化云端模型，实现双向迭代。一、文献分析为检索出与“工业互联网中数据集成和边缘处理技术”相关的研究与综述 论文，根据用户提供的检索词，构建检索策略1，在ISI Web of Science数据 库中，共检索到2166篇论文（检索时间2018年9月）。其中，期刊论文 （Article）2041篇、综述性论文（Review）106篇。并对检索出的数据采用TDA和Excel等工具进行分析，结果如下。1研究产出分析（1）年代分布从检出结果看，纵观整个研究历程，前期发文量少，时断时续，

4、研究进展 缓慢。进入2000年，发文量增长趋势逐渐明显，一直呈快速增长态势， 2017年发文量达601篇，2018年发文量也已达874篇。图1工业互联网中数据集成和边缘处理技术SCI论文年代分布（2）国家（地区）分布全球共有61多个国家（地区）开展了工业互联网中数据集成和边缘处理 技术的研究，其前二十位的国家（地区）排名见下图（图2）。发文量前十位 的国家（地区）分别是中国、美国、韩国、英国、西班牙、澳大利亚、意大 利、印度、加拿大、中国台湾省，其中仅中国发文量就有663篇，美国发文量 有446篇。图2工业互联网中数据集成和边缘处理技术SCI论文国家（地区）分布从国家（地区）角度看，中国在该主

5、题的研究中占有绝对优势，其发文量 占全部论文的30.61% ；位居第二位的是美国，其发文量占全部论文的 20.59%。在亚洲各国（地区）中，除中国外，韩国发文量处于排行榜的第三 位；印度次之，处于全球第八的排名，中国台湾省的发文量也较多，处于第十 位。（3）机构分布表1列出了全球发表的关于工业互联网中数据集成和边缘处理技术的前二 十位发文机构。其中，中国机构最多，前十位有中国科学院大学、北京邮电大 学、华中科技大学、上海交通大学、西安电子科技大学、中南大学。发文量排 名前10位的机构处中国机构外，还有沙特阿拉伯的沙特阿拉伯国王大学、日 本京都纳特大学、英国萨里大学。表1工业互联网中数据集成和边

6、缘处理技术SCI论文研究机构分布情况图宛胜区）1Chinese Acad 5cl中国科学院3&中国2Bljtnqi Un hilts & Terecammun北京部电大学36枷:3Kinosauo univ沈博醇垃怕国王文学344H uailwnw 侦 elv闸叫华中科技大学器中国5ungpaok Hati Univ京都璃捂大学206JloTong Univ上海交通大学20中函.7 涮吊Unfw西安鱼子科技大哗20甲国18Univ surrey研瓯大学19英国ga9Wkg Univd惊航空航天犬学【&中国10Gent S Untv中南大学柑中匡111JlaofoFig Univ17中国12vr

7、runw韦溶如理工大学16印度13明启 Uril=vT&：l1iWl大逢理工15中国14Old Dominion Univ威直明太导1516ThaprUnlv塔帕大学15ED厘16Ulnghua UNu泪哗大学1517umv EiedOilna电子特楂大学15中国1<Rlv HOnQ Kono盲港大参15中国19Univ Sd ATechrict Qiilris中国科学挟本大学15中国20Univ Sydney品尼大学15澳大初亚中国发文量虽占据全球第一的位置，在前二十位机构中，中国的机构发文 量也相对较多，有13个。其中，中国科学院以38篇的发文量排在第1位。 美国发文量位居世界第2,但

8、进入发文量前20的研究机构有只有欧道明大学。 印度分别有韦洛尔理工大学、塔帕大学两个机构计入发文量前20。（4）期刊分布该主题发表论文涉及期刊660多种，发文量最多的前五种期刊分别是:IEEE ACCESS （161 篇）、SENSORS （152 篇）、IEEE INTERNET OF THINGS JOURNAL （ 1 4 4 篇）、FUTURE GENERATION COMPUTER SYSTEMS THE INTERNATIONAL JOURNAL OF ESCIENCE （117 篇）和 IEEE COMMUNICATIONS MAGAZINE （75 篇）。表2工业互联网中数据集

9、成和边缘处理技术SCI论文发表期刊分布情况排序芝E 了年期刊幽啪1天子1IEEE ACCESS4 3925EN5ORS2.4753iEEE INTERNErOFrHINGS.CHJRKflL5.昉34FUTURE GENERATION COMPLY S/STEMS THE INTtRNfiTI ON A L JOURNAL OF ESCIENCE4.039IEEECOMMUNICAnON5 A&ZINE9 272国家（地区）被引频次分析对全球发表的关于工业互联网中数据集成和边缘处理技术研究论文的被引 频次进行分析，以国家（地区）进行累积加和，并计算其篇均被引频次（表 3）。总被引次数和篇均被引

10、次的高低说明研究的影响力大小，其中，总被引次 数表示国家（地区）在该研究领域的影响力，篇均被引次数表示发表论文的被 关注的程度。表3工业互联网中数据集成和边缘处理技术SCI论文国家/地区被引情况:1213141S1&131920PEOPLE R CHINA6635802214.136UM446630218.753SOUTH KOREA2291117625.1114ENGLAND17714日1514.247SPAIN152102978,379AUSTRALIA145364134.061ITALY139100046.772INDIA13544912显&19CANADA9554595,7411TAI

11、WAN913331412.0917JAPAN702351710.7420SAUDI ARABIA95&783.338GERMANY6432615&5213FfiANCE63411133.6610PAKtSW55238165.09156RAZIL51190204.3318FINLAND46494112.97&SWEDEN45544105J34GREECE43181194.2116PORTUGAL37212阳3.53招从被引总频次来看，前10位依次是美国、中国、澳大利亚、意大利、英 国、韩国、西班牙、沙特阿拉伯、加拿大、瑞典。美国总被引频次达6302，遥遥领先于其它国家（地区）；其篇均被引频次为1

12、4.13，排在世界第3位。平均被引频次最高的国家（地区）是澳大利亚，达25.11。中国论文总数排第1 位，但总被引频次落于第2位，在发文量前二十机构中，其篇均被引频次也排 在第6位。63 IQ 13坐标很标题图3工业互联网中数据集成和边缘处理技术SCI论文前10个国家发文量- 篇均被引频次分析以发文量前11位国家的国家（地区）名称、发文量和及其篇均被引频次 三个指标作气泡图，气泡大小表示篇均被引频次高低。由图3可以直观看出， 澳大利亚发文量位于第6位，但篇均被引频次排在第3位，达25.11。中国发 文量居世界第1位，但篇均被引频次只有8.75，远低于美国。从图中还可以 看出，相对美国、澳大利亚

13、及欧洲发达国家（地区），亚洲各国（地区）论文 的篇均被引频次较低。3该领域研究技术主题分析（VOSviewer制图）根据检索出的文献，通过TDA分析工具对关键词进行分析，排除无效概 念，得到工业互联网中数据集成和边缘处理技术研究所涉及的高频关键词。将 主题关键词分为三类。边缘和云端协同、边缘计算、协议转化。在边缘和云端 协同方面，包括云计算、资源、存储。协议转化包括数据结构、数据体系、数 据协议、数据节点。边缘计算相关的主题词有数据集成、学习、大数据。fog roiiDpulfng、闷居坦rith m &此或1女Pg schemereediercompuuiione心警3|意观， 财补哗捎秦密

14、跌1鲫建E那叫cloud Gprnptitlrbg-京* Architecture柬*dCUBtr|咿哉；顼M妙兰尊枳瞧1 WIM彳nte缪穿M 一隐伊， vireless sensor network tudv g：阿- X .奇g皿EE&I脾D皿pgm图4工业互联网中数据集成和边缘处理技术SCI论文主题分布4小结本部分对工业互联网中数据集成和边缘处理技术的国际基础性研究进行了 文献分析，通过分析从整体上把握该领域国际发展态势，为科学决策提供支 撑。（1）工业互联网中数据集成和边缘处理技术国际发展态势全球对工业互联网中数据集成和边缘处理技术的研究已有一百多年历史， 但呈规模化发展始于上世纪九

15、十年代初，此后一直呈快速上升的发展态势。全 球关于工业互联网中数据集成和边缘处理技术的研究涉及61个国家（地 区），中国是这方面研究最多的国家（地区）。从机构角度来看，排名前五的 机构中国有3家，其整体实力很强。（2）工业互联网中数据集成和边缘处理技术主要研究内容从工业互联网中数据集成和边缘处理技术研究所涉及的高频关键词可以看 出主要研究内容涉及边缘和云端协同、边缘计算、协议转化等方面。中数据集 成和边缘处理技术是关键技术之一。当前，边缘计算成为研究热门领域。边缘 与云端协同成为工业互联网平台重要发展方向。整体研究内容主要以科研单位 为主，没有看到相关企业的研究。二、专利分析在 ISI Der

16、went Innovations Index （DII）数据库中 2，共检索到 1198 条专利文献（检索时间2018年9月）。对检索出的数据采用TDA和Excel等 工具进行分析，结果如下。1总体情况分析（1）专利申请国家（地区）和时间分布从全球的工业互联网中数据集成和边缘处理技术专利申请来看（图5）， 工业互联网中数据集成和边缘处理的专利技术最早可追溯到本世纪初。在2012 年前，全球工业互联网中数据集成和边缘处理专利年申请量不超过20条，进 入2012年后，全球关于工业互联网中数据集成和边缘处理的专利申请量呈逐 年稳步上升的态势。其中，2016年专利申请量达300多件。申请量最多的前5

17、位国家（地区）分别是中国、美国、韩国、印度和日本。其中，美国是最早开 展工业互联网中数据集成和边缘处理研究的国家，自2013年开始，其年专利 申请量稳步上升，但上升趋势不明显。卫叫 200& MW 2011 M2 ZOJJ 2Q14 2015 诵 2017 213图5工业互联网中数据集成和边缘处理技术专利申请时间演化图中国自2010年就有相关专利申请，近十年来中国发展迅速，2012年后中 国的专利年申请量超过美国，成为世界第一。中国的专利申请变化趋势与国际 专利申请趋势大致相同。与文献分析部分不同，印度和日本进入了前五位排 名。（2）专利技术国家（地区）分布从专利技术的国家（地区）来源来看，中

18、国的专利技术最多，占总数的 75.80% ；其次是美国，占总数的12.33%。从专利技术的市场分布来看，专利 主要分布于中国、美国、韩国、WO和印度。从图6和图7可以看出，中国是 工业互联网中数据集成和边缘处理技术的主要输出国。美国、韩国等国也是基 本的技术输出国。Other图6专利技术来源国家（地区）分布图7专利技术市场国家（地区）分布（3）主要申请人分析从检索结果看，约有1100多家机构活跃在工业互联网中数据集成和边缘 处理技术研发领域。专利申请数量位居前10位的机构全部为企业（表4），其 中有5家属于中国。另外美国4家，韩国1家。美国因特尔公司位列第一。表4工业互联网中数据集成和边缘处理

19、技术的主要专利申请人专利申谭廷携时间I近胖专利占其总蠢比INTEL CORP4年(2W-2O18 )STATE中国国冢电润公3弭（泌3年-201/年1190.00 虬CH ENGDU ZHENGOJANGH ENG ELECTION JCUCHNO(CHEN-M)曲阪E光恒电子禅技荷隍是可1年（NOV年）1GEMEIUL ELECTRIC TO &ENE-Q 芸国通用电公旬4年（2014-2明 F年）企韭$HENAN 5AIV0U T&CHNOLOGV CO (HENAM 问南巷灰脚技有限公刮卡年以01弹）6100%JIANGXI VASTGfiEEN ENVIftOIKH CO LTD(Jt

20、AN-N)江西万垸眯糅料技代眼公削1年（潮函6仰膘PAftKSJ lPASK-11 年（2014 年）0100%SLICTPflilK-SOlTp5N5U0 朴国三星4 (2014-2017)企耍B100%SHENZHEM 5HENGUJJDT COMMUMIC/O1ONTECHNC5HEN-NI深圳垩路通信技术有限公司1. (2017年)6100%S3hiJ5(5ONGI)1 年（2014 年）600%（4）中国专利权人情况分析中国研发机构在工业互联网中数据集成和边缘处理领域申请专利的全球排 位比较靠前，排名前10位的机构中有5家属于中国，分别为中国国家电网公 司、成都正光恒电子科技有限公司

21、、河南赛友科技有限公司、江西万绿环保科 技有限公司和深圳圣路通信技术有限公司。表5中国专利权人情况分析普到串淌云域兄间岫心总计|近5年夸利占理总房H两w即心CgXHMA仁成匚心 中厨国豪电网公司g2013 年26 丁年）11eo.-mCHENGDU EHENGGWNGHE阳 ELECTRONICTECHNO CHEN-NJ成都正光恒电子科技有麒公司僻(201挎)71W%HEN顺 SAfYOUTKHNOLOGY CO LIO (HEMA-N)洞可洒麦科技看阻公司1 年 201&$ )企仆6100%flAhTGXEVfijmEEM EKVlRtHKHCOLTD(JIAN-NJ江酢爆环邮擅有康公司1岸（的17岸）足业&SHtNZHEN SnEHGUJ (0T COMMUHtC