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入派装备：Adafruit的廉价Arduino工具包、Weller Wes51焊接台、sparkfun数字万用表。 门派介绍： 传感器的诞生源于人类对物理世界和未知领域的信息来源、种类和数量等需求不断增加。在传感器诞生前的漫长历史发展岁月里，人类只能通过数千万年进化发展出来的视觉、听觉、嗅觉等方式感知周围环境。然而，依靠人类对物理世界的本能感知已远远不能满足信息时代的发展要求。例如在油气开采中，人类既不能感知一线油田环境中空气的复杂成分，更不能辨别某一气体成分含量的微小变化。
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那么，传感器到底是什么？国际上认可的第一个传感器是1861年发明的。我国国家标准（GB 7665-2005《传感器通用术语》）对传感器的定义为“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用的输出信号的器件和装置”。简单说，传感器一般由敏感元件、转换元件和基本电路组成。敏感元件用于直接感受被测（物理）量，转换元件将敏感元件的输出转换成电路参量（如电压、电感等），基本电路将电路参数转换成电量输出。
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在传感器上增加通信功能，就有了传感器网络（Sensor Network）的概念，物联网最初的兴起，也是传感网的理念深入人心而促成的。如果想把传感器大规模应用于工业互联网，目前面临的最大问题就是实用性，特别是尺寸、价格、移动性和续航能力等方面。10年前，传感器网络的节点大概有鼠标那么大；电池容量有限，不能长时间工作；身价也很高，最简单的测量温度湿度的网络传感器节点的单个价格高达上百美元。如今，瘦身成功的传感器可以像纽扣一样小，可以通过无线通信连接，部署方式更为灵活。此外，传感器的电池技术也有了显著进步，能够在诸如极寒、极热和潮湿等极端环境中持续更长时间，价格也降低到只有10年前的1/10（图5-7）。
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图5-7 智慧尘埃（Smartdust）系统利用大量从空中抛散的无线节点感知战场
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不过在未来工厂里面，实现广泛感知也未必就一定要大规模部署传感器。受群智感知思想的启发，近年来学术界提出了不依赖于特定类型设备的非传感器感知（Sensorless Sensing）技术，进一步拓展了感知维度和感知范围，同时降低了感知成本，从广义众包的视角为普适感知应用提供了一种新的视角和可能性。
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在工业互联网中，传感器位于现实物理世界和虚拟信息世界之间，扮演着直接联系两个世界的角色。传感器可以为工业设备提供实时的观测数据，以便工业设备根据实际状况调整执行策略。作为工业互联网的数据源，传感器可以应用于多种工业子领域。比如在数字油田中，传感器可以实时监测包含空气成分、水流动态和地震状况在内的多种数据，并据此控制油井运作，保障油井工人安全；在智能电网中，传感器可以在配电网实时监控电力网损和盗窃事件；在高级制造中，不同“性格”的传感器（温度型、湿度型和压强型等）可以在制造车间实时监测生产设备状况，还可以用包括视频、射频在内的多种监控手段来监测生产人员状况，以保证生产设备正常运行，生产人员安全工作。
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在工业生产中，传感器的价值不仅仅限于监测单个设备或单个人员。通过将如同尘埃般无处不在的传感器连接起来，就可以把所有检测到的数据收集起来，从而感知更加全面且精细的工业生产动态。
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有点想象力的同学也会发现，这不仅限于工业生产领域，如果将工业各阶段（如生产、物流、销售、售后等）的设备连接起来，就能获得整个工业价值链的图景，在某种意义上就具备了“大局观”。
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不过要想将设备连接起来，还需要利用网络通信技术。
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（2）门派：网络通信
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入派装备：一台计算机；以及去一家可以免费上网的咖啡店买杯咖啡。 门派介绍： 其实网络通信技术最重要的技能就四点：寻址能力、统一标准、通信协议以及网络安全。
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①寻址能力。
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寻址能力是指泛在网络中，所有接入网络的设备需要统一且能够唯一识别的地址，目前最常用的是IPv4协议。IPv4采用32位地址，最多可容纳约43亿设备同时接入网络，这在互联网发展初期能够满足设备寻址需求。但随着网络规模的不断增大，IPv4资源即将枯竭。2011年2月，互联网顶层注册机构IANA已将其全部地址空间分配完毕，这些地址空间也将在未来十年间被各区域互联网分配管理机构分配殆尽。
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IPv6的出现解决了地址资源枯竭的问题。IPv6使用128位地址，可容纳约3.4×1038的设备。相比之下，地球上的沙子也不过只有大约7.5×1018粒。从地址资源的角度来看，“让每一粒沙子都有自己的ID”在物联网时代是完全可以做到的。
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②统一标准。
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统一标准统一了什么？由于泛在网络包含了各种各样的通信设备，这些设备具有各自不同的任务，因此对通信网络的性能有不同的需求。例如，生产网络需要实时监测生产环境，因此对网络的实时性要求较高；业务网络则需要同时处理大量订单，因此要求网络具有高并发性。需求不同，使得工业互联网的各部分子网采用不同的协议标准，从而阻碍了不同部分间的数据和信息交流。统一标准要求工业互联网不同子网在边缘遵守单一、公共的标准，包括统一的基本架构原则、接口和数据格式，以便在各个子网之间能够互通有无。
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③通信协议。
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在工业互联网中，根据不同的需求，应使用不同的网络连接方式。有线网作为工业互联网的骨架，连接了不同区域子网和终端控制中心。无线网则是连接众多智能设备的主要方式。根据应用领域对网络覆盖范围和通信带宽来区分，一般将无线网络分为广域网、局域网和个域网。无线广域网连接信号可以覆盖整个城市甚至国家，主要包括2G、3G和4G网络。无线局域网在一个局部区域内为用户提供可访问互联网等上层网络的无线连接。无线个域网在更小的范围内（约为10m）以自组织模式在用户之间建立用于相互通信的无线连接，典型技术如蓝牙技术和红外传输技术等。
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以数字油田为例，大型油田按功能分为不同区域，包括采油厂、勘探院、集输厂、数据中心、仓库、处理站、生活区等。这些区域的中心设施通过有线骨干网相连，以确保通信速率和通信质量。对于油井区，根据油井分布的疏密、远近程度采用LTE、无线自组织Mesh网络等技术收集数据和分发指令，并通过骨干网络与中央控制室和数据中心相连；对于油井内传感器，可以形成无线传感网，采用ZigBee等协议进行通信；对于移动数据接入、车载设备、视频监控设备等移动性的远程通信设备，视需求情况可以接入LTE网络或者无线自组织Mesh网络等进行通信（图5-8）。
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④网络安全。
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在物联网时代，每个人穿戴多种类型的传感器，连接进多个网络，一举一动都被监测。如何保证敏感信息不被破坏、不被泄露、不被滥用成为物联网面临的重大挑战。而在工业互联网中，接入的设备、流通的数据都更为敏感，网络安全问题也就更为严峻。你也许从来都没有想到，如果工业系统仅仅简单地接入网络，一个高中生黑客就可能通过写几行代码，侵入自来水厂的供水设备，进而影响到你所喝的水的水质。说这话的依据是，2012年，美国水资源部门将其SCADA网络接入互联网，却几乎没有采取保护和隔离措施。
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为了解决工业互联网的安全问题，其具体实现应满足以下两个条件：第一，将安全性作为关键设计原则。在工业互联网中，简单地、滞后地为系统增加安全特性还不够。所有关于系统安全性的事务都要从系统设计之初开始考虑。第二，为了在高度网络化的、开放的、异质的工业互联网中提供高度的机密性、完整性和有效性等安全特性，需要开发和实现专门的信息安全技术、架构和标准。
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