本文轉自【中國網】；
工業的數字化、智能化,目標是構建新型工業研發設計、生產製造和服務體系,推動工業經濟高質量發展。這需要以網絡為基礎、平台為中樞、數據為要素、安全為保障,實現對人、機、物等全面聯接,將數據作為生產要素融入到全流程。“要想富、先修路”,網絡是工業數字化、智能化發展的道路系統,對於工業的數字化創新發展的關鍵基礎,不僅要作為發展的先決條件來規劃和發展,而且在工業的數字化進程中會不斷的演進,需要持續的技術突破,就像我們從公路到城市環線、高速,以及城鐵、地鐵不斷完善路網系統,過程中也需要不斷的創新立交橋、隧道、大型綜合樞紐等關鍵技術突破。工業場景多而且特定場景對網絡的不同特性要求高,導致傳統工業網絡存在互通難、開放性差等問題,面臨着協議七國八制、數據孤島等挑戰,如何實現IT與OT端到端靈活組網,打造萬物智聯的網絡基座,讓數據上得來,智能下得去,是工業數字化、智能化發展中必須解決的問題。
傳統的‘金字塔’式工業體系架構無法跨層交換數據,難以實現數據在全網的高效流動,工業的數字化、智能化發展,需要打造新的“路網系統”。新一代工業網絡以“設備網聯化、網絡IP化”為關鍵特徵,具備全面深度感知數據、實時傳輸交互數據、按需部署AI算力的能力。
首先是“設備網聯化”,實現設備按需聯網、隨時隨地上傳數據。這包括新增網聯化的工業設備,也包括對已有“啞設備”進行網聯化改造。根據《智能製造發展指數報告2020》,中國完成設備聯網率約為23%,實現設備遠程監控率為24%,設備預測性維護率為14%,工業設備設施網絡化水平還有很大的提升空間。設備聯網可以通過有線連接的現場總線、以太、光,也可以通過無線連接的5G、Wi-Fi 6等技術。例如上汽集團寧德工廠選用了Wi-Fi 6物聯解決方案,實現生產線的網聯化,聯接500多輛在制車輛、2000多個智能終端設備、超過10000個傳感器,並且運用大數據技術和迴歸算法對1000多個設備進行主動式預警,降低非計劃停機時間20%。這是設備網聯化帶來數據打通,進而通過智能產生價值的例子。
更重要的是“網絡IP化”,讓設備和系統都説“普通話”,用統一的互聯網協議(IP協議)提升異構工業網絡的互通能力,打通數據孤島,做到數據的實時傳輸和交換,讓算力惠及每一個角落,使每台設備都智能起來。
一些領先的企業已經開始採用IP技術來建設更先進的工業網絡。馬鋼集團是一家特大型鋼鐵聯合企業,在落實智能製造戰略、建設集中運營管控中心的過程中,採用IP技術構築了一張覆蓋全公司的網絡,統一承載辦公類的IT業務和生產類的OT業務。用IP技術提升大規模組網能力,各類集中控制系統可以遠程對生產線進行管理,靈活支持不同生產線、不同子公司的多種業務,加速實現“四個一律”(操作室一律集中、操作崗位一律機器人、運維一律遠程、服務環節一律上線)。
4K/8K超高清製播交換系統是另外一個例子。進入超高清時代,製播系統的帶寬、性能要求增長了4倍以上,如果還用傳統SDI技術已經力不從心了。SDI產業規模小、發展節奏慢,而IP技術是主流技術,發展節奏快,性能更高,業務處理也更靈活。如果要建設一套超高清的製播系統,支持2000路4K超高清電視信號的製播,採用傳統SDI技術,製播矩陣需要32個機櫃,而改用IP技術新架構,只需要2個機櫃,減少了16倍。同時物理連線也從4噸同軸線纜減少到100公斤的光纖,重量相差40倍,施工、維護都更容易。這個技術叫做IP製播交換矩陣,在2021年春晚8K節目播出時已經使用,也獲得了中國超高清視頻產業聯盟的“重大技術突破獎”,其中一個突破的關鍵技術是“基於通用IP交換矩陣的淨切換”,使得導播切換畫面時,確保畫面不出現馬賽克。這是電視台的生產網絡IP化的威力。
在工業網絡走向IP化的過程中,IP的全場景化尤為關鍵。消費互聯網的技術能力並不能直接滿足工業的要求,汽車行業、化工行業、鋼鐵行業等,每個行業都有自己工業場景下嚴格的SLA需求。已經賦能消費互聯網發展繁榮的IP技術(互聯網協議技術),在工業互聯網中需要進一步的發展,具備工業級的確定性、安全性、靈活性。
首先是確定性,某些工業控制場景要求數據的交互既要迅速、還要準時,因而需要可以降低時延抖動的確定性時延等新的技術能力。華為與紫金山實驗室、北京郵電大學等共同研究確定性廣域網技術,驗證了全球首個跨2000公里以上傳輸距離、跨13跳設備、實現100微秒級的時延抖動控制,為超遠距離工業互聯、高精度車聯網等生產控制及高精度業務的實現打下了重要基礎。其次是安全性,採用網絡協議內生安全新框架,IP協議報文頭攜帶動態加密的令牌,在報文經過的網絡節點啓用密文令牌驗證,相當於核驗IP報文的“健康碼”,網絡節點就可以識別出仿冒工業終端、或者被入侵工業終端所發出的報文,並進行相應的處置,顯著提升工業終端通信的安全性。第三是靈活性,Flex-IP協議將在語法和語義兩個維度上提升IP技術的靈活性,在要求極低功耗的工業場景中,我們可以採用Flex-IP的短地址格式將系統功耗降到最小,而在高速移動的低軌道衞星通信等工業場景中,我們還可以用Flex-IP地址表達三維空間位置等新的語義,實現空天地海一體化的IP協議體系。IP技術也在與時俱進,走向“全場景化”,讓IP這種“網絡普通話”表達能力更強、溝通效率更高,滿足消費互聯網、工業互聯網等全場景需求。
展望未來,新一代工業網絡將為工業體系構築四通八達、暢行無阻的“路網系統”,為工業經濟高質量發展奠定堅實基礎。華為將與合作伙伴、客户持續開展場景化創新,加速工業數字化、智能化創新發展。華為公司戰略部總裁 張文林