工业互联网网络演进发展趋势

  点击数:531  发布时间:2018-04-13 01:06
11月21日,在工业和信息化部、广东省人民政府的指导下,“2017中国工业互联网大会”在广州东方宾馆召开。本次大会由广东省经济和信息化委员会、广东省通信管理局、工业互联网产业联盟、中国信息通信研究院联合主办,以“工业互联智造转型”为主题,汇聚了政府主管部门、中国工程院院士及各界工业互联网领军人物,聚焦工业互联网发展趋势、产业实践等话题,全面解读工业互联网发展理念,对工业互联网前沿技术及产业应用实践展开深入探讨。
关键词:智能制造 ,工业互联网 ,网络通信

11月21日,在工业和信息化部、广东省人民政府的指导下,“2017中国工业互联网大会”在广州东方宾馆召开。本次大会由广东省经济和信息化委员会、广东省通信管理局、工业互联网产业联盟、中国信息通信研究院联合主办,以“工业互联智造转型”为主题,汇聚了政府主管部门、中国工程院院士及各界工业互联网领军人物,聚焦工业互联网发展趋势、产业实践等话题,全面解读工业互联网发展理念,对工业互联网前沿技术及产业应用实践展开深入探讨。

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工业互联网产业联盟网络连接特设组联执主席、中国信息通信研究院技术与标准研究所高级工程师张恒升

工业互联网产业联盟网络连接特设组联执主席、中国信息通信研究院技术与标准研究所高级工程师张恒升在工业互联网网络与标识分会场上发表了题为“工业互联网网络演进发展趋势”的演讲。以下是演讲全文:

各位嘉宾,下午好,今天首先跟大家分享一下我们在工业互联网网络演进发展趋势方面的研究和方向。

下面介绍什么是工业互联网、网络发展方面的趋势,以及网络有哪些关键技术。

首先要谈一下什么是工业互联网,传统的工业网络体系中,最开始只有工业控制网络,就是为了支撑自动控制而出现的网络,随着信息化以及信息系统包括ERP、PRM等在工业领域的不断部署,出现了企业信息网络,以及支撑企业信息化的企业办公系统。随着互联网的发展,更多的商业伙伴可以通过互联网进行沟通,在互联网上进行产品的销售,互联网最终进入工业网络体系中。但是这三个网络,由于他们是逐步产生的,没有整体的规划,网络是割裂的,能力也有限。在工控网络领域,设计工控网络的时候,只是为了完成控制性信息的传输,在大数据时代,跟外界数据的结合、把数据传出去的能力还不够。结果导致大量的生产数据沉淀甚至消失在工控网络中。企业信息网络服务能力也存在不足。移动互联网时时刻刻改变着我们的生活,但是互联网在工业领域中,仅用于商业信息的交互,还有很大的应用空间没有发挥。在传统的工业网络中,面临工业互联网新模式新业态,尤其是智能化生态、网络化协同、个性化定制、服务化转型,传统网络还无法实现发展。

工业互联网是实现人、机器、车间、企业等主体以及设计、研发、生产、管理、服务等产业链环节的全要素的泛在互联。实现生产系统所有要素的连接,在工厂内,要实现工厂内生产装备、信息采集设备、生产管理系统以及劳动力之间的互联。工厂外,要实现生产企业、协作企业、智能产品、用户、金融机构、供应链、物流企业的广泛互联。

在工厂内有IT网络和OT网络,OT网络有现场级和工厂级。三者有很明显的层级结果,要实现广泛互联,在工厂内希望有一个IT和OT完全融合的网络,所有的设备都能平等的连到这个网络上,所有的设备之间都能实现直接的互通互联,这个网络不光具备有线网络,还要有各种无线技术的接入。工厂内网络将向着IT化、无线化、扁平化、灵活化方向发展。

首先是IP化,工业互联网对IP化有需求。在生产环境中所有的装备需要上网,生产出来的智能产品、需要进行远程维护的产品都需要上网。海量设备需要上网,首先需要拿到IP,这里的IP化,更多指的是IPv6化,IPv4资源已经枯竭了,海量的设备终端接入的时候,必然要用到IPv6。除了工业的需求,从互联网演进来看,互联网已经在向IPv6进行演进了。在国内,骨干网已经完成了IPv6的改造,广州、深圳等城市现在已经向IPv6演进,包括无线、4G已经有了IPv6。在美国和欧洲,IPv6的应用更为广泛。整个行业向IPv6的切换,导致通信产业、通信模块、芯片、交换机、路由器都在进行IPv6的升级换代。工业互联网并不是完全独立的东西,有大量通信企业做支撑,产业IPv6的转换,工厂内的网络也会向IPv6演进。现在很多工厂还没有IP或IP是隔离的,在工厂内,实际上是由一个一个控制环组成,IPv4的4网地址,导致各个控制环无法进行互通,互通的效率、数据交换的效率降低。先把网络做好由IPv4再向IPv6过渡,不如直接向IPv6过渡,实现跨越式的发展。

扁平化是一个趋势,用工业以太网替换工业走线,甚至以后会用新的技术实现OT的扁平化,未来IT和OT会进一步融合,整个工厂由一个网络构成,这个网络会利用新的技术进行切片或者服务质量的提升,在上面承载各种不同的业务,不同的服务,实现不同的服务质量。

实现无线化,现在工业互联网尤其是大数据的应用,首先要有海量数据的收集和采集,海量数据的采集,原来在工厂内,基于生产线部署的有线网络很难实现。包括服务化转型中,远程服务和维护,都需要广泛的覆盖。我们希望看到的实现生产领域全业务、全产业链网络全覆盖,传统有线网络很难实现。所以无线在工业领域的引入是必然的。本身无线技术的发展,NBLT和5G等新无线技术,这几年有了广泛的发展,运营商都非常迅速的推进NBLT的建设。2018-2020年,全球各国也会进行5G的商业布局。这两点都决定我们的无线技术在工业互联网中会有广泛地应用。

实现灵活化,灵活组网是实现柔性制造包括个性化定制的基础。灵活化主要表现在生产领域要灵活调整、生产流程灵活重构、生产设备的快速接入、生产要素的动态分配,都需要有网络灵活化相应的配合。这就是我们对工厂内网“四化”趋势的看法。

一些新的模式出现,新生产中也有一些新的需求,包括云端的智能控制。包括一些边缘智能决策,边缘计算在工业领域中的应用,供应链的快速反馈,网络化的设计。基于网络的协同设计,还有工厂IT系统的云化,在ERP系统或者CRM系统上云,还有产品的远程维护,以及制造业的服务化。以后的工厂和制造企业,不仅仅是一个生产完之后卖掉就结束,可能需要对产品进行终身的维护,进行终身的服务,整个制造业的服务形态将发生根本性的变化。

所以对于工厂外网,我们认为有两个趋势:一是生产系统和互联网的融合。二是企业专网与互联网的融合。生产系统与互联网的融合,就是IT系统上云,以及云端的管控是最明显的体系。而企业专网与互联网的融合,企业专线价格相当不菲,最近指导意见中提出来,中小企业专网资费要下降。同时在新的外网中,要实现高可靠、低时延、大带宽、广覆盖,需要新的技术实现。

要实现工厂网络和工厂外网,实现远程目标,可能有一些新的网络技术要引入,将会重构传统之前提到的三个网络相互隔离、分离,网络单一的工业网络体系,打造新的工业互联网网络体系。由于时间原因,主要分享以下几个技术。

在工厂内,TSN是今年特别热的一项技术。传统工厂内的网都是独立的,甚至有自己的体系和生态。这样导致工业互联网很分散。TSN将所有的工厂网络打通,TSN也是目前业内可能实现千兆的技术。基于TSN制定一个统一的标准体系,整个标准将会更为开放,而TSN也改变了网络与控制强绑定的关系,网络不仅要支持控制,还要支持应用。大量的数据不仅在OT网络里面,还要上传到信息网络,为信息网络所用,还要上传到互联网里面,为云所用。

另一个技术是SDN,SDN是一个创新的网络体系,可以控制平面和转发平面的分离。SDN像个性化定制,包括内网实现灵活化都需要SDN技术。工业领域有两个方面的应用,一个是工厂内网,工业SDN,工厂内网通过SDN技术,搭建出不同的平台,来支持实时数据,通过不同的平面实现分别的服务质量,同时支持整个生产体系、生产流程的动态调整。在外网,SDN-WAN以及其他技术,可实现中小企业专网资费降低。

信息无线技术发展特别快,像NBLT和5G,针对不同的应用场景、人机交互,它的高频和多天线技术,支持制造工厂内的精准定位和高带宽。5G网络切片,支持多业务场景、多服务质量、多用户的隔离和保护。

最后是小结,TSN将会搭建更开放的平台,实现通信领域和工业领域互相开放,工业领域的网络以前相对封闭,现在更多实现开放,在通信领域,华为、阿里、腾讯都非常愿意进入这个领域。另外是融合,工业化和信息化深度融合,这种融合体现在以前的工业网络、芯片、系统和设备,基本是完全独立的,要实现新的融合,很多互联网企业开始有了支持工业化的产品,包括支持工业化的设备和系统。在技术、产业、标准方面的融合,包括英特尔通用芯片在工业领域的应用,工业网络未来将会向着开放和融合两个方向发展。

中国信通院主要工作有几个方面,一方面是支撑政府,充当政府的智库,为政府建言献策。包括在新的指导意见中,将网络基础设施作为一个重点工程。另一方面工作是制定标准,在传统领域,工业企业不懂网络,通信企业不懂工业,两者之间互相不了解,我们想做一件事,在产业推进中搭建桥梁,让工业领域知道如果需要通信的作何准备,让通信领域的人知道,如果要部署,应该用什么样的语言跟工业进行交流。搭建桥梁非常重要,以前工业企业可以不关心网络,因为网络是很小的一个部分,但是现在不一样,现在企业正在做转型,如果不懂网络,会影响未来业务的开展,而我们这个标准,希望能将工业领域和通信领域的人都聚集在一起,一起来专门成立一个工业和信息化部特设组,其中包括网络连接组,专门制定工业和通信领域融合的标准。在产业方面,工业互联网产业联盟今年成立了网络连接特设组。我们现在在编制工业互联网连接的白皮书,未来也会做一些解决方案的汇编,希望能在工业企业和通信企业中搭起桥梁,我们的网络如果未来要向工业演进,可以参考白皮书,未来要建设的时候,可以在汇编里面找到好的解决方案。

以上是我的介绍,希望与各位专家多合作,一起努力,共铸辉煌!

谢谢!

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