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从ICT视角看工业互联网未来通信演进
  • 作者:金涛
  • 点击数:4911     发布时间:2020-05-28 10:09:00
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借助80年代PC机普及的第三代计算模式,从20世纪90年代末开始,作为第四代计算模式的互联网闪亮登场,从一个美国国防部赞助的高校研究网络迅速成为科研网络、通信网络到现在的商业网络,全世界10多亿人共享这个信息高速公路。进而在2007年开始演进到第五代计算模式——移动互联网,通过智能手机连接了全球35亿人,成为真正意义上的消费互联网:一机在手,天下我有。
关键词:

互联网成功的奥秘

贝尔定律:计算模式每15年发生一次重大模式变化。

借助80年代PC机普及的第三代计算模式,从20世纪90年代末开始,作为第四代计算模式的互联网闪亮登场,从一个美国国防部赞助的高校研究网络迅速成为科研网络、通信网络到现在的商业网络,全世界10多亿人共享这个信息高速公路。进而在2007年开始演进到第五代计算模式——移动互联网,通过智能手机连接了全球35亿人,成为真正意义上的消费互联网:一机在手,天下我有。

互联网从一个军事科研技术,短短30年逐步演进为全球商业消费网络,背后的奥秘是什么呢?学术界和产业界从政治、技术、经济、效率、成本、管理等各个角度给予了各种分析,在硅谷形成了很多有价值的理论和现象级定律的解释,其中最核心的是几个著名的IT定律:

(1)摩尔定律

当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18个月便会增加一倍(性能提升一倍)。或者说,相同价格所能买到的电脑性能,将每隔18个月翻一倍。这一定律揭示了信息技术进步的速度,是整个ICT产业发展的源动力。

(2)梅特卡夫定律

一个网络的价值等于该网络内的所有节点数的平方,即网络的价值与联网的用户数的平方成正比。这一定律揭示了网络随着节点的发展其价值是指数级增长的,过了技术奇点之后,网络发展以超乎想象的速度增长。

(3)网络效应定律在物理世界里,随着规模的增长,边际成本呈递减规律直到物料成本。而在数字世界里,随着规模的增长,边际成本递减到无穷接近于0。

综上所述,在集成电路提供指数级性能增长或者成本降低的情况下,网络节点(包括终端)以指数级增长速度进行扩散,互联网价值以更高阶的指数扩散,而网络数字世界边际成本可以趋于0,这样的数字网络经济体系的生产力效用和速度,超越了历史上数次工业革命的机械、电气、电子等所有的物理经济体系,成为科技是第一生产力的最典型代表。这个数字网络经济体系也自然延伸到第六代计算模式也就是物联网和工业互联网。

工业互联网网络化的趋势

没有工业的互联网没有未来,没有互联网的工业也没有未来。——邬贺铨

在工业互联网产业联盟发布的《工业互联网白皮书》中有如下描述:

以新一代信息技术为驱动的数字浪潮正深刻重塑经济社会的各个领域,移动互联、物联网、云计算、大数据、人工智能等技术与各个产业深度融合,推动着生产方式、产品形态、商业模式、产业组织和国际格局的深刻变革,并加快了第四次工业革命的孕育与发展。而越来越清晰的是,工业互联网是实现这一数字化转型的关键路径,构筑了第四次工业革命的发展基石。

工业互联网三大体系中,网络是基础,平台是核心,安全是保障。工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化和智能化需求,构建起海量数据采集,汇集,分析的体系,是支撑制造源泛在连接、弹性供给、高效配置的载体。

由于历史原因,在当前的工业界,网络通信主要的特点是:

(1)现网各式老旧接口及布线,运维/改造困难:单个系统模拟线缆多( 大于100根),排障困难;改造工程成本高(十万~百万RMB);

(2)系统封闭,新应用集成困难:设备接口、数据格式、数据含义都是私有的,各子网形成信息孤岛,运维强依赖原厂高额现场服务;

(3)总线带宽速率无法满足新技术需求:链接方式限制带宽速率(如:RS485<100Kbps,工业以太网<=100Mbps),无法满足海量数据采集回传和数字孪生、视频实时智能质量检测、VR/AR现场运营维护等需求。

为了满足智能制造的智能决策,需要所有的数据可观可测可控才能决策,因此必须保证所有厂家、所有设备、所有软件、所有OT/IT/CT系统的网络互连、协议互通、数字模型语义互操作,现有工业网络遇到极大挑战,“分久必合”,未来网络跟随未来产业的发展趋势需要逐步走向统一:

网络层面:采用打通OT/IT/CT网络兼顾工业现场实时性需求的通用网络技术走到前台,有线走向统一的以TSN为代表的新一代以太网,无线走向统一的以5G/Wi-Fi7为代表的新一代无线网络。

协议层面:采用OPC UA/MQTT/Restful等通用ICT协议,打通OT/IT/CT应用接口。

数字模型:全球工业OT/IT/CT企业已经意识到,正汇聚一堂浩浩荡荡地统一各种工业设备、工艺、产线、工厂甚至企业的数字化模型,以OPC UA、VDMA等为代表。

软件定义网络SDN:SDN技术的引入,使能工业互联网的自动化,实现全网集中管理和控制,业务快速开通、快速调整。进一步,基于OICT融合的云边管端包括所有终端、网络、边缘计算、云计算在内的整个工业互联网体系架构可以获得了前所未有的可编程、自动化和控制能力,从而可以构筑高可扩展的、灵活的数字化网络化智能化的工业互联网,满足快速响应工业柔性业务的变化和最终用户及市场弹性定制化需求,演进到软件定义工业SDI。

第四次工业革命的号角已经吹响,在我们面前,一个波澜壮阔的新时代正在缓缓拉开帷幕。希望新一代通信技术能够为新的时代、新的产业保驾护航,贡献一份力量。

摘自《自动化博览》2020年5月刊

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