工業互聯網作為新一代信息技術與制造業深度融合的產物,其核心基礎在于網絡技術。中國工程院院士鄔賀銓對此進行了深入剖析,指出工業互聯網的網絡技術并非單一技術的疊加,而是一個多層次、融合創新的技術體系,旨在滿足工業生產中高可靠、低時延、廣連接、大帶寬的嚴苛需求。
1. 網絡架構:從“兩層”到“三層”的演進
傳統工業網絡多采用現場總線與工業以太網構成的“兩層”架構(IT與OT相對獨立)。鄔賀銓院士強調,工業互聯網則需要構建包含工廠內網、工廠外網與標識解析體系的“三層”新型網絡架構。
- 工廠內網:通過時間敏感網絡(TSN)、工業無源光網絡(PON)、5G局域網(5G LAN)等技術改造,實現生產設備、控制系統與信息系統的互聯互通與精準協同。
- 工廠外網:依托公眾互聯網或專用網絡,利用軟件定義廣域網(SD-WAN)、邊緣計算等技術,安全可靠地連接上下游企業與用戶,支撐遠程監控、協同制造等應用。
- 標識解析體系:如同工業互聯網的“身份證”系統,通過賦予每一個實體或虛擬對象唯一標識,實現跨企業、跨地域的信息查詢與共享,是供應鏈協同與全生命周期管理的基礎。
2. 關鍵技術:融合與創新并舉
鄔賀銓院士著重分析了支撐上述架構的幾類關鍵技術:
- 確定性網絡技術:以TSN和5G uRLLC(超可靠低時延通信)為代表,確保關鍵控制指令和數據傳輸的確定性與實時性,滿足工業自動化中微秒級時延和99.9999%可靠性的要求。
- “5G+工業互聯網”:5G的大帶寬、廣連接特性與網絡切片能力,使其成為柔性產線調整、設備預測性維護、高清質量檢測等場景的理想連接方式。5G與TSN的融合,正推動無線網絡進入核心生產環節。
- IPv6的全面應用:海量工業設備接入需要巨大的地址空間,IPv6不僅能解決地址枯竭問題,其增強的報頭和安全特性也為端到端的安全傳輸與精細化管理提供了可能。
- 邊緣計算:在網絡邊緣側進行數據預處理與分析,大幅減少上傳云端的數據量和時延,快速響應本地事件,保護數據隱私,是實現實時控制與智能決策的關鍵。
3. 挑戰與展望
盡管技術發展迅速,鄔賀銓院士也指出了面臨的挑戰:工業協議七國八制、新舊設備并存導致的互聯互通難題;工業場景對安全(包括功能安全和網絡安全)的極致要求;以及網絡性能、成本與復雜性之間的平衡。
他認為工業互聯網網絡技術將呈現以下趨勢:
- 融合化:IT、OT、CT(通信技術)網絡將進一步深度融合,向一體化方向發展。
- 智能化:人工智能將被用于網絡的智能運維、流量調度與安全防御。
- 確定性增強:無線確定性網絡技術將逐步成熟并擴大應用范圍。
- 安全內生化:安全能力將從“外掛”轉向與網絡設計、設備制造“內生”結合。
總而言之,鄔賀銓院士認為,工業互聯網的網絡技術正從“連接”走向“智能連接”與“可信連接”,其演進將深刻重塑工業生產模式,為制造業高質量發展構筑堅實的數字底座。