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,其核心支撐與關鍵紐帶是網絡技術。鄔賀銓院士作為我國信息通信領域的權威專家,對工業互聯網的網絡技術有著深刻而系統的闡述。他指出,工業互聯網的網絡技術并非單一技術,而是一個多層次、多維度、融合演進的復雜體系,其發展直接關系到工業互聯網的效能與安全。
一、工業互聯網網絡技術的核心特征
與消費互聯網相比,工業互聯網對網絡技術提出了更為苛刻的要求。鄔賀銓院士強調,其主要特征體現在:
- 高可靠與低時延:在工業控制、機器人協同、遠程操控等場景中,網絡必須滿足毫秒級甚至微秒級的時延要求,并具備極高的可靠性,確保生產流程的連續性和精準性。
- 海量連接與高帶寬:工廠內數以億計的傳感器、設備、產品需要實時接入網絡,同時高清視頻監控、機器視覺質檢等應用帶來巨大的數據流量,要求網絡具備強大的連接承載能力和傳輸帶寬。
- 確定性與安全性:工業生產流程要求網絡傳輸具有確定性的性能保障(如確定的時延和抖動),而非“盡力而為”。工業系統事關國計民生,網絡必須構建從底層到應用層的縱深安全防御體系。
- 異構融合與靈活組網:工業現場存在總線、以太網、無線等多種異構網絡并存的情況,網絡技術需要實現這些異質網絡的互聯互通和靈活、扁平化組網。
二、構成工業互聯網的網絡技術體系
鄔賀銓院士將支撐工業互聯網的網絡技術體系概括為以下幾個關鍵層面:
- 底層連接技術(工廠內網):
- 工業以太網與時間敏感網絡(TSN):TSN技術通過標準以太網擴展,提供確定性低時延傳輸能力,是解決工業控制實時性問題的關鍵,正逐步取代傳統工業總線。
- 工業無線技術:包括5G、Wi-Fi 6/7、專用無線網絡等。其中,5G以其大帶寬、低時延、廣連接的特性,尤其是uRLLC(超高可靠低時延通信)和mMTC(海量機器類通信)場景,成為工業互聯網無線接入的革命性技術。鄔賀銓特別指出,5G TSN(時間敏感網絡)融合、5G LAN(局域網)等技術,使其能深度融入工業核心生產環節。
- 骨干承載技術(工廠外網):
- 基于光纖、IP/MPLS、軟件定義網絡(SDN)等技術構建的高質量企業專線或虛擬專網,實現跨地域工廠、設計與生產中心、產業鏈上下游企業之間的安全、可靠、高效互聯。
- 標識解析技術:
- 這是工業互聯網的“中樞神經”。鄔賀銓院士將其比作工業互聯網的“身份證”和“戶口本”。通過賦予每一個物理實體和虛擬資產(產品、零部件、設備、流程)唯一的“身份證”(標識碼),并利用解析系統查詢其關聯信息,實現全球供應鏈的追蹤追溯、全生命周期管理和智能化服務。
- 平臺與邊緣計算網絡:
- 工業互聯網平臺作為數據匯聚與能力中樞,其內部及與邊緣節點之間需要高效的數據同步與協同網絡。邊緣計算將計算能力下沉到網絡邊緣,就近處理實時數據,極大減輕了核心網絡帶寬壓力并降低了時延。
- 網絡安全技術:
- 貫穿上述所有層次。包括設備安全、控制安全、網絡安全、應用安全和數據安全。需要采用內生安全、零信任、態勢感知、威脅情報等技術,構建主動防御、動態防護的工業互聯網安全體系。
三、面臨的挑戰與未來展望
鄔賀銓院士也指出了當前工業互聯網網絡技術發展面臨的主要挑戰:標準尚未完全統一、IT(信息技術)與OT(運營技術)網絡融合的深度不足、現有工業設備網絡化改造難度大、跨行業跨領域的安全保障體系復雜等。
他認為工業互聯網網絡技術將呈現以下趨勢:
- 融合化:TSN、5G、工業以太網等技術將進一步融合,形成統一的、確定性的工業網絡底座。
- 智能化:人工智能與機器學習技術將應用于網絡資源調度、故障預測與自愈、安全態勢分析,實現網絡的智能化運維。
- 一體化:“云網邊端”協同將更加緊密,算力與網絡將一體化發展,為工業應用提供即取即用的服務能力。
- 可信化:區塊鏈、隱私計算等技術將與網絡結合,增強工業數據流通的可信度和安全性。
鄔賀銓院士的觀點清晰地表明,網絡技術是工業互聯網的“血液循環系統”。其發展必須緊密貼合工業實際需求,堅持自主創新與開放合作,通過持續的技術演進和產業協同,構建起高速、安全、可靠、智能的工業互聯網網絡基礎設施,從而為制造業的數字化、網絡化、智能化轉型升級提供堅實的支撐,最終推動工業經濟邁向高質量發展的新階段。