淺談工業互聯網建設高質量網絡的思考

葉友仁 吳宇慶

湖北郵電規劃設計有限公司 湖北 武漢 430022

引言

工業互聯網 實現全要素、全產業鏈、全價值鏈的全面連接，肩負著我國高端技術突破和工業產業升級的歷史使命。過去二十年我國的工業企業發展主要著力于組織規模化、生產自動化和管理信息化上[1]。目前在工業互聯網熱潮的推動下，企業尤其是一些技術敏感型企業開始向生產智能化的方向努力，期望通過工業互聯網實現生產與管理的數字閉環，從而形成了端到端的全生命周期的數字化管理。智能化的基礎是數據，數據的流通又離不開網絡，工業互聯網體系的建設到底需要什么樣的網絡支撐呢？

1 工業互聯網建設目標及企業現狀

本節將從網絡視角給工業互聯網來下個定義。

首先，工業互聯網網絡是構建工業環境下人、機、物、料、法、環全面連接的基礎設施，包括三部分：一是工業通信網關、物聯網(IoT)模組、交換機、光纖傳送設備等網絡設備，二是工業專線等網絡服務，三是標識解析系統。

從另外一個維度來看，工業互聯網是由內網和外網構成：內網是指實體企業內的局域性覆蓋的網絡，外網就是實體企業外廣域性覆蓋的網絡。通常企業內的許多生產要素并沒有用網絡全部連接起來，企業與企業之間、企業與第三方平臺應用也沒有真正地做到互聯互通，所以從網絡連接的角度來看，不能把這些叫作工業互聯網，工業互聯網要求做到企業內的全連接，企業外的互聯互通。所以當前我們工業互聯網建設的目標就是要把尚未連接起來的生產要素進行連接，既有連接的網絡要升級改造，我們的目標是要整合不同的網絡。

企業內網主要是由支撐自動化的有線的工業總線網絡、辦公與管理的有線以太網或WIFI網；企業的外網主要由專線做點對點的連接，或者在廣域連接的場景使用“互聯網+VPN”的安全防護。除去生產自動化的工業總線和管理信息化的以太網，還有3G/4G匯合了企業內企業外的通訊和物聯網的數據采集和通信需求[2]。

2 關于工業互聯網內網建設的思考

首先從自動化的角度來看，是以工業總線的穩定性、低時延、高可靠性為主要的標準，同時需要增強在現有網絡技術中缺乏的連接距離、提高上傳的速率、保證下傳時延，所以自動化工業總線的發展方向為寬帶無線工業總線。

從信息化的角度來看，那么我們就要以現有的以太網和WIFI的帶寬、開放性、無線連接為基準，能夠擴大移動范圍、加強數據傳輸的可靠性和速率、可以連接更多的終端設備、同時能夠做到云計算與網絡的融合，局域專網的需求就要有選擇地與公網進行對接，不是一個完全封閉的局域專網。

那么對現有網絡的改造與整合又有哪些內容呢？

首先，企業內網的主要連接對象是全生產要素，在企業內工廠內車間內的人、機、物、料、法、環，我們把它稱為全生產要素，那么今天如果說這些生產要素尚未用網絡全部連接的話，我們改造與整合的目的就是要將這些生產要素進行全連接。

企業內網的改造與整合內容是網絡的融合，今天以工業總線為代表的生產自動化、以太網和WIFI為代表的管理信息化，以及通訊互聯網背后的3G/4G的網絡，那么我們要做內網的改造與整合的話，就要將這些網絡進行整合，便于數據的流通與共享，理想的目標網就是一張無線化的移動化的5G專網。

鑒于內網對高質量網絡的要求，通過實踐我們認為5G+光纖環網是高質量內網的最佳選擇，之所以這樣說，第一，5G+光纖環網的一張網，可以同時承載多類的業務：自動化控制的業務、管理信息化的業務、互聯網的業務、通訊的業務等等；兼顧了自動化的低時延、信息化的大帶寬、物聯網的海量連接，同時又提供了無線接入和移動通訊，可以做到兩化三化四化的融合[3]。

同時我們也面臨著許多的挑戰，針對工業自動化所需要的確定性和高可靠性的挑戰，5G標準的R16版本2020年9月凍結，它定義了絕大部分的工業場景，面向工業互聯網的應用，R16版本引入的新技術，除了運動控制時延達到納秒級等個別指標還達不到要求外，可以支持1μs的同步精度、0.5ms-1ms的空口時延、6個9的高可靠性、靈活的終端組管理、最快可實現5ms以內的端到端時延，具有更高的可靠性，而這些新的標準恰恰可以有效地滿足如工業AR、工業VR、工業視覺檢測、工業云端機器人等場景的連接需求。2-3年后隨著產業鏈成熟，R16版本5G網絡性能將能夠滿足絕大多數的場景，這也意味著工業5G時代將在2023年前后到來。

3 關于工業互聯網外網建設的思考

對于企業外網或企業間的網絡來說，建設需求主要來自于集團型企業，它們需要連接分布在各地的各生產基地和分支機構；同時他們需要從企業外部去尋求智能化的應用，要與私有云、公有云、行業云等工業互聯網平臺進行對接；另一項外網的需求就是產業鏈上下游的企業。我們所能采用的高質量企業外網的選擇主要來自于專網骨干承載網、SDN化可切片的廣域網。高質量外網又有哪些要求？

互聯網化的要求，要以通過3G/4G已經熟悉的消費移動互聯網為參考基準，能夠一點接入、全球聯通，不再受點對點專線連接的限制，一點的接入使我們可以享受到互聯網世界豐富多彩、各取所需的平臺應用[5]。

企業專網的要求，因為對于企業來說，不能使用互聯網這種開放式網絡來傳輸自己敏感的數據，所以它的標準是以企業廣域專網為標準做到安全隔離，保證連接的數據安全和網絡性能等，同時又可以便捷地、實時地按需配置資源管理，可以由企業自己來負責。

和網絡地址及尋址體系有密切的關系，因為今天的互聯網是基于IP地址，基于DNS尋址體系，在今天這種國際關系，如中美貿易戰和科技戰當中而產生的各種矛盾，安全可控成為了一個重要的要求，要求做到網絡地址的管理和群主體系，要求做到安全可控。

5G+光纖環網作為最佳的高質量內網的選擇，那么針對高質量外網的選擇又是如何呢？高質量外網主要取決于運營商各自的解決方案，這里我們也提供三種典型的選擇。

骨干專網，也就是說運營商提供的解決方案具備打造一張物理隔離的全國性的骨干承載網，專供工業互聯網客戶使用，可以保證數據的安全和網絡的性能。

軟件定義網絡（SDN），它的目的主要是聚焦在對用戶開放資源管理，過去網絡資源管理都只掌握在運營商的手里，那么今天在互聯網的整個大環境下，通過SDN化，網絡資源的管理權限可以開放給最終用戶，使得網絡資源的訂購、變更等管理如同網上購物一樣的便捷。

就是云網融合。我們知道5G來了之后，將帶來數據量劇增，這個時候5G網絡與算力的融合將十分的重要，這時候我們的網絡要與私有云、公有云、混合云、第三方工業互聯網平臺及企業內部的邊緣計算云平臺等互聯互通，整個企業外網要做到可以事先植入這些云端的資源，同時向用戶提供多云的管理服務，使得工業互聯網用戶一點接入可享受全網的資源與應用[6]。

4 結束語

根據工信部數據測算，2019年我國工業互聯網網絡產業存量規模在工業互聯網核心產業規模中占比僅為12.1%[4]，但建設高質量網絡作為基礎設施底座，助力工業互聯網高質量發展的重要性是毋庸置疑的，特別是隨著5G技術的逐漸成熟，以“5G+光纖”為主的新技術將更多地應用于企業內網改造。