張文林：工業的數字化創新發展之“路”——設備網聯化，網絡IP化工業互聯網“咖”解
作者：張文林 華為公司戰略部總裁
工業的數字化、智能化，目標是構建新型工業研發設計、生產制造和服務體系，推動工業經濟高質量發展。這需要以網絡為基礎、平臺為中樞、數據為要素、安全為保障，實現對人、機、物等全面聯接，將數據作為生產要素融入到全流程。"要想富、先修路"，網絡是工業數字化、智能化發展的道路系統，對于工業的數字化創新發展的關鍵基礎，不僅要作為發展的先決條件來規劃和發展，而且在工業的數字化進程中會不斷的演進，需要持續的技術突破，就像我們從公路到城市環線、高速，以及城鐵、地鐵不斷完善路網系統，過程中也需要不斷的創新立交橋、隧道、大型綜合樞紐等關鍵技術突破。工業場景多而且特定場景對網絡的不同特性要求高，導致傳統工業網絡存在互通難、開放性差等問題，面臨著協議七國八制、數據孤島等挑戰，如何實現IT與OT端到端靈活組網，打造萬物智聯的網絡基座，讓數據上得來，智能下得去，是工業數字化、智能化發展中必須解決的問題。
傳統的‘金字塔’式工業體系架構無法跨層交換數據，難以實現數據在全網的高效流動，工業的數字化、智能化發展，需要打造新的"路網系統"。新一代工業網絡以"設備網聯化、網絡IP化"為關鍵特征，具備全面深度感知數據、實時傳輸交互數據、按需部署AI算力的能力。
首先是"設備網聯化"，實現設備按需聯網、隨時隨地上傳數據。這包括新增網聯化的工業設備，也包括對已有"啞設備"進行網聯化改造。根據《智能制造發展指數報告2020》，中國完成設備聯網率約為23%，實現設備遠程監控率為24%，設備預測性維護率為14%，工業設備設施網絡化水平還有很大的提升空間。設備聯網可以通過有線連接的現場總線、以太、光，也可以通過無線連接的5G、Wi-Fi 6等技術。例如上汽集團寧德工廠選用了Wi-Fi 6物聯解決方案，實現生產線的網聯化，聯接500多輛在制車輛、2000多個智能終端設備、超過10000個傳感器，并且運用大數據技術和回歸算法對1000多個設備進行主動式預警，降低非計劃停機時間20%。這是設備網聯化帶來數據打通，進而通過智能產生價值的例子。
更重要的是"網絡IP化"，讓設備和系統都說"普通話"，用統一的互聯網協議（IP協議）提升異構工業網絡的互通能力，打通數據孤島，做到數據的實時傳輸和交換，讓算力惠及每一個角落，使每臺設備都智能起來。
一些領先的企業已經開始采用IP技術來建設更先進的工業網絡。馬鋼集團是一家特大型鋼鐵聯合企業，在落實智能制造戰略、建設集中運營管控中心的過程中，采用IP技術構筑了一張覆蓋全公司的網絡，統一承載辦公類的IT業務和生產類的OT業務。用IP技術提升大規模組網能力，各類集中控制系統可以遠程對生產線進行管理，靈活支持不同生產線、不同子公司的多種業務，加速實現"四個一律"（操作室一律集中、操作崗位一律機器人、運維一律遠程、服務環節一律上線）。
4K/8K超高清制播交換系統是另外一個例子。進入超高清時代，制播系統的帶寬、性能要求增長了4倍以上，如果還用傳統SDI技術已經力不從心了。SDI產業規模小、發展節奏慢，而IP技術是主流技術，發展節奏快，性能更高，業務處理也更靈活。如果要建設一套超高清的制播系統，支持2000路4K超高清電視信號的制播，采用傳統SDI技術，制播矩陣需要32個機柜，而改用IP技術新架構，只需要2個機柜，減少了16倍。同時物理連線也從4噸同軸線纜減少到100公斤的光纖，重量相差40倍，施工、維護都更容易。這個技術叫做IP制播交換矩陣，在2021年春晚8K節目播出時已經使用，也獲得了中國超高清視頻產業聯盟的"重大技術突破獎"，其中一個突破的關鍵技術是"基于通用IP交換矩陣的凈切換"，使得導播切換畫面時，確保畫面不出現馬賽克。這是電視臺的生產網絡IP化的威力。
在工業網絡走向IP化的過程中，IP的全場景化尤為關鍵。消費互聯網的技術能力并不能直接滿足工業的要求，汽車行業、化工行業、鋼鐵行業等，每個行業都有自己工業場景下嚴格的SLA需求。已經賦能消費互聯網發展繁榮的IP技術（互聯網協議技術），在工業互聯網中需要進一步的發展，具備工業級的確定性、安全性、靈活性。
首先是確定性，某些工業控制場景要求數據的交互既要迅速、還要準時，因而需要可以降低時延抖動的確定性時延等新的技術能力。華為與紫金山實驗室、北京郵電大學等共同研究確定性廣域網技術，驗證了全球首個跨2000公里以上傳輸距離、跨13跳設備、實現100微秒級的時延抖動控制，為超遠距離工業互聯、高精度車聯網等生產控制及高精度業務的實現打下了重要基礎。其次是安全性，采用網絡協議內生安全新框架，IP協議報文頭攜帶動態加密的令牌，在報文經過的網絡節點啟用密文令牌驗證，相當于核驗IP報文的"健康碼"，網絡節點就可以識別出仿冒工業終端、或者被入侵工業終端所發出的報文，并進行相應的處置，顯著提升工業終端通信的安全性。第三是靈活性，Flex-IP協議將在語法和語義兩個維度上提升IP技術的靈活性，在要求極低功耗的工業場景中，我們可以采用Flex-IP的短地址格式將系統功耗降到最小，而在高速移動的低軌道衛星通信等工業場景中，我們還可以用Flex-IP地址表達三維空間位置等新的語義，實現空天地海一體化的IP協議體系。IP技術也在與時俱進，走向"全場景化"，讓IP這種"網絡普通話"表達能力更強、溝通效率更高，滿足消費互聯網、工業互聯網等全場景需求。
展望未來， 新一代工業網絡將為工業體系構筑四通八達、暢行無阻的"路網系統"，為工業經濟高質量發展奠定堅實基礎。華為將與合作伙伴、客戶持續開展場景化創新，加速工業數字化、智能化創新發展。
作者簡介
張文林
張文林先生，擔任華為公司戰略部總裁，負責華為公司戰略、企業發展、標準與產業發展等相關工作。自1999年加入華為，張文林先生歷任華為公司的研發、市場歐洲區和中國區管理崗位。張文林先生在標準和技術創新領域經驗豐富，曾擔任3GPP標準組織架構組副主席。
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