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工业互联网召唤新型 5G 2B 架构
2021-07-01

6月17日,第五届未来网络生长大会在南京召开 。在下昼的岑岭论坛上,中国工程院院士邬贺铨做了题为《从5G 2C到5G 2B》的主题演讲 。他指出,将5G to C的架构直接搬到5G to B,不顺应企业内网及与OT(操作手艺)融合的需要 。我们需要开发新型5G to B架构,支持企业网低时延、高可靠、高清静的应用 。

 5G与工业互联网均保存误区

针对社会上关于5G赋能千行百业的议论,邬贺铨指出5G与工业互联网的生长均保存误区 。现在工业互联网生长保存的误区主要体现在两个方面 。

头重脚轻:回避笔直行业企业现场数据难收罗问题而主攻企业大脑清静台,但企业大脑只是搜集底层统计数据和外部数据,对实时性要求不高,车间级直接对生产历程控制的企业小脑更为主要 。

避重就轻:受限于现场级工控装备的协议开放性,不从机械联网做起,企业小脑也无数据可挖掘 。

同样,5G在工业互联网的应用也保存两点误区 。

重外轻内:企业的机械数据和传感器数据基本不出企业网,但现在太过关注建设跨企业的标识系统和高质量的企业外网 。

以外替内:将5G to C的架构直接搬到5G to B,不顺应企业内网及与OT融合的需要 。5G全毗连工厂并不现实 。现在,5G主要应用在现场级且多为机械视觉类视频传送,尚未进入主流应用 。

三种应用级别要求各不相同

邬贺铨从企业现场级、历程监控与生产管理级和网络与营业应用级睁开了详细先容 。

企业现场级主要有两种模式:可编程逻辑控制器(PLC)和5G工业模组及基站 。

PLC接纳可编程存储器,通过轮询现场级各端口开关量、数字量和模拟量,执行逻辑运算、顺序控制、准时、计数、算术运算等操作下令,控制种种机械和生产历程 。但由于各厂家标准差别导致标准碎片化,差别厂家的装备不可兼容 。

5G工业模组可以毗连移动终端 。工业互联网5G基站的建设又分为三种:一是企业共享运营商建设的5G基站与焦点网 。焦点网用户面功效(UPF)下沉到企业,5G工业模组挂号在公网,数据不会脱离企业去运营商处,不必担心数据清静问题 。二是企业共享运营商建设的基站但自建焦点网,5G工业模组挂号注册和数据均在内网 。三是企业申请专用频率自建基站和焦点网,基站可集成UPF及5GC等功效,更清静可控及低时延 。

总的来说,PLC模式接纳的是主从架构,周期性分时轮询,是OT模式,弱点在于标准碎片化;5G工业模组是扁平化的,用的是古板标准以太网协议,适用非周期数据,接纳统计复用机制,优点是实现了OT和IT的融合,弱点是不可包管时延,以是往往需要TSN来支持 。

企业现场级TSN基于时钟同步、数据调理、可靠性机制等手艺,通过在标准以太网第2层的时隙引入优先品级标签,允许高优先级帧抢占低优先级帧的传输时间以包管低时延 。TSN作为虚拟局域网可以实现TSN over 5G 。在TSN之上可以承载种种现场级工控协议 。支持周期性与非周期性数据同传,从而实现链路层上支持IT与OT融合 。

在历程监控与生产管理级,SCADA起着要害作用 。SCADA位于管理调理层,收罗监控现场级数据,接受事务驱动,提供人机接口,实现告警处置惩罚、报表输出及可视化、动态模拟等 。但自己和PLC协议开放性均缺乏,需针对性设置参数与应用程序才华实现PLC与SCADA通讯 。上位机的操作系统大都接纳Windows,与底层差别,因此需与底层OT融合 。

网络与营业应用级接纳基于IPv6的网络层 。IPv6可实现真实源地址溯源,并留有很大的编程空间,可开发更多的功效 。首先是APN6(应用感知网),应用感知功效,古板的IPv4只支持选路,并不知道IP包承载的是什么营业,现在IPv6包可以界说营业服务质量,网络感知营业需求 。其次是iFIT(随流检查),已往信道检测是个难题,往往只能事后离线检测,iFIT能够将OAM指令嵌入用户报文IPv6包,可实现丢包、时延中分段检测 。最后,通过IPv6可以接纳SRv6分段路由,在IPv6扩展头中指定流量转发路径,支持低时延、组播、快速倒换和并发冗余传输,实现高可靠性 。SRv6有望成为端边云网统一的简化通讯协议 。

网络与营业应用级基于OPC-UA的应用层,OPC-UA是历程控制工具毗连与嵌入协议,适用于多种硬件平台,也兼容多种软件平台,是一个翻译器 。OPC-UA over TSN买通了从传感器到云,将IT和OT在语义层面互通 。

高起点工业互联网召唤新型5G to B架构

现在,我国机械行业80%的装备仍接纳古板的继电器和接触器举行控制,尚未使用工控系统产品 。已用的大中型产品中95%的PLC、75%的小型PLC、49%的DCS、70%的高端SCADA都来自外洋,清静误差令人担心,且不少属于相关制造商的专有计划,协议不开放 。一个典范工厂的控制点在20世纪90年月末仅有5万个,到2030年将增添到55万个,原有的工控产品难以支持 。别的,许多工控产品已使用十多年 。

邬贺铨提出,要开发新型工控装备,高起点建设工业互联网 。现在边沿盘算、5G工业模组、智联网、区块链、IPv6、TSN等手艺生长迅猛,将这些手艺集成进新型可信工控网关势在必行 。工厂内网要推进IT与OT无缝融合,朝着扁平化、IP化、智能化生长,推念头械联网,盘活生产线数据 。

除此之外,还要开发顺应企业网特点的网络架构 。公众网焦点网的控制平台离终端较量远,下行营业带宽高,而企业网焦点网是下沉到企业,主要营业终结在车间,并且往往上行要求高,对时延敏感,企业网自己很重视清静和可靠性,不可简朴靠切片来包管,需思量多信道冗余并发,但需设置多AP点等以包管多信道不受滋扰 。

5G to C的网络架构可以用到部分企业网,但对大中型企业来说并非科学合理的模式 。5G to B 需要轻型网络架构,可接纳5G专网或公网上逻辑切片方法支持5G to B的新架构 。

最后,邬贺铨做出了以下四点总结:一是古板基于现场级工控装备的工业互联网层级多、标准碎片化、IT/OT融合难题、网络清静性低 。

二是5G不但为工业互联网的现场级增添了可供选择的接入模式,并且在5G工业模组基础上融合新一代信息手艺的新型工控网关,将推动工业互联网扁平化、IP化、无线化,展现工业互联网的新名堂,也可开拓5G工业应用新空间 。

三是5G to C的架构并不都适合5G to B的企业应用场景,需要深入研究企业网络的需求,开发新型5G to B架构,支持企业网低时延、高可靠、高清静的应用 。

四是开发5G to B新架构和新型5G工控网关需要增强产学研用合作,驻足立异,明确需求标准起步、试点推进、形成工业,支持我国工业高质量可一连生长 。(泉源  人民邮电报)

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