工业互联网建设的网络基础和关键

2018-10-08 18:09 mikj 次阅读 条评论

     工业互联网建设的网络基础和关键,工业互联网不仅是网络概念,而且是系统化的概念。工业互联网把整个工业系统连接起来,实现数据在这些设备及系统之间流动,从而实现大数据分析、运营决策、控制等,优化工业生产。因而工业互联网的核心是通过网络化,把这些系统都打穿,围绕生产经营,形成一个系统化的、能实现数据传输和应用的智能体系。互联网的发展和新工业革命的交汇,催生了工业互联网。工业互联网不只是网络:网络是基础,平台是关键。

     工业互联网三大体系从工业互联网的发展来看,各国均先从顶层架构设计入手,国内工业互联网的顶层架构分为三大体系网络体系、平台体系和安全体系。其中,网络体系是基础,涉及人、物品、机器、车间等全要素,涵盖设计、研发、生产、管理等各环节,将工业全系统、全产业链、全价值链的泛在深度互联;平台体系是核心,平台作为各种要素的枢纽,可以将数据汇集在一起,不仅连接数据,还包括机器状态,在此基础上可以实现资源的优化配置、智能分析等;安全体系是保障,通过安全体系可以识别和抵御安全威胁、化解各种安全风险。

     工业互联网在不同国家有不同叫法,在美国叫工业物联网,在德国叫工业4.0。在国内,由于互联网的发展独树一帜,因而正宗的叫法应该是工业互联网互联网的发展和新工业革命的交汇,从而催生了工业互联网。2012年底,通用电气提出了工业互联网的概念,并出版了中英双语工业互联网白皮书。国内工业互联网发展脉络在整个工业互联网的发展大潮中,国内产业也早早起步,早在2013年8月,工信部颁布《信息化与工业化融合专项行动计划》,促进两化融合。

     工业互联网的网络体系可以分为三级两层,三级指现场级、车间级、工厂级;两层指OT层和IT层。现场级包括生产设备、控制系统;车间级主要包括人机交互界面、数据采集和监控,以及总线和网关等;前两级主要围绕工厂内生产部分,分布在OT层。而工厂级主要分布在IT层,主要是IT网络的信息化模块,包括SCM、ERP、CRM、MES。IT、OT融合即将两层打通是发展趋势,但是网络割裂,能力单一仍是工厂现状。

     现在的工厂中采用三层两级架构,中间仍是隔离的,仍然比较割裂,有的企业为了安全,两层之间甚至会采用物理隔离。这导致现在工厂中互联网仅用于商业信息交互,企业信息网络难以延伸到生产系统,大量的生产数据沉淀、消失在工业控制网络。与此同时,产业开始不断尝试,工业PON、宽带无线、短距离通信、蜂窝无线、IPV6、SDN等网络技术切入进来,但是仍遇到诸多问题,首先就是标准的问题。由于行业类别诸多以及工业巨头的存在,现行的OT网络技术标准有40多种,正式进入IEC国际电工委员会的也有20多种。而由于现在的OT网络已经不仅需要传输数据,还需要兼顾AR/VR及摄像头的应用叠加,应运而生的TSN很可能会在将来统一OT网络的连接技术。

     通用以太网技术仅仅是解决了多设备共享网络基础设施和数据连接的问题,但并没有很好地解决设备之间实时、稳定的数据传输的问题,而这对工业设备尤为关键。TSN是在IEEE802.1标准框架下,基于特定应用需求制定的一组子标准,旨在为以太网协议建立通用的时间敏感机制,在确保以太网数据通讯的时间确定性的同时,为不同协议网络之间的互操作提供了可能性。也可以理解为标准以太网的升级版。

     5G作为下一代蜂窝联网技术,关于5G空口技术的研究,工业互联网也是其重要涉及领域。5G针对工业互联网场景的连接多样性、性能差异化、通信多样性,现在面向工业控制、无线传感、生产辅助有三大空口,具体性能差异见下表:就核心层而言,5G通过网络切片技术,灵活组织架构,动态调整网络资源,在逻辑上满足不同组网需求。


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