工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)——重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的起點(diǎn)

張恒升

摘要：分析了當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)特性，認(rèn)為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不是一個(gè)全新的物理網(wǎng)絡(luò)，而是以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)以及新型專網(wǎng)為基礎(chǔ)，經(jīng)業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)構(gòu)建而成，并通過軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、虛擬化等技術(shù)整合網(wǎng)絡(luò)資源。認(rèn)為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)范圍，催生了新的網(wǎng)絡(luò)信息節(jié)點(diǎn)分布結(jié)構(gòu)，提出了更高的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求，必將深刻地影響通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)方向，成為重構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的起點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；SDN；虛擬化

1 什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正蓬勃興起，互聯(lián)網(wǎng)加速與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)融合，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)正逐步向工業(yè)領(lǐng)域滲透，一系列新的生產(chǎn)方式、組織形式和商業(yè)模式不斷涌現(xiàn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。

不同國家在信息和工業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)不同，發(fā)展需求各異，對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)/產(chǎn)業(yè)深度融合的認(rèn)識(shí)也不同。即使是對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)，美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）與中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）也不完全一致。IIC將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)定義為：為了商業(yè)收入轉(zhuǎn)型，通過先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析使能智能工業(yè)操作的，連接物、機(jī)器、計(jì)算機(jī)與人的互聯(lián)網(wǎng)[1]。而AII定義：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)和新一代信息技術(shù)與工業(yè)系統(tǒng)全方位深度融合所形成的產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用生態(tài)，是工業(yè)智能化發(fā)展的關(guān)鍵綜合信息基礎(chǔ)設(shè)施[2]。顯然兩個(gè)定義顯示出對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展各有側(cè)重，但兩者都一致認(rèn)為廣泛連接、泛在互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不會(huì)是一個(gè)全新的物理網(wǎng)絡(luò)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，一種業(yè)務(wù)建一個(gè)網(wǎng)的發(fā)展模式已經(jīng)成為過去，運(yùn)營商為減少同時(shí)建設(shè)和運(yùn)營多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成本，一直在探索在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上承載多種業(yè)務(wù)和服務(wù)，各種虛擬專用網(wǎng)（VPN）、Overlay技術(shù)得到了大量應(yīng)用，近年來大熱的軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和虛擬化技術(shù)，更是讓網(wǎng)絡(luò)通用能力與具體業(yè)務(wù)要求去耦合成為可能。在這種趨勢下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)單獨(dú)成網(wǎng)既是逆技術(shù)潮流而行，也是資源的浪費(fèi)。

同時(shí)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)特性決定了不會(huì)出現(xiàn)獨(dú)立的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)物理專網(wǎng)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)模式可歸納為4種，分別是：智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸。

4種業(yè)務(wù)模式連接對(duì)象包含了人、工廠、機(jī)器和互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等，接入方式包括個(gè)人撥號(hào)、企業(yè)寬帶、移動(dòng)蜂窩和區(qū)域無線連接等，帶寬需求從物聯(lián)網(wǎng)智能模塊的窄帶到虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）協(xié)同設(shè)計(jì)的超寬帶。如此復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)需求情況，現(xiàn)有的任何單個(gè)網(wǎng)絡(luò)均無法滿足；而如果要重新建設(shè)一個(gè)完全滿足所有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的網(wǎng)絡(luò)，其投資力度、建設(shè)規(guī)模和管理復(fù)雜度都將是巨大的，且產(chǎn)出預(yù)期并不明朗。

3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)沖擊現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)以及新型專網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過SDN、虛擬化等技術(shù)整合各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的資源，以業(yè)務(wù)為驅(qū)動(dòng)構(gòu)建而成。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的復(fù)雜性決定了支撐網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜和多元，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)突破了傳統(tǒng)公眾互聯(lián)網(wǎng)與企業(yè)網(wǎng)的邊界，改變了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者的分布，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展將產(chǎn)生巨大的影響。

3.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)延伸了網(wǎng)絡(luò)范圍

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，企業(yè)自主建設(shè)維護(hù)的工廠內(nèi)網(wǎng)和運(yùn)營商提供服務(wù)的公眾網(wǎng)涇渭分明，工廠內(nèi)支撐辦公信息化的信息技術(shù)（IT）網(wǎng)絡(luò)和支撐生產(chǎn)的操作技術(shù)（OT）網(wǎng)絡(luò)也相互隔離。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)打破了這些界線，其網(wǎng)絡(luò)將由工廠內(nèi)網(wǎng)和工廠外網(wǎng)組成。

從業(yè)務(wù)發(fā)展看，個(gè)性化定制、協(xié)同化制造等業(yè)務(wù)將工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)打開，為滿足生產(chǎn)制造的遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測、操作需求，封閉的OT網(wǎng)絡(luò)需具備更強(qiáng)的互聯(lián)互通能力，IT系統(tǒng)的云化使企業(yè)IT網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合更為緊密。

從技術(shù)上看，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)有著更高的信息化和信息采集需求，5G等技術(shù)工業(yè)適配能力的提升，讓原有公眾網(wǎng)絡(luò)有機(jī)會(huì)滲透至工廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)并提供服務(wù)；SDN等技術(shù)的成熟，也讓運(yùn)營商看到了通過提供高質(zhì)量VPN和網(wǎng)絡(luò)分片替代企業(yè)專網(wǎng)的可能。

從產(chǎn)業(yè)上看，思科等通信企業(yè)逐步向工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)滲透，西門子等工業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供商出于業(yè)務(wù)互聯(lián)網(wǎng)化發(fā)展訴求，也在主動(dòng)開放工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)，將突破原有企業(yè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)邊界，延伸到工業(yè)企業(yè)內(nèi)部，極大地?cái)U(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)范圍。

3.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)改變了網(wǎng)絡(luò)“造血機(jī)制”

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）是信息服務(wù)的源頭，是互聯(lián)網(wǎng)的“造血中心”，實(shí)現(xiàn)信息匯集是運(yùn)營商設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時(shí)的考慮重點(diǎn)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來了大量的信息推送需求，從大型“造血中心”向“末梢”的信息傳輸效率太低，因此在靠近“末梢”的地方出現(xiàn)了大量“儲(chǔ)血點(diǎn)”，用以增加服務(wù)提供節(jié)點(diǎn)，縮短傳輸路徑，提升服務(wù)效率。城域網(wǎng)的信息服務(wù)能力需要提升，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。隨著工業(yè)企業(yè)信息化進(jìn)程的推進(jìn)，未來將出現(xiàn)大量的“造血點(diǎn)”。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，將產(chǎn)生大量有價(jià)值、高敏感的數(shù)據(jù)，主要用于企業(yè)生產(chǎn)流程的優(yōu)化、企業(yè)間的相互協(xié)調(diào)，這種多服務(wù)于自己，少服務(wù)于公眾的高信息安全要求，決定了這部分?jǐn)?shù)據(jù)不會(huì)集中到某個(gè)大型造血中心，而是在本地造血點(diǎn)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，并向外提供服務(wù)。這種新的互聯(lián)網(wǎng)造血分布，將對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)產(chǎn)生根本性影響，改變圍繞骨干網(wǎng)和骨干節(jié)點(diǎn)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的路線，IDC和企業(yè)數(shù)據(jù)中心（EDC）的建設(shè)理念和布局思路都將需要調(diào)整，城域網(wǎng)、接入網(wǎng)以及微數(shù)據(jù)中心將在互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)中扮演更為重要的角色。

3.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提升了網(wǎng)絡(luò)性能要求

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)最直接的影響是提出了更高的網(wǎng)絡(luò)需求，簡單概括就是需要支持百億終端、百萬用戶、百級(jí)平面的業(yè)務(wù)發(fā)展。百億終端接入是指，未來智能工業(yè)產(chǎn)品和裝備——包括智能汽車、家電、機(jī)械、儀表及各種智能部件等——的數(shù)量將達(dá)到百億級(jí)水平，網(wǎng)絡(luò)需滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)海量智能工業(yè)產(chǎn)品聯(lián)接、信息交互的服務(wù)需求。百萬用戶是指，工業(yè)企業(yè)利用網(wǎng)絡(luò)開展監(jiān)測、控制等對(duì)隔離和安全要求比較高的業(yè)務(wù)，需要進(jìn)行用戶隔離，網(wǎng)絡(luò)能夠支持百萬級(jí)的VPN隔離。百級(jí)平面是指，網(wǎng)絡(luò)具備“多租戶”能力，每個(gè)業(yè)務(wù)平面是一張具備完整網(wǎng)絡(luò)管理、控制和數(shù)據(jù)傳輸能力的網(wǎng)絡(luò)，能夠?yàn)橐活悩I(yè)務(wù)或一個(gè)超大型企業(yè)提供完全自主控制管理的網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)束語

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)是技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展推動(dòng)的必然結(jié)果，同時(shí)也將沖擊通信網(wǎng)絡(luò)原有的技術(shù)架構(gòu)和發(fā)展模式。擴(kuò)大延伸的網(wǎng)絡(luò)范圍、全新的網(wǎng)絡(luò)信息節(jié)點(diǎn)分布、百級(jí)到百億級(jí)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求都將深刻地改變通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以開放化、虛擬化、智能化、融合化為發(fā)展方向的SDN、5G、窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）、IPv6等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中廣泛應(yīng)用。與移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)代際分明的演進(jìn)路徑不同，互聯(lián)網(wǎng)成長史告訴我們，互聯(lián)網(wǎng)從來不按“劇本”發(fā)展，但可以預(yù)見工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將成為通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要契機(jī)和助力，成為重構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的起點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] Industrial Internet Vocabulary[R]. 美國：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟， 2015

[2] 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（版本1.0）[R]. 北京：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟， 2016