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哈尔滨苹果维修网点_工业互联网呼唤新型 5G 2B 架构
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哈尔滨苹果维修网点_工业互联网呼唤新型 5G 2B 架构

前几天,第五届未来网络发展大会在南京召开。哈尔滨苹果维修网点在下午的高峰论坛上,中国工程院院士吴何权发表了题为5G2C到5G2B的主题演讲。他指出,将5GtoC的结构直接转移到5GtoB,不适应企业内部网络和OT(操作技术)融合的需要。我们需要开发新的5GtoB结构,支持企业网络的低延迟、高可靠性、高安全性的应用。

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5G和工业互联网都有误解。

根据社会上关于5G赋能千行百业的讨论,邬贺权指出,5G和工业互联网的发展存在误区。当前工业互联网发展中存在的误区主要体现在两个方面。

头重脚轻:回避垂直行业企业现场数据难以收集的问题,专注于企业大脑和平台,但企业大脑只收集底层统计数据和外部数据,对实时性要求不高,车间级直接控制生产过程的企业小脑更为重要。

避重就轻:受现场级工业控制设备协议开放的限制,不从机器联网做起,企业小脑也无数据可挖掘。

类似地,5G在工业互联网上的应用存在两个误区。

重外轻内:企业的机械数据和传感器数据几乎不出企业网络,但现在过于关注跨企业的识别系统和高质量的企业网络建设。

外部替内:5GtoC的结构直接转移到5GtoB,不能满足企业内部网络和OT融合的需要。全连接5G工厂是不现实的。当前,5G主要应用于现场级,多为机器视觉类视频传输,尚未进入主流应用。

三个应用级别要求不同。

吴从企业现场级、过程监控、生产管理级、网络和业务应用级等方面进行了详细介绍。

企业级主要有两种模式:可编程逻辑控制器(PLC)、5G工业模块和基站。

PLC采用可编程存储器,哈尔滨苹果维修网点通过现场级各端口的开关量、数字量和模拟量,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算术运算等操作命令,控制各种机械和生产过程。但是,由于各厂家的标准不同,标准零碎,不同厂家的设备不兼容。

5G工业模块可以连接移动终端。工业互联网5G基站的建设分为三类:一类是企业共享运营商建设的5G基站和核心网络。核心网络用户面功能(UPF)下沉到企业,5G工业模块在公共网络上注册,数据不会离开企业去运营商那里,不用担心数据安全。第二,企业共享运营商建设的基站是自建核心网络,5G工业模块的注册和数据都在网络上。第三,企业申请专用频率自建基站和核心网络。基站可以集成UPF、5GC等功能,更加安全可控,更低延迟。

一般来说,可编程控制器模式采用主从架构、周期性分时轮询和OT模式,缺点是标准碎片化;5G工业模块扁平化,采用传统标准以太网协议,适用于非周期数据,采用统计复用机制。优点是实现了OT和IT的融合,缺点是不能保证延迟,所以经常需要TSN来支持。

基于时钟同步、数据调度、可靠性机制等技术,企业现场级TSN通过在标准以太网第二层的时间间隙中引入优先级标签,高优先级帧占用低优先级帧的传输时间,以确保低延迟。作为虚拟局域网,TSN网,可以实现TSNover5G。TSN可以承载各种现场级工业控制协议。支持周期性和非周期性数据的同时传输,从而实现链接层上的IT和OT融合。

SCADA在过程监控和生产管理方面起着关键作用。SCADA位于管理调度层,收集监控现场级数据,接受事件驱动,提供人机接口,实现报警、报表输出、可视化、动态模拟等。但是,它本身和可编程控制器协议的开放性不足,需要有针对性地配置参数和应用程序来实现可编程控制器和可编程控制器之间的通信。上位机的操作系统大多使用Windows,不同于底层,因此需要与底层OT融合。

网络和业务应用级采用基于IPv6的网络层。IPv6可以追溯真实源地址,留下很大的编程空间,可以开发更多的功能。首先是APN6(应用感知网),应用感知功能。传统的IPv4只支持选择路径,不知道IP包承载什么业务。现在IPv6包可以定义业务服务质量和网络感知业务需求。其次是iFIT(随流检查)。过去,信道检测是一个难题,往往只能事后离线检测。iFIT可以将OAM指令嵌入用户报纸IPv6包,可以实现丢包、延迟等分段检测。最后,通过IPv6可以使用SRv6分段路由,在IPv6扩展头部指定流量转发路径,支持低延迟、组播、快速倒换、并发冗余传输,实现高可靠性。SRv6有望成为端边云网统一简化通信协议。

以OPC-UA为基础的网络和业务应用层,OPC-UA是过程控制对象的连接和嵌入协议,适用于各种硬件平台,也适用于各种软件平台,是一种翻译器。从传感器到云,OPC-UAoverTSN打通了IT和OT在语义层面交流。

高起点工业互联网呼唤新的5GtoB架构。

目前,中国机械行业80%的设备仍由传统继电器和接触器控制,尚未使用工业控制系统产品。使用的大中型产品中,95%的可编程控制器、75%的小可编程控制器、49%的可编程控制器和70%的高端可编程控制器都来自国外,安全漏洞令人担忧,许多属于相关制造商的独家计划不开放。20世纪90年代末,一个典型工厂的控制点只有5万个,到2030年将增加到55万个,很难支持原有的工业控制产品。此外,许多工业控制产品已经使用了十多年。

吴建议开发新型工业控制设备,高起点建设工业互联网。目前,边缘计算、5G工业模块、智能网络、区块链、IPv6、TSN等技术发展迅速,必须将这些技术整合到新的可靠工业控制网关中。工厂内的网络推进IT和OT的无缝融合,向扁平化、IP化、智能化发展,推进机械网络,激活生产线数据。

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此外,还应开发适合企业网络特征的网络架构。公共网络核心网络的控制平台远离终端,下行业务带宽高,而企业网络核心网络则是下沉到企业,主要业务结束在车间,而且往往上行要求高,对时延敏感,企业网络本身非常重视安全可靠,不能简单地靠切片来保证,需要考虑多通道冗余并发,但需要设置多个AP点等,以确保多通道不受干扰。

一些企业网可以使用5GtoC的网络架构,但是对于大中型企业来说,这种模式并不科学合理。5GtoB需要轻型网络架构,5G专网或公共网络逻辑切片可以用来支持5GtoB的新架构。

最后,吴何权总结了以下四点:一是传统基于现场工业控制设备的工业互联网层次多,标准碎片化,IT/OT融合困难,网络安全性低。

第二,5G不仅为工业互联网的现场级增加了可供选择的访问模式,而且在5G工业模块的基础上融合了新一代信息技术的新型工业控制网关,将推动工业互联网的扁平化、IP化和无线化,展示工业互联网的新格局,开拓5G工业应用的新空间。

第三,5GtoC的结构并不都适合5GtoB企业的应用场景,需要深入研究企业网络的需求,开发新的5GtoB结构,支持企业网络低延迟、高可靠性、高安全性的应用。

第四,哈尔滨苹果维修网点开发5GtoB新体系结构和新型5G工业控制网关需要加强产学研合作,立足创新,明确需求标准起步,试点推进,形成产业,支持我国工业优质可持续发展。

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