日前,第五屆未來網絡發展大會在南京召開。在下午的高峰論壇上,中國工程院院士鄔賀銓做了題為《從5G 2C到5G 2B》的主題演講。他指出,將5G to C的架構直接搬到5G to B,不適應企業內網及與OT(操作技術)融合的需要。我們需要開發新型5G to B架構,支持企業網低時延、高可靠、高安全的應用。
5G與工業互聯網均存在誤區
針對社會上對于5G賦能千行百業的議論,鄔賀銓指出5G與工業互聯網的發展均存在誤區。目前工業互聯網發展存在的誤區主要體現在兩個方面。
頭重腳輕:回避垂直行業企業現場數據難采集問題而主攻企業大腦和平臺,但企業大腦只是匯集底層統計數據和外部數據,對實時性要求不高,車間級直接對生產過程控制的企業小腦更為重要。
避重就輕:受限于現場級工控設備的協議開放性,不從機器聯網做起,企業小腦也無數據可挖掘。
同樣,5G在工業互聯網的應用也存在兩點誤區。
重外輕內:企業的機器數據和傳感器數據基本不出企業網,但現在過分關注建設跨企業的標識系統和高質量的企業外網。
以外替內:將5G to C的架構直接搬到5G to B,不適應企業內網及與OT融合的需要。5G全連接工廠并不現實。目前,5G主要應用在現場級且多為機器視覺類視頻傳送,尚未進入主流應用。
三種應用級別要求各不相同
鄔賀銓從企業現場級、過程監控與生產管理級和網絡與業務應用級展開了詳細介紹。
企業現場級主要有兩種模式:可編程邏輯控制器(PLC)和5G工業模組及基站。
PLC采用可編程存儲器,通過輪詢現場級各端口開關量、數字量和模擬量,執行邏輯運算、順序控制、定時、計數、算術運算等操作命令,控制各類機器和生產過程。但由于各廠家標準不同導致標準碎片化,不同廠家的設備不能兼容。
5G工業模組可以連接移動終端。工業互聯網5G基站的建設又分為三種:一是企業共享運營商建設的5G基站與核心網。核心網用戶面功能(UPF)下沉到企業,5G工業模組登記在公網,數據不會離開企業去運營商處,不用擔心數據安全問題。二是企業共享運營商建設的基站但自建核心網,5G工業模組登記注冊和數據均在內網。三是企業申請專用頻率自建基站和核心網,基站可集成UPF及5GC等功能,更安全可控及低時延。
總的來說,PLC模式采用的是主從架構,云主機,周期性分時輪詢,是OT模式,缺點在于標準碎片化;5G工業模組是扁平化的,用的是傳統標準以太網協議,適用非周期數據,采用統計復用機制,優點是實現了OT和IT的融合,缺點是不能保證時延,所以往往需要TSN來支撐。
企業現場級TSN基于時鐘同步、數據調度、可靠性機制等技術,通過在標準以太網第2層的時隙引入優先等級標簽,允許高優先級幀搶占低優先級幀的傳輸時間以保證低時延。TSN作為虛擬局域網可以實現TSN over 5G。在TSN之上可以承載各種現場級工控協議。支持周期性與非周期性數據同傳,從而實現鏈路層上支持IT與OT融合。
在過程監控與生產管理級,SCADA起著關鍵作用。SCADA位于管理調度層,采集監控現場級數據,接受事件驅動,提供人機接口,實現告警處理、報表輸出及可視化、動態模擬等。但本身和PLC協議開放性均不足,需針對性配置參數與應用程序才能實現PLC與SCADA通信。上位機的操作系統大都采用Windows,與底層不同,因此需與底層OT融合。
網絡與業務應用級采用基于IPv6的網絡層。IPv6可實現真實源地址溯源,并留有很大的編程空間,可開發更多的功能。首先是APN6(應用感知網),應用感知功能,傳統的IPv4只支持選路,并不知道IP包承載的是什么業務,現在IPv6包可以定義業務服務質量,網絡感知業務需求。其次是iFIT(隨流檢查),過去信道檢測是個難題,往往只能事后離線檢測,iFIT能夠將OAM指令嵌入用戶報文IPv6包,可實現丟包、時延等分段檢測。最后,通過IPv6可以采用SRv6分段路由,在IPv6擴展頭中指定流量轉發路徑,支持低時延、組播、快速倒換和并發冗余傳輸,實現高可靠性。SRv6有望成為端邊云網統一的簡化通信協議。
網絡與業務應用級基于OPC-UA的應用層,OPC-UA是過程控制對象連接與嵌入協議,適用于多種硬件平臺,也兼容多種軟件平臺,是一個翻譯器。OPC-UA over TSN打通了從傳感器到云,將IT和OT在語義層面互通。
高起點工業互聯網呼喚新型5G to B架構