从5G 2C到5G 2B 工业互联网呼唤新型5G 2B架构
2021-07-06 09:48

第五届未来网络开展大会在南京举行。在下午的高峰论坛上,中国工程院院士邬贺铨做了题为《从5G 2C到5G 2B》的主题讲演。他指出,将5G to C的架构直接搬到5G to B,不习惯企业内网及与OT(操作技能)交融的需求。咱们需求开发新式5G to B架构,支撑企业网低时延、高牢靠、高安全的运用。

5G与工业互联网均存在误区

针对社会上关于5G赋能千行百业的谈论,邬贺铨指出5G与工业互联网的开展均存在误区。现在工业互联网开展存在的误区首要体现在两个方面。

虎头蛇尾:逃避笔直职业企业现场数据难收集问题而主攻企业大脑和渠道,但企业大脑仅仅聚集底层核算数据和外部数据,对实时性要求不高,车间级直接对生产进程操控的企业小脑更为重要。

避实就虚:受限于现场级工控设备的协议敞开性,不从机器联网做起,企业小脑也无数据可发掘。

相同,5G在工业互联网的运用也存在两点误区。

重外轻内:企业的机器数据和传感器数据根本不出企业网,但现在过火注重建造跨企业的标识体系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,不习惯企业内网及与OT交融的需求。5G全衔接工厂并不实际。现在,5G首要运用在现场级且多为机器视觉类视频传送,没有进入干流运用。

三种运用等级要求各不相同

邬贺铨从企业现场级、进程监控与生产办理级和网络与事务运用级展开了具体介绍。

企业现场级首要有两种形式:可编程逻辑操控器(PLC)和5G工业模组及基站。

PLC选用可编程存储器,经过轮询现场级各端口开关量、数字量和模仿量,履行逻辑运算、次序操控、守时、计数、算术运算等操作指令,操控各类机器和生产进程。但由于各厂家规范不同导致规范碎片化,不同厂家的设备不能兼容。

5G工业模组能够衔接移动终端。工业互联网5G基站的建造又分为三种:一是企业同享运营商建造的5G基站与核心网。核心网用户面功用(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,不必忧虑数据安全问题。二是企业同享运营商建造的基站但自建核心网,5G工业模组挂号注册和数据均在内网。三是企业请求专用频率自建基站和核心网,基站可集成UPF及5GC等功用,更安全可控及低时延。

总的来说,PLC形式选用的是主从架构,周期性分时轮询,是OT形式,缺陷在于规范碎片化;5G工业模组是扁平化的,用的是传统规范以太网协议,适用非周期数据,选用核算复用机制,长处是完成了OT和IT的交融,缺陷是不能确保时延,所以往往需求TSN来支撑。

企业现场级TSN根据时钟同步、数据调度、牢靠性机制等技能,经过在规范以太网第2层的时隙引进优先等级标签,答应高优先级帧抢占低优先级帧的传输时刻以确保低时延。TSN作为虚拟局域网能够完成TSN over 5G。在TSN之上能够承载各种现场级工控协议。支撑周期性与非周期性数据同传,然后完成链路层上支撑IT与OT交融。

在进程监控与生产办理级,SCADA起着关键作用。SCADA坐落办理调度层,收集监控现场级数据,承受事情驱动,供给人机接口,完成告警处理、报表输出及可视化、动态模仿等。但自身和PLC协议敞开性均缺乏,需针对性装备参数与运用程序才干完成PLC与SCADA通讯。上位机的操作体系大都选用Windows,与底层不同,因而需与底层OT交融。

网络与事务运用级选用根据IPv6的网络层。IPv6可完成实在源地址溯源,并留有很大的编程空间,可开发更多的功用。首先是APN6(运用感知网),运用感知功用,传统的IPv4只支撑选路,并不知道IP包承载的是什么事务,现在IPv6包能够界说事务服务质量,网络感知事务需求。其次是iFIT(随流查看),曩昔信道检测是个难题,往往只能过后离线检测,iFIT能够将OAM指令嵌入用户报文IPv6包,可完成丢包、时延等分段检测。最终,经过IPv6能够选用SRv6分段路由,在IPv6扩展头中指定流量转发途径,支撑低时延、组播、快速倒换和并发冗余传输,完成高牢靠性。SRv6有望成为端边云网一致的简化通讯协议。

网络与事务运用级根据OPC-UA的运用层,OPC-UA是进程操控对象衔接与嵌入协议,适用于多种硬件渠道,也兼容多种软件渠道,是一个翻译器。OPC-UA over TSN打通了从传感器到云,将IT和OT在语义层面互通。

高起点工业互联网呼喊新式5G to B架构

现在,我国机械职业80%的设备仍选用传统的继电器和接触器进行操控,没有运用工控体系产品。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都来自国外,安全漏洞令人忧虑,且不少归于相关制造商的专有计划,协议不敞开。一个典型工厂的操控点在20世纪90年代末仅有5万个,到2030年将增加到55万个,原有的工控产品难以支撑。此外,许多工控产品已运用十多年。

邬贺铨提出,要开发新式工控设备,高起点建造工业互联网。现在边际核算、5G工业模组、智联网、区块链、IPv6、TSN等技能开展迅猛,将这些技能集成进新式可信工控网关势在必行。工厂内网要推动IT与OT无缝交融,朝着扁平化、IP化、智能化开展,推动机器联网,盘活生产线数据。

除此之外,还要开发习惯企业网特色的网络架构。大众网核心网的操控渠道离终端比较远,下职事务带宽高,而企业网核心网是下沉到企业,首要事务完结在车间,并且往往上行要求高,对时延灵敏,企业网自身很注重安全和牢靠性,不能简单靠切片来确保,需考虑多信道冗余并发,但需设置多AP点等以确保多信道不受搅扰。

5G to C的网络架构能够用到部分企业网,但对大中型企业来说并非科学合理的形式。5G to B 需求轻型网络架构,可选用5G专网或公网上逻辑切片方法支撑5G to B的新架构。

最终,邬贺铨做出了以下四点总结:一是传统根据现场级工控设备的工业互联网层级多、规范碎片化、IT/OT交融困难、网络安全性低。

二是5G不仅为工业互联网的现场级增加了可供挑选的接入形式,并且在5G工业模组基础上交融新一代信息技能的新式工控网关,将推动工业互联网扁平化、IP化、无线化,展示工业互联网的新格局,也可开辟5G工业运用新空间。

三是5G to C的架构并不都合适5G to B的企业运用场景,需求深入研究企业网络的需求,开发新式5G to B架构,支撑企业网低时延、高牢靠、高安全的运用。

四是开发5G to B新架构和新式5G工控网关需求加强产学研用协作,安身立异,清晰需求规范起步、试点推动、构成工业,支撑我国工业高质量可持续开展。

       
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