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★中國移動通信有限公司研究院 劉鵬，陸璐，李志強 

摘要：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)自首次提出以來發(fā)展已有10年，當(dāng)前已經(jīng)經(jīng)過概念普及的階 段，形成了以網(wǎng)絡(luò)、平臺和安全為核心的技術(shù)體系，進入到技術(shù)應(yīng)用部署的沉淀 期。邊緣計算在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用落地中起到了關(guān)鍵作用，促進算力的現(xiàn)場化部 署，一定程度上也改變了網(wǎng)絡(luò)的流量模型。算力網(wǎng)絡(luò)作為網(wǎng)絡(luò)和計算融合發(fā)展的 全新方向，將進一步促進技術(shù)和產(chǎn)業(yè)融合，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供新型融合基礎(chǔ)設(shè)施 的支撐。

關(guān)鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；邊緣計算；算力網(wǎng)絡(luò) 

Abstract: The Industrial Internet has been in development for 10 years since it was first proposed, and has gone through the stage of concept popularization, forming a technical system with network, platform and security. It entered the precipitation period of technology application and deployment. Edge computing has played a key role in the application of the Industrial Internet, promoted the on-site deployment of computing resources, and changed the network traffic model to a certain extent. As a new direction for the development of network and computing convergence, computing power network has the potential to further integrate of technology and industry providing support for the Industrial Internet through new integrated infrastructure.

 Key words: Industrial internet; Edge computing; Computing Power network 

1　引言 

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（Industrial Internet）”一詞最早 由美國通用電氣GE于2012年提出，指的是基于數(shù)據(jù)的 采集和分析實現(xiàn)設(shè)備的預(yù)測性維護，其智能化生產(chǎn)、網(wǎng) 絡(luò)化協(xié)同、人工智能改造等理念順應(yīng)了重塑和發(fā)展制造 業(yè)的需求。德國于2013年在漢諾威工業(yè)博覽會上正式 推出“工業(yè)4.0（Industry 4.0）”的概念，是繼“工 業(yè)1.0”蒸汽機時代、“工業(yè)2.0”電氣化時代、“工業(yè) 3.0”信息化時代后，基于信息物理融合系統(tǒng)（CPS） 配合智能化工業(yè)設(shè)備來提高新型工業(yè)核心競爭力。2015 年5月，我國印發(fā)《中國制造2025》，旨在促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn) 型升級，培育有中國特色的制造文化，實現(xiàn)制造業(yè)由 大變強的歷史跨越。同年，“中國制造2025”和德國 “工業(yè)4.0”進行了戰(zhàn)略對接。

 過去的幾年里，全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)充分 地凝聚了產(chǎn)業(yè)共識，度過了概念普及的階段，進入到 技術(shù)和應(yīng)用沉淀的過程?！?021中國制造強國發(fā)展指 數(shù)報告》[1]顯示，2015—2020年，中國制造強國發(fā)展指 數(shù)由105.78增長到116.02，中國制造業(yè)總體趨勢穩(wěn)中向 好。2022年，我國在規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)關(guān)鍵工序數(shù)控 化率已經(jīng)達到了55.3%，數(shù)字化研發(fā)工具的普及率達到 了74.7%，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在建項目全國已經(jīng)超過 4000多個。同時，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展仍然存在升級改 造的節(jié)奏慢、廣域網(wǎng)一網(wǎng)連多云、核心設(shè)備和器件卡脖 子等技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題，需要進一步推進發(fā)展。 

當(dāng)前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)泛指將互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)以及 其靈活開放的理念融入工業(yè)智能化發(fā)展的新型融合技術(shù) 體系[2]，它以網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)，以平臺化為核心，以安全 為保障。其中，以5G和云計算為代表的網(wǎng)絡(luò)和平臺技 術(shù)分別作為兩大推動力，促進了新型的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò) 接入和企業(yè)云平臺的構(gòu)建。安全技術(shù)挪到句首當(dāng)前還未 規(guī)?；┞秵栴}，需要隨著新技術(shù)的更廣泛應(yīng)用不斷加 強，嵌入在各個環(huán)節(jié)以及升級改造的過程中。 

本文結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，以邊 緣計算和算力網(wǎng)絡(luò)為代表，分析了網(wǎng)絡(luò)和計算融合對進 一步推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用的重要作用。

 2　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展以架構(gòu)為牽引，以網(wǎng)絡(luò)、平 臺、安全等為主要的技術(shù)發(fā)展方向。架構(gòu)方面，工業(yè)互 聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）先后發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架 構(gòu)》1.0版本和2.0版本[3、4]。架構(gòu)1.0版本定義了工業(yè)互 聯(lián)網(wǎng)的整體框架，技術(shù)方向包括網(wǎng)絡(luò)、平臺、數(shù)據(jù)、安 全，在2.0版本中將數(shù)據(jù)并入了平臺技術(shù)，形成了目前以網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全為三大主要的技術(shù)發(fā)展方向的體系。

 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的根基，包括互通互聯(lián)、 確定性傳輸、標(biāo)識解析等。在互聯(lián)互通方面，互聯(lián)網(wǎng)技 術(shù)如IPv4/IPv6的發(fā)展開啟了信息化時代的篇章，建設(shè) 了全球信息數(shù)據(jù)互通的主干道；移動網(wǎng)絡(luò)如4G/5G使得 網(wǎng)絡(luò)連接更加普遍，延伸至每個用戶以及設(shè)備。這兩種 技術(shù)當(dāng)前都呈現(xiàn)出向工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接的趨勢。在確定性傳 輸方面，由現(xiàn)場總線發(fā)展到工業(yè)以太網(wǎng)，再到目前的時 間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN，保證了工業(yè)局域系統(tǒng)中的低時延、確 定性時延傳輸?shù)囊?。?dāng)前，面向多工廠互聯(lián)的需求， 廣域確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也被提出并應(yīng)用在遠程工業(yè)控制等 場景中。在標(biāo)識解析方面，通過條形碼、二維碼、無線 射頻識別標(biāo)簽RFID等方式賦予物品唯一身份，如同網(wǎng) 絡(luò)中的唯一地址，確保工業(yè)部件和產(chǎn)品的可追溯性。當(dāng) 前，我國“5+2”國家頂級節(jié)點已經(jīng)全面建成[5]。以之 為基礎(chǔ)，當(dāng)前的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正向著全要素的互 聯(lián)發(fā)展，包括工業(yè)外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)中各工業(yè)系統(tǒng)和部件的互 聯(lián)，多種標(biāo)識解析體系的互通，以及研發(fā)、生產(chǎn)、物流 等要素全生命周期管理的連接技術(shù)，打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)價 值鏈、供應(yīng)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈的一體化發(fā)展[2]。

 平臺技術(shù)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心，包括數(shù)據(jù)采集和 預(yù)處理、平臺研發(fā)建設(shè)、模型應(yīng)用分析以及迭代等。在 數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理方面，主要是指數(shù)據(jù)的采集方式、數(shù) 據(jù)清洗、數(shù)據(jù)的訓(xùn)練以及后續(xù)的分析。在平臺研發(fā)建設(shè) 方面，主要包括工業(yè)控制和管理系統(tǒng)的研發(fā)和維護，表 現(xiàn)形式為基于虛擬化和容器技術(shù)的云平臺、邊緣云平臺 以及輕量級工業(yè)數(shù)據(jù)處理和控制平臺。在模型應(yīng)用分析 和迭代方面，主要是指引入智能化建模技術(shù)，面向具體 的場景應(yīng)用的產(chǎn)品和工具建模。平臺化的改造是大多數(shù) 工業(yè)企業(yè)的首要抓手，也是企業(yè)面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)升級邁 出的第一步，基于數(shù)據(jù)的處理，通過平臺化實現(xiàn)工控系 統(tǒng)的智能化升級是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)。近年來，邊緣計 算的興起大大促進了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設(shè)，相比于公 有云，邊緣云可以基于更加異構(gòu)的計算資源，提供低時 延、定制化的服務(wù)。

 安全技術(shù)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的保障，包括物理安全、 數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、平臺安全等多方面。在物理安全 方面，包括設(shè)備以及環(huán)境的具體溫度、濕度、電磁等要 求，確保設(shè)備在合適的環(huán)境中運行。在數(shù)據(jù)安全方面， 包括數(shù)據(jù)的脫敏、匿名以及加密技術(shù)，確保敏感數(shù)據(jù)不 被竊取。在網(wǎng)絡(luò)安全方面，包括防止DDoS攻擊、訪問控 制等，確保數(shù)據(jù)傳輸及通信的安全。在平臺安全方面， 包括軟件運行的環(huán)境、系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及并發(fā)性的處理 等方面，確保工控以及工業(yè)模型和應(yīng)用的正常運行。安全是傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)以及面向智能化升級的新型工業(yè)所必 須的條件，由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)所帶來的開放化、靈活化、融 合化同時也帶來了更多的安全隱患，如不能保證安全， 任何高效的技術(shù)都無法真正應(yīng)用。當(dāng)前階段由于工業(yè)互 聯(lián)網(wǎng)還沒發(fā)展完全，安全問題還沒完全暴露，隨著新型 技術(shù)的應(yīng)用推廣，安全技術(shù)會呈現(xiàn)出更重要的作用。

 3　網(wǎng)絡(luò)與計算融合將進一步促進工業(yè)互聯(lián) 網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新 

網(wǎng)絡(luò)和計算是當(dāng)前數(shù)字經(jīng)濟的兩大基礎(chǔ)設(shè)施，涵蓋 了大部分工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所需的要素。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面， 5G和IPv6作為移動網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的兩大主線，極大 地推進了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用落地；計算技術(shù)方面，云計 算和邊緣計算的結(jié)合將計算任務(wù)有效分解，滿足了算力 需求的同時，也滿足了屬地化的安全隱私要求。算力網(wǎng) 絡(luò)作為當(dāng)前業(yè)界發(fā)展的熱點方向，將網(wǎng)絡(luò)和計算的融合 發(fā)展推進至更高的層次。

 3.1　邊緣計算促進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更多的應(yīng)用落地 

邊緣計算更加符合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)起步階段對于平臺 化建設(shè)的需求，解決了把計算放在哪里的問題。傳統(tǒng)的 工業(yè)大多是煙囪式發(fā)展，不同的工業(yè)之間，甚至同種工 業(yè)的不同企業(yè)之間的技術(shù)實現(xiàn)偏向私有化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 倡導(dǎo)開放互聯(lián)的理念，對傳統(tǒng)的工業(yè)格局會造成一定影 響，而邊緣計算恰巧是解決了開放與私有的平衡問題。 一方面，邊緣計算把算力分布在了工業(yè)現(xiàn)場或所在區(qū) 縣，在云計算虛擬化等模式的前提下，使得計算任務(wù)可 以更快捷地在附近完成。另一方面，由于計算所在位置 離現(xiàn)場較近或處于現(xiàn)場，也避免了云計算的網(wǎng)絡(luò)回路過 長、平臺基礎(chǔ)設(shè)施共享等引發(fā)的安全隱私隱患。“5G+ 邊緣計算”的結(jié)合進一步集合了當(dāng)前最先進的通信和計 算技術(shù)，賦能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用快速落地。 

邊緣計算影響的不僅僅是計算資源的部署和計算技 術(shù)的應(yīng)用，對網(wǎng)絡(luò)也會造成重大影響。APNIC亞太地區(qū)互 聯(lián)網(wǎng)信息中心首席科學(xué)家Geoff Huston曾在多次演講中 指出，CDN以及邊緣計算的發(fā)展已經(jīng)把互聯(lián)網(wǎng)變?yōu)閮?nèi)容 和服務(wù)分發(fā)平臺的最后一公里聚合器，互聯(lián)網(wǎng)的中間轉(zhuǎn)發(fā) 節(jié)點所承擔(dān)的角色已經(jīng)越來越弱。這說明，由于CDN以 及邊緣計算把內(nèi)容和算力等推向用戶邊緣，使得網(wǎng)絡(luò)的流 量流向開始呈現(xiàn)出巨大轉(zhuǎn)變，更多的技術(shù)研究聚焦在了接 入側(cè)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。在此趨勢下，邊緣側(cè)的網(wǎng)絡(luò)和計算基礎(chǔ) 設(shè)施會逐漸走向自我優(yōu)化和完善，形成分布式的自治網(wǎng)絡(luò) 和計算系統(tǒng)，向遠在國際的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)節(jié)點請求內(nèi)容將會 變得越來越少。對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)來說，這類區(qū)域性的自治 系統(tǒng)非常符合其發(fā)展的形態(tài)需要。 

3.2　算力網(wǎng)絡(luò)將全面推動新型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 

算力網(wǎng)絡(luò)是隨著5G、邊緣計算的技術(shù)融合和分 布式部署發(fā)展而來，是國內(nèi)通信產(chǎn)業(yè)界首創(chuàng)的新型 技術(shù)[6]。算力網(wǎng)絡(luò)涵蓋了網(wǎng)、云、數(shù)、智、安、邊、 端、鏈（ABCDNETS）等多個要素，通過推動網(wǎng)絡(luò)與 計算兩大學(xué)科領(lǐng)域的深層次交叉融合，構(gòu)建一體化服 務(wù)的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，提供像水電一樣的隨取隨用 的計算網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[7]。 

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，算力網(wǎng)絡(luò)的核心作用是對網(wǎng)絡(luò) 和算力資源的統(tǒng)一納管以及靈活的調(diào)度。工業(yè)系統(tǒng)中存 在多種形式的算力，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計算體系中，一 般將邊緣節(jié)點分為邊緣控制器、邊緣網(wǎng)關(guān)以及邊緣云， 這三種邊緣節(jié)點均可部署算力，完成相應(yīng)的工業(yè)計算類 業(yè)務(wù)。除此之外，包括工控機、數(shù)控機床等均可作為算 力節(jié)點，在5G、TSN、工業(yè)SDN以及工業(yè)IPv6的新型 網(wǎng)絡(luò)連接下，實現(xiàn)更加靈活的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和數(shù)據(jù)處理。不 同于邊緣計算中的調(diào)度主要發(fā)生在多級邊緣計算節(jié)點之 間，在算力網(wǎng)絡(luò)的模式下，也會普遍進行同級計算節(jié)點 之間的調(diào)度，例如網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)關(guān)之間，控制器與控制器之 間等。這種靈活的調(diào)度模式可以確保工業(yè)的控制以及計 算任務(wù)第一時間得以處理，在廣泛的算力節(jié)點分布下保 持服務(wù)的一致性。同時，對于上一節(jié)提到的區(qū)域性的自 治系統(tǒng)，由于算力網(wǎng)絡(luò)對網(wǎng)絡(luò)和計算資源進行統(tǒng)籌管 理，也會全面地促進其發(fā)展和完善。

 面向算力網(wǎng)絡(luò)的前沿技術(shù)算網(wǎng)一體作為新的融合 技術(shù)方向也被提出。算網(wǎng)一體是計算和網(wǎng)絡(luò)兩大學(xué)科深 度融合形成的新型技術(shù)簇，是融合貫通多要素的一體化 服務(wù)，是實現(xiàn)算力網(wǎng)絡(luò)即取即用社會級服務(wù)愿景的重要 途徑[8]。算網(wǎng)一體的技術(shù)體系主要包括算網(wǎng)度量、算網(wǎng) 感知、算力路由、算網(wǎng)數(shù)字孿生等，均是國內(nèi)的原創(chuàng)技 術(shù)。算網(wǎng)度量可以對不同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)計算節(jié)點資源進 行評估，幫助業(yè)務(wù)請求可以精準(zhǔn)地找到最適合的計算節(jié) 點；算網(wǎng)感知可以使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)和計算系統(tǒng)進行 一體化的需求、資源、服務(wù)感知；算力路由可以基于工 業(yè)SDN或者工業(yè)IPv6等IP技術(shù)，由路由系統(tǒng)進行業(yè)務(wù) 請求的一體化調(diào)度；算網(wǎng)數(shù)字孿生可以對整個工業(yè)互聯(lián) 網(wǎng)系統(tǒng)進行建模，通過孿生體和本體的交互映射，構(gòu)建 閉環(huán)的管控和升級優(yōu)化周期，將在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的后續(xù)發(fā) 展中發(fā)揮重要作用。當(dāng)前，這些技術(shù)方向已經(jīng)有了初步 的研究成果，部分也在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織包括IETF、ITU 等取得了一定的標(biāo)準(zhǔn)化進展。相信在數(shù)字經(jīng)濟戰(zhàn)略以及 新基建、東數(shù)西算等工程的驅(qū)動下，算力網(wǎng)絡(luò)可以充分 發(fā)揮其新型基礎(chǔ)設(shè)施的作用，促進產(chǎn)業(yè)的智能化升級。 

4　結(jié)束語 

邊緣計算和算力網(wǎng)絡(luò)是國內(nèi)近幾年產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱 點方向。5G和邊緣計算的結(jié)合已經(jīng)助力新技術(shù)應(yīng)用于 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)并取得良好成效，算力網(wǎng)絡(luò)作為國內(nèi)原創(chuàng)技 術(shù)方向，也將助力進入應(yīng)用沉淀期的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進一步 發(fā)展。通過對一體化的管理和調(diào)度，算力網(wǎng)絡(luò)可以更加 高效地實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)以及計算任務(wù)處 理。目前，針對算力網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)初步形成產(chǎn)業(yè)共識，需要 進一步形成合力，推進算網(wǎng)一體等新技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)互 聯(lián)網(wǎng)。

作者簡介：

 劉　鵬（1991- ），男，工程師，現(xiàn)就職于中國移動通 信有限公司研究院基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所，主要研究方向 為未來網(wǎng)絡(luò)、算力網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和應(yīng)用。

 陸　璐（1979-），女，高級工程師，現(xiàn)就職于中國移 動通信有限公司研究院基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所，主要研究 方向為移動核心網(wǎng)、未來網(wǎng)絡(luò)以及算力網(wǎng)絡(luò)新型技術(shù)。

 李志強（1987- ），男，工程師，現(xiàn)就職于中國移動通 信有限公司研究院基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所，主要研究方向 為算力網(wǎng)絡(luò)、可編程網(wǎng)絡(luò)等下一代IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

 參考文獻：

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[5] 5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) (5GIIC). https://www.5giic.cn/2021/. 

[6] 劉鵬, 李志強, 陸璐. 面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的算力網(wǎng)絡(luò)思考[J]. 自動化博覽, 2022, 39 (2) : 25 - 28. 

[7] 中國移動. 算力網(wǎng)絡(luò)白皮書[R]. 2021. 

[8] 中國移動. 算網(wǎng)一體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及技術(shù)體系展望白皮書[R]. 2022.

摘自《自動化博覽》2023年第2期暨《邊緣計算2023專輯》