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Geega关注丨中国工程院院士刘韵洁:服务定制网络助力工业互联网发展

2022-08-16 16:37:25

2017 年《国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》明确指出工业互联网通过系统构建网络、平台、安全三大功能体系,打造人、机、物全面互联的新型网络基础设施,形成智能化发展的新兴业态和应用模式,是推进制造强国和网络强国建设的重要基础,是全面建成小康社会和建设社会主义现代化强国的有力支撑。自《指导意见》发布以来,我国工业互联网取得了长足的发展,国家“十四五”规划在加快建设新型基础设施中提到积极稳妥发展工业互联网,并列入我国新基建七大领域。“十三五”期间我国工业增加值由23.5万亿增加到31.3万亿,连续11年成为世界最大的制造业国家。但也应认识到,制造大国不等于制造强国,要改变我国制造业大而不强的现状,就要利用好工业互联网这次弯道超车的机会。据预测到2030年,工业互联网对生产率提升可以使中国经济规模比目前增加5.6万亿美元,承担着升级改造传统行业重任,将推动互联网发展由“消费型”向 “生产型”转变。纵观世界,工业互联网已成为全球新一轮产业竞争的制高点,工业互联网将成为数字经济的新基座,其发展将形成全球产业价值链的新格局。

 

在工业互联网实践过程中,部分企业因为对互联网的确定性、安全性、灵活性存在顾虑,导致这些企业想转而不敢转,在网络技术方面亟需突破确定可控、安全可信、灵活定制的工业互联网网络技术。如何解决这些问题是未来网络的研究重点,可通过研究工业互联网高质量外网,实现企业与网络、网络与云的深度融合,促进企业间横向整合,通过研究工业互联网确定性内网,实现工厂IT域和OT域协同与可靠互联,促进企业内纵向集成。

 

针对当前互联网从“消费型”向“生产型”的转变需求,我们提出了服务定制网络SCN(Service Customized Network)技术体系,研究之初就明确了必须要与实体经济深度融合这一基本原则。围绕服务定制网络的愿景与内涵并结合实体经济需求展开长期研究,形成了新承载、新控制、新服务技术体系,包括“新型网络承载”、“网络操作系统”与“云网超融合”三大平面,具有支撑工业互联网发展所亟需的智能、安全、柔性、可定制等特性。

 

新承载开展确定性网络核心技术研究。设计适用于长距离、大规模骨干网传输的传输架构,具备高可扩展、时延有界、抖动与距离/跳数无关、资源开销小等特征,设计在线路径选择与时隙分配算法,实现资源分配的在线计算;设计边缘整形机制,在网络边缘对业务流进行逐流的整形缓存,实现网络资源利用率提升20%以上。实现软件定义企业外网的端到端确定性时延能力,满足远程工控、数字孪生等新型典型工业应用的需要。2020年,未来网络联合华为共同开展了全球首个确定性广域网试验,实现跨2000公里以上传输距离、<100微秒的时延抖动控制。

 

新控制—开展大网级网络操作系统研究。研究基于服务网格的网络操作系统技术架构,突破分级分域微服务和可扩展架构与组网协议,增强系统的可扩展性和开放解耦度,适合工业互联网大规模组网。未来网络自主研发了CNOS网络操作系统具有实时状态感知、资源智能调度、业务按需服务三大功能,可应用于骨干网、城域网、数据中心、边缘、多云等多个场景,目前已在中国联通骨干网、中国移动超大规模数据中心等场景稳定运行。

 

新服务—开展云网超融合多云交换系统研究。企业上云已成为我国工业互联网领域数字化转型的必然选择。数据显示,目前我国仅有40%的企业上云,其中一个重要原因是企业上云的环境还不够友好,很多上云用户需要上多个不同的云。因此,研究实现多云互联和云边一体化是促进企业上云的有效途径,将云变成可共享的网络资源,网络也成为云的组成部分。目前未来网络已实现与国内外主流云服务商完成多云对接互通,支持多种接入方式,打造了国内首个端到端软件定义异构多云互联交换系统,为企业提供一点入网、全云可达的多云互联交换服务。

 

在这些技术创新的基础上,未来网络承担建设了国家重大科技基础设施--未来网络创新试验环境(CENI),其初心是建设一个先进、开放、灵活、可持续发展的大规模通用试验设施,满足国家关于下一代互联网、网络空间安全、天地一体化网络等重大科技项目的试验验证需求。目前,CENI试验环境覆盖了40个城市,建设了133个边缘网络,完全采用全新服务定制网络架构。依托CENI试验环境的开放服务,联合东南大学、北京邮电大学开展了B5G/6G等技术创新试验,获得了一批超前于产业的创新成果。例如,跨域端到端切片、零接触组网、网络计算一体化、全球首次采用白盒交换机代替传统路由器构建广域骨干网等创新成果及案例。突破了大网操作系统、确定性网络、多云交换、智驱安全等多项核心技术,推动自主可控新型网络技术及生态建设。

 

基于CENI构建的工业互联网高质量外网可突破当前确定性网络限于局域网、孤岛式等问题,解决长距链路、海量链接、异构设备等挑战,实现工业互联网外网端到端确定性传输,满足广覆盖的企业网络高质量互联互通的诉求。目前已在300多个城市1000多个节点的大规模骨干网中稳定运行2年以上,为1000余家企业提供高质量企业接入及外网服务,覆盖15个以上工业互联网业务,包括高端装备、能源电力、智能制造、化学和水利等行业。

 

在服务区域经济一体化发展方面,除长三角、山东和大湾区已经开通了服务定制网络外,京津冀、成渝等区域也在规划中。在长三角,建设了全国首个基于软件定义的工业互联网高质量外网,满足工业企业对网络低时延、高可靠、广覆盖、可管控的需求。在山东,未来网络联合新华三建设完成覆盖全省16市、5600公里的确定性网络,经中国信通院测试,高负载下,确定性流量平均时延抖动6微秒、最大时延抖动仅为14微秒,实现了广域网端到端确定性流量抖动低于20微秒的目标。

 

在服务实体经济的过程中,服务定制网络技术与工业互联网发展是相互促进的。一方面,服务定制网络等网络技术的突破促进了工业互联网与实体经济的深度融合,促进实体经济各生产要素跨空间的互通融合,提升产业效率,推动了工业互联网的发展。另一方面,发展工业互联网,也有利于促进网络设施升级、拓展网络经济空间、推进网络强国建设,推动了服务定制网络技术发展。

 

未来,未来网络将着力服务工业互联网产业全链条发展,构建开放价值生态,助力我国全面提升网络创新能力,增强网络产业核心竞争力,保障网络空间安全,服务工业互联网、算力互联网、空天互联网等重大需求。推动互联网与工业融合创新,促进新技术在传统制造行业进行应用,提高工业知识生产、传播、复用效率,扩展企业数字空间,助力我国由制造大国向制造强国转变。