上海交通大學(xué)副教授戴文斌

通訊是生產(chǎn)性企業(yè)在向數字化轉型、網(wǎng)絡(luò )化協(xié)同的過(guò)程中非常重要的一環(huán)。那很多人可能有這樣的疑問(wèn)：未來(lái)的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò )是什么樣的形態(tài)？有哪些特征？我們怎么去實(shí)現它？我們就一一來(lái)聊聊這幾個(gè)問(wèn)題。

首先，我們暢想一下未來(lái)的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò )到底是個(gè)什么形態(tài)。在工業(yè)4.0的藍圖中，以工業(yè)物理系統（Industrial Cyber-PhysicalSystems）為核心的未來(lái)工業(yè)系統中設備與設備、設備與系統、系統與系統間都是以無(wú)線(xiàn)的形式連接在一起，而目前絕大多數的工業(yè)系統中都很難發(fā)現無(wú)線(xiàn)的蹤影。究其原因，主要是目前所有的無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)仍然無(wú)法滿(mǎn)足控制對實(shí)時(shí)性與可靠性的要求，雖然5G、Wi-Fi、WirelessHART等協(xié)議在工業(yè)已經(jīng)得到了應用，但仍以監控系統數據交互以及視頻信號傳輸為主。即使5G主要面向低延時(shí)與高可靠的應用場(chǎng)景，但工業(yè)系統所遵從的最差情況與IT系統中廣泛使用的最好情況或者平均情況還是存在很大的距離，5G目前還是無(wú)法應用在實(shí)時(shí)控制中，在實(shí)時(shí)性與可靠性上與實(shí)時(shí)控制，特別是運動(dòng)控制的需求還有一定的距離。因此，目前的無(wú)線(xiàn)技術(shù)仍然無(wú)法取代工業(yè)總線(xiàn)技術(shù)，以太網(wǎng)為基礎的工業(yè)總線(xiàn)，甚至在遺留系統中有相當一大部分通訊仍然依仗基于RS485的總線(xiàn)，該總線(xiàn)在未來(lái)很長(cháng)的一段時(shí)間內仍然將是工業(yè)總線(xiàn)通訊的主力軍。而在監控層以上的工業(yè)通訊將逐步出現有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)并存的局面，最終無(wú)線(xiàn)方案將占上風(fēng)。

假設未來(lái)無(wú)線(xiàn)技術(shù)能夠滿(mǎn)足工業(yè)的要求，那新時(shí)代的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò )又有哪些特征呢？其一，是即插即用的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)能夠大幅度提升系統的靈活性。想象一下，未來(lái)工廠(chǎng)中所有節點(diǎn)都能夠生產(chǎn)訂單自組織形成滿(mǎn)足任務(wù)需求的靈活網(wǎng)絡(luò )，當生產(chǎn)完成時(shí)又能隨時(shí)退出這個(gè)網(wǎng)絡(luò )而加入新的網(wǎng)絡(luò )。真正的智能工廠(chǎng)是可以根據用戶(hù)自己的選擇來(lái)動(dòng)態(tài)重構生產(chǎn)流程以滿(mǎn)足大規模定制化需求而無(wú)需人工干預，而不僅僅是在有限的集合中選擇自己的偏好。下一代工業(yè)總線(xiàn)標準TSN已經(jīng)在這方面邁出了堅實(shí)的一步，在實(shí)現微秒級時(shí)延以及納秒級抖動(dòng)的基礎上，同時(shí)也定義了時(shí)間同步、數據調度、負載整形等多種優(yōu)化機制。其二，是保證數據的安全，現有的工業(yè)通訊中由于實(shí)時(shí)性的限制以及不連接互聯(lián)網(wǎng)的情況下，數據安全的問(wèn)題沒(méi)有曝露。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)下，當這些系統連接到公網(wǎng)后，數據安全問(wèn)題就會(huì )集中爆發(fā)。因此，未來(lái)的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò )應該在保證實(shí)時(shí)性與可靠性的基礎上，也能對數據進(jìn)行加密與監控，保證數據的隱私。

最后，我們要如何去實(shí)現這樣的未來(lái)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )？顯然，以目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考構架中仍然沿用TCP/UDP over IP的IT網(wǎng)絡(luò )結構是很難實(shí)現這些特性的。因此，期待國內各界能夠共同推動(dòng)全新的標準網(wǎng)絡(luò )構架，綜合考慮實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性以及成本因素。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)任重道遠，腳踏實(shí)地走好每一步，認認真真解決每一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，少一點(diǎn)概念炒作，多一點(diǎn)落地方案，把卡住的脖子套出來(lái)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年5月刊