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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(shù)字化轉(zhuǎn)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?cè)趺慈?shí)現(xiàn)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(lán)圖中，以工業(yè)物理系統(tǒng)（Industrial Cyber-PhysicalSystems）為核心的未來(lái)工業(yè)系統(tǒng)中設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與系統(tǒng)、系統(tǒng)與系統(tǒng)間都是以無(wú)線的形式連接在一起，而目前絕大多數(shù)的工業(yè)系統(tǒng)中都很難發(fā)現(xiàn)無(wú)線的蹤影。究其原因，主要是目前所有的無(wú)線通訊技術(shù)仍然無(wú)法滿足控制對(duì)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(yīng)用，但仍以監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互以及視頻信號(hào)傳輸為主。即使5G主要面向低延時(shí)與高可靠的應(yīng)用場(chǎng)景，但工業(yè)系統(tǒng)所遵從的最差情況與IT系統(tǒng)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(yīng)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(yùn)動(dòng)控制的需求還有一定的距離。因此，目前的無(wú)線技術(shù)仍然無(wú)法取代工業(yè)總線技術(shù)，以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的工業(yè)總線，甚至在遺留系統(tǒng)中有相當(dāng)一大部分通訊仍然依仗基于RS485的總線，該總線在未來(lái)很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)仍然將是工業(yè)總線通訊的主力軍。而在監(jiān)控層以上的工業(yè)通訊將逐步出現(xiàn)有線與無(wú)線并存的局面，最終無(wú)線方案將占上風(fēng)。

假設(shè)未來(lái)無(wú)線技術(shù)能夠滿足工業(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(jié)點(diǎn)能夠大幅度提升系統(tǒng)的靈活性。想象一下，未來(lái)工廠中所有節(jié)點(diǎn)都能夠生產(chǎn)訂單自組織形成滿足任務(wù)需求的靈活網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)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)。真正的智能工廠是可以根據(jù)用戶自己的選擇來(lái)動(dòng)態(tài)重構(gòu)生產(chǎn)流程以滿足大規(guī)模定制化需求而無(wú)需人工干預(yù)，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)總線標(biāo)準(zhǔn)TSN已經(jīng)在這方面邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，在實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)時(shí)延以及納秒級(jí)抖動(dòng)的基礎(chǔ)上，同時(shí)也定義了時(shí)間同步、數(shù)據(jù)調(diào)度、負(fù)載整形等多種優(yōu)化機(jī)制。其二，是保證數(shù)據(jù)的安全，現(xiàn)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(shù)據(jù)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(dāng)這些系統(tǒng)連接到公網(wǎng)后，數(shù)據(jù)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(yīng)該在保證實(shí)時(shí)性與可靠性的基礎(chǔ)上，也能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密與監(jiān)控，保證數(shù)據(jù)的隱私。

最后，我們要如何去實(shí)現(xiàn)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(gòu)架中仍然沿用TCP/UDP over IP的IT網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是很難實(shí)現(xiàn)這些特性的。因此，期待國(guó)內(nèi)各界能夠共同推動(dòng)全新的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)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(yuǎn)，腳踏實(shí)地走好每一步，認(rèn)認(rèn)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