工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“咖”解丨確定性網(wǎng)絡(luò)是推進(jìn)新型工業(yè)化的重要基礎(chǔ)
作者：中國工程院院士 劉韻潔
近日，習(xí)近平總書記指出，新時(shí)代新征程，以中國式現(xiàn)代化全面推進(jìn)強(qiáng)國建設(shè)、民族復(fù)興偉業(yè)，實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化是關(guān)鍵任務(wù)。新型工業(yè)化就是以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主要特征的新工業(yè)形態(tài)，其中網(wǎng)絡(luò)是重要的基礎(chǔ)。根據(jù)工業(yè)和信息化部數(shù)據(jù)，截至今年9月底，我國累計(jì)建設(shè)5G基站318.9萬個(gè)，5G行業(yè)虛擬專網(wǎng)超2萬個(gè)，已建成全球規(guī)模最大、技術(shù)領(lǐng)先的5G網(wǎng)絡(luò)，為我國推進(jìn)新型工業(yè)化奠定了強(qiáng)大的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。然而，由于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的制約，5G難以在垂直行業(yè)應(yīng)用方面發(fā)揮更大作用。
前不久，習(xí)近平總書記在南京紫金山實(shí)驗(yàn)室考察調(diào)研時(shí)強(qiáng)調(diào)，現(xiàn)在信息技術(shù)飛速發(fā)展，顛覆性技術(shù)隨時(shí)可能出現(xiàn)，要走求實(shí)扎實(shí)的創(chuàng)新路子，為實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)立下功勛。習(xí)近平總書記仔細(xì)聽取最新情況介紹，對(duì)科研團(tuán)隊(duì)取得的進(jìn)展給予充分肯定。習(xí)近平總書記叮囑當(dāng)?shù)刎?fù)責(zé)同志：“要把握機(jī)遇、再立新功，一心一意做好這件事。黨中央會(huì)關(guān)注和支持你們。”
當(dāng)前，全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，新經(jīng)濟(jì)形態(tài)對(duì)以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)。面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展從消費(fèi)領(lǐng)域向?qū)嶓w經(jīng)濟(jì)過渡的重大歷史機(jī)遇，發(fā)展確定性網(wǎng)絡(luò)成為推進(jìn)新型工業(yè)化的重要基礎(chǔ)。
新型工業(yè)化對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出重大挑戰(zhàn) 加快推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)是我國推進(jìn)新型工業(yè)化，構(gòu)建現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系的核心要義，也是根本途徑。傳統(tǒng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化過程中存在諸多桎梏，“盡力而為”的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)難以滿足數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，迫切需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)做出變革。 數(shù)字化方面，以工業(yè)制造業(yè)為例，中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)聯(lián)合會(huì)發(fā)布了2023工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型評(píng)價(jià)綜合指數(shù)，從整體評(píng)價(jià)看，樣本數(shù)字化轉(zhuǎn)型綜合指數(shù)為62.7，大部分企業(yè)處在系統(tǒng)集成階段和平臺(tái)支撐階段，可以說我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展目前仍處于初級(jí)階段。一方面，由于我國工業(yè)起步晚，以工業(yè)控制軟件為代表的工業(yè)核心技術(shù)依然以國外為主導(dǎo)。工業(yè)控制軟件的“七國八制”導(dǎo)致企業(yè)內(nèi)部各經(jīng)營環(huán)節(jié)，上下游產(chǎn)業(yè)鏈之間難以協(xié)同互通，更不能滿足PLC云化、海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集等新業(yè)務(wù)低時(shí)延、高可靠的確定性要求。 國際電工委員會(huì)（IEC）正在牽頭制定分布式工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)，美國能源部（DOE）基于時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)開展了安全可靠的確定性電力及工控通信網(wǎng)絡(luò)研究，并制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)展能夠滿足未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)各種場(chǎng)景需求的確定性網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為業(yè)界的普遍共識(shí)。 網(wǎng)絡(luò)化方面，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)面臨數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的同時(shí)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)新形態(tài)、新業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展。不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求也各不相同，工業(yè)制造場(chǎng)景下，PLC云化、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程遙操作、協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造等需求更關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延和高可靠性。以AR/VR、元宇宙為代表的新數(shù)字業(yè)務(wù)則對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出了更高速率、更低丟包、更低時(shí)延，以及業(yè)務(wù)靈活部署的能力。 發(fā)展確定性網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建滿足不同場(chǎng)景需求的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力正在成為國際共識(shí)。IETF在2015年10月成立DetNet工作小組，側(cè)重研究為網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸提供確定性延遲、丟包、抖動(dòng)以及高可靠性的標(biāo)準(zhǔn)和能力；3GPP于R16、R17、R18標(biāo)準(zhǔn)先后支持IEEE TSN協(xié)議的5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，確立5G系統(tǒng)的確定性機(jī)制并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟啟動(dòng)了“時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）產(chǎn)業(yè)鏈名錄活動(dòng)”。 可以說，確定性網(wǎng)絡(luò)正在成為未來網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的核心，也將成為我國發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，推進(jìn)新型工業(yè)化的重要基礎(chǔ)。 智能化方面，大模型的發(fā)展賦予了數(shù)字經(jīng)濟(jì)更多可能性，也讓算力的概念得到越來越多的關(guān)注，公開資料顯示，ChatGPT-4包含1.8萬億參數(shù)，訓(xùn)練一次所需要的FLOPS約為2.15e25，需要在大約25000個(gè)A100 GPU上訓(xùn)練90到100天。為保持在算力及大模型發(fā)展上的領(lǐng)先，美國對(duì)我國實(shí)施高端GPU芯片禁運(yùn)。因此，對(duì)我國來說，想要發(fā)展自己的大模型只能通過網(wǎng)絡(luò)把分散的數(shù)據(jù)中心連接起來，形成算力集群，開展協(xié)同計(jì)算，以此來彌補(bǔ)單個(gè)數(shù)據(jù)中心算力不足的劣勢(shì)。構(gòu)建無損確定性廣域傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)能力成為算力廣域高效傳輸互聯(lián)，以及大模型發(fā)展的關(guān)鍵。 同時(shí)，眾所周知互聯(lián)網(wǎng)的上半場(chǎng)由美國主導(dǎo)，加上算力資源的優(yōu)勢(shì)，在通用大模型的發(fā)展上，美國一直處于領(lǐng)先地位。但是，我國是世界上最大的制造業(yè)國家，也是世界上唯一擁有聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類當(dāng)中全部工業(yè)門類的國家，而且大部分的產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)還沒有上網(wǎng)，還沒有被“爬”走，這是我們發(fā)展行業(yè)大模型的重要基礎(chǔ)和寶貴財(cái)富。發(fā)展行業(yè)大模型是新型工業(yè)化的必由之路。 如何在滿足傳統(tǒng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，企業(yè)上云、上網(wǎng)的基礎(chǔ)上，又能充分利用好、管理好、保護(hù)好我們千行百業(yè)的大數(shù)據(jù)，成為我們推進(jìn)新型工業(yè)化必須要解決的重要問題，也對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出了更高要求。 確定性網(wǎng)絡(luò)為新型工業(yè)化提供關(guān)鍵能力支撐 2013年，在中國工程院一批院士的建議下，我國將未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施（CENI）項(xiàng)目列入《國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長(zhǎng)期規(guī)劃（2012—2030年）》。未來網(wǎng)絡(luò)科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過十余年的不懈努力，系統(tǒng)性攻克了未來網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了基于服務(wù)定制架構(gòu)（SCN）的未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施（CENI），并成功開通了覆蓋全國38個(gè)城市的廣域確定性網(wǎng)絡(luò)，在100%網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、經(jīng)13個(gè)城市網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、跨10000公里距離、10000條確定性業(yè)務(wù)情況下，實(shí)現(xiàn)零丟包、時(shí)延抖動(dòng)小于50μs。可賦能工業(yè)制造、能源互聯(lián)網(wǎng)、元宇宙等對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求很高的數(shù)字經(jīng)濟(jì)重大應(yīng)用，為我國推進(jìn)新型工業(yè)化提供關(guān)鍵能力支撐。 一是數(shù)字化能力。傳統(tǒng)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)高度依賴于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，其中時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）作為新型確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具備萬兆級(jí)的帶寬容量、微秒級(jí)低時(shí)延傳輸、納秒級(jí)精準(zhǔn)同步精度、全業(yè)務(wù)的共網(wǎng)傳輸能力，其作為下一代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、能源網(wǎng)絡(luò)、車載網(wǎng)絡(luò)等演進(jìn)方向，已成為業(yè)內(nèi)共識(shí)。由我國科研團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的PML-TSN控制器，基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的解決方案，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、流量配置、調(diào)度計(jì)算等一系列功能，可以支持國內(nèi)外主流TSN交換機(jī)設(shè)備，為我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展提供關(guān)鍵支撐。 二是網(wǎng)絡(luò)化能力。基于未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施構(gòu)建的確定性網(wǎng)絡(luò)，就像“網(wǎng)絡(luò)高鐵”一樣，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、路徑、時(shí)延、抖動(dòng)等的高精度控制，可滿足未來工業(yè)自動(dòng)化、工業(yè)遙操作、全息通信、車路協(xié)同等不同業(yè)務(wù)的定制化需求。另外，確定性網(wǎng)絡(luò)對(duì)于滿足未來大算力場(chǎng)景下，數(shù)據(jù)高通量、跨廣域無損傳輸需求具有明顯優(yōu)勢(shì)。科研團(tuán)隊(duì)基于CENI現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試的結(jié)果表明，確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的傳輸效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如相較于FTP協(xié)議、QUIC協(xié)議等效率可提升十幾倍，甚至數(shù)十倍，且對(duì)于網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、丟包的魯棒性要更好。 三是智能化能力。基于未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施（CENI）構(gòu)建的廣域確定性網(wǎng)絡(luò)，具備“軟硬切片融合”“在線流量調(diào)度”“多業(yè)務(wù)按需服務(wù)”等關(guān)鍵技術(shù)能力，是一張可以為不同行業(yè)提供公用專網(wǎng)（PPnet）服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，可為各行業(yè)數(shù)據(jù)傳輸提供專網(wǎng)一樣的質(zhì)量、效率和安全保障，又可以像傳統(tǒng)公用互聯(lián)網(wǎng)一樣靈活、方便和經(jīng)濟(jì)。從而保護(hù)好行業(yè)大數(shù)據(jù)的安全，基于自身優(yōu)勢(shì)發(fā)展好行業(yè)大模型，實(shí)現(xiàn)在人工智能大模型賽道上的彎道超車。 結(jié)語 確定性網(wǎng)絡(luò)是我國為數(shù)不多領(lǐng)先國際近十年的重大布局，有望解決傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)擁塞無序的問題，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)從“盡力而為”到“確保所需”的技術(shù)體系變革。能夠滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、元宇宙、人工智能大模型等不同場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)需求，目前已經(jīng)在“東數(shù)西算”“碳中和”“碳達(dá)峰”“航空航天”等國家戰(zhàn)略中發(fā)揮關(guān)鍵作用。 但在新技術(shù)應(yīng)用推廣方面，我國與發(fā)達(dá)國家仍然有差距。我們要抓住這一重大機(jī)遇，發(fā)揮我國集中力量辦大事的制度優(yōu)勢(shì)，出臺(tái)相關(guān)政策支持，突破更多確定性網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)，發(fā)展確定性網(wǎng)絡(luò)相關(guān)產(chǎn)業(yè)生態(tài)，實(shí)現(xiàn)核心標(biāo)準(zhǔn)、芯片、設(shè)備等自主可控。打通確定性網(wǎng)絡(luò)與各行業(yè)互聯(lián)互通的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，真正構(gòu)建起能夠服務(wù)千行百業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展的“信息大動(dòng)脈”，才能助力我國新型工業(yè)化建設(shè)，助力我國從制造業(yè)大國發(fā)展為制造業(yè)強(qiáng)國。 文章來源：人民郵電報(bào)
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