導讀：工業互聯網自首次提出以來發展已有10年，當前已經經過概念普及的階段，形成瞭(le)以網絡、平台和安全爲核心的技術體系，進入到技術應用部署的沉澱期。邊(biān)緣計算在工業互聯網的應用落地中起到瞭(le)關鍵作用，促進算力的現場化部署，一定程度上也改變瞭(le)網絡的流量模型。算力網絡作爲網絡和計算融合發展的全新方向，将進一步促進技術和産業融合，爲工業互聯網提供新型融合基礎設施的支撐。

“工業互聯網（Industrial Internet）”一詞最早由美國通用電氣GE於(yú)2012年提出，指的是基於(yú)數據的採集和分析實現設備的預測性維護，其智能化生産、網絡化協同、人工智能改造等理念順應瞭(le)重塑和發展制造業的需求。德國於(yú)2013年在漢諾威工業博覽會上正式推出“工業4.0（Industry 4.0）”的概念，是繼“工業1.0”蒸汽機時代、“工業2.0”電氣化時代、“工業3.0”信息化時代後，基於(yú)信息物理融合系統（CPS）配合智能化工業設備來提高新型工業核心競争力。2015年5月，我國印發《中國制造2025》，旨在促進産業轉型升級，培育有中國特色的制造文化，實現制造業由大變強的曆史跨越。同年，“中國制造2025”和德國“工業4.0”進行瞭(le)戰略對接。

過去的幾年裏，全球工業互聯網的發展已經充分地凝聚瞭(le)産業共識，度過瞭(le)概念普及的階段，進入到技術和應用沉澱的過程。《2021中國制造強國發展指數報(bào)告》顯示，2015—2020年，中國制造強國發展指數由105.78增長到116.02，中國制造業總體趨勢穩中向好。2022年，我國在規模以上工業企業關鍵工序數控化率已經達到瞭(le)55.3%，數字化研發工具的普及率達到瞭(le)74.7%，“5G+工業互聯網”在建項目全國已經超過4000多個。同時，工業互聯網的發展仍然存在升級改造的節奏慢、廣域網一網連多雲、核心設備和器件卡脖子等技術和産業問題，需要進一步推進發展。

當前，工業互聯網泛指将互聯網等信息技術以及其靈活開放的理念融入工業智能化發展的新型融合技術體系，它以網絡化爲基礎，以平台化爲核心，以安全爲保障。其中，以5G和雲計算爲代表的網絡和平台技術分别作爲兩大推動力，促進瞭(le)新型的工業互聯網網絡接入和企業雲平台的構建。安全技術當前還未規模化暴露問題，需要随著(zhe)新技術的更廣泛應用不斷加強，嵌入在各個環節以及升級改造的過程中。

本文結合工業互聯網的産業和技術發展現狀，以邊(biān)緣計算和算力網絡爲代表，分析瞭(le)網絡和計算融合對進一步推動工業互聯網技術創新和應用的重要作用。

網絡和計算是當前數字經濟的兩大基礎設施，涵蓋瞭(le)大部分工業互聯網發展所需的要素。網絡技術方面，5G和IPv6作爲移動網和互聯網技術的兩大主線，極大地推進瞭(le)工業互聯網的應用落地；計算技術方面，雲計算和邊(biān)緣計算的結合将計算任務有效分解，滿足瞭(le)算力需求的同時，也滿足瞭(le)屬地化的安全隐私要求。算力網絡作爲當前業界發展的熱點方向，将網絡和計算的融合發展推進至更高的層次。

邊緣計算更加符合工業互聯網起步階段對於(yú)平台化建設的需求，解決瞭(le)把計算放在哪裏的問題。傳統的工業大多是煙囪式發展，不同的工業之間，甚至同種工業的不同企業之間的技術實現偏向私有化。工業互聯網倡導開放互聯的理念，對傳統的工業格局會造成一定影響，而邊緣計算恰巧是解決瞭(le)開放與私有的平衡問題。一方面，邊緣計算把算力分布在瞭(le)工業現場或所在區縣，在雲計算虛拟化等模式的前提下，使得計算任務可以更快捷地在附近完成。另一方面，由於(yú)計算所在位置離現場較近或處於(yú)現場，也避免瞭(le)雲計算的網絡回路過長、平台基礎設施共享等引發的安全隐私隐患。“5G+邊緣計算”的結合進一步集合瞭(le)當前最先進的通信和計算技術，賦能産業應用快速落地。

邊緣計算影響的不僅僅是計算資源的部署和計算技術的應用，對網絡也會造成重大影響。APNIC亞太地區互聯網信息中心首席科學家Geoff Huston曾在多次演講中指出，CDN以及邊緣計算的發展已經把互聯網變爲内容和服務分發平台的最後一公裏聚合器，互聯網的中間轉發節點所承擔的角色已經越來越弱。這說明，由於(yú)CDN以及邊緣計算把内容和算力等推向用戶邊緣，使得網絡的流量流向開始呈現出巨大轉變，更多的技術研究聚焦在瞭(le)接入側的網絡優化。在此趨勢下，邊緣側的網絡和計算基礎設施會逐漸走向自我優化和完善，形成分布式的自治網絡和計算系統，向遠在國際的互聯網服務節點請求内容将會變得越來越少。對於(yú)工業互聯網來說，這類區域性的自治系統非常符合其發展的形态需要。 

算力網絡是随著(zhe)5G、邊緣計算的技術融合和分布式部署發展而來，是國内通信産業界首創的新型技術。算力網絡涵蓋瞭(le)網
、雲、數、智、安、邊、端、鏈（ABCDNETS）等多個要素，通過推動網絡與計算兩大學科領域的深層次交叉融合，構建一體化服務的新型信息基礎設施，提供像水電一樣的随取随用的計算網絡服務。

在工業互聯網中，算力網絡的核心作用是對網絡和算力資源的統一納管以及靈活的調度。工業系統中存在多種形式的算力，在工業互聯網邊緣計算體系中，一般将邊緣節點分爲邊緣控制器、邊緣網關以及邊緣雲，這三種邊緣節點均可部署算力，完成相應的工業計算類業務。除此之外，包括工控機、數控機床等均可作爲算力節點，在5G、TSN、工業SDN以及工業IPv6的新型網絡連接下，實現更加靈活的數據轉發和數據處理。不同於(yú)邊緣計算中的調度主要發生在多級邊緣計算節點之間，在算力網絡的模式下，也會普遍進行同級計算節點之間的調度，例如網關和網關之間，控制器與控制器之間等。這種靈活的調度模式可以確(què)保工業的控制以及計算任務第一時間得以處理，在廣泛的算力節點分布下保持服務的一緻性。同時，對於(yú)上一節提到的區域性的自治系統，由於(yú)算力網絡對網絡和計算資源進行統籌管理，也會全面地促進其發展和完善。

面向算力網絡的前沿技術算網一體作爲新的融合技術方向也被提出。算網一體是計算和網絡兩大學科深度融合形成的新型技術簇，是融合貫通多要素的一體化服務，是實現算力網絡即取即用社會級服務願景的重要途徑。算網一體的技術體系主要包括算網度量、算網感知、算力路由、算網數字孿生等，均是國内的原創技術。算網度量可以對不同的工業互聯網計算節點資源進行評估，幫助業務請求可以精準地找到最适合的計算節點；算網感知可以使工業互聯網的網絡和計算系統進行一體化的需求、資源、服務感知；算力路由可以基於(yú)工業SDN或者工業IPv6等IP技術，由路由系統進行業務請求的一體化調度；算網數字孿生可以對整個工業互聯網系統進行建模，通過孿生體和本體的交互映射，構建閉環的管控和升級優化周期，将在工業互聯網的後續發展中發揮重要作用。當前，這些技術方向已經有瞭(le)初步的研究成果，部分也在國際标準化組織包括IETF、ITU等取得瞭(le)一定的标準化進展。相信在數字經濟戰略以及新基建、東數西算等工程的驅動下，算力網絡可以充分發揮其新型基礎設施的作用，促進産業的智能化升級。

邊緣計算和算力網絡是國内近幾年産業發展的熱點方向。5G和邊緣計算的結合已經助力新技術應用於(yú)工業互聯網並(bìng)取得良好成效，算力網絡作爲國内原創技術方向，也将助力進入應用沉澱期的工業互聯網進一步發展。通過對一體化的管理和調度，算力網絡可以更加高效地實現工業互聯網的網絡數據轉發以及計算任務處理。目前，針對算力網絡已經初步形成産業共識，需要進一步形成合力，推進算網一體等新技術應用於(yú)工業互聯網。

作者：中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 劉鵬，陸璐，李志強

來源：《自動(dòng)化博覽》2023年第2期暨《邊(biān)緣計算2023專輯》

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