工業(yè)制造的發(fā)展依賴于通信網(wǎng)絡(luò)的升級，新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)賦能工業(yè)制造成為重要發(fā)展趨勢。面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為兼具理論創(chuàng)新性與技術(shù)實(shí)用性的前沿領(lǐng)域，對推動新一代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新、促進(jìn)工業(yè)制造和高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展具有價值，也為搶占確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)制高點(diǎn)、抓住新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)提供機(jī)遇。
中國工程院劉韻潔院士科研團(tuán)隊在中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》2021年第2期撰文，從制造企業(yè)、通信廠商兩方面，研判了面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展需求，詳細(xì)梳理了國內(nèi)外面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢；進(jìn)一步凝練我國面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，完成了面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展階段劃分：試點(diǎn)示范階段、規(guī)?；瘡?fù)制階段、自發(fā)創(chuàng)新驅(qū)動階段。文章研究表明，我國“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”發(fā)展需要重點(diǎn)關(guān)注：成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟促進(jìn)生態(tài)發(fā)展，加快形成公網(wǎng)專用的先發(fā)優(yōu)勢，重視行業(yè)發(fā)展路徑選取，加大應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展的資源保障，加強(qiáng)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，注重“產(chǎn)學(xué)研”一體化人才培育。
一、前言
創(chuàng)新型國家建設(shè)提出了對網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國的要求，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)與工業(yè)制造協(xié)同推進(jìn)。工業(yè)制造的發(fā)展依賴于通信網(wǎng)絡(luò)的升級，新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)賦能工業(yè)制造成為重要發(fā)展趨勢。目前，以太網(wǎng)已大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（如工廠內(nèi)網(wǎng)、工廠外網(wǎng)等），互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)接入的工業(yè)設(shè)備達(dá)到1.2×1010臺（截至2020年）。
高效地使用、管理、維護(hù)、控制工業(yè)設(shè)備，需要以提供確定性服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)通信平臺與技術(shù)作為支撐；工業(yè)制造網(wǎng)絡(luò)化與智能化升級，也對網(wǎng)絡(luò)提供確定性服務(wù)質(zhì)量提出了要求。確定性服務(wù)質(zhì)量具體包括：低時延（上限確定）、低抖動（上限確定）、低丟包率（上限確定）、高可靠（下限確定）、高帶寬（下限確定）等。
工業(yè)制造系統(tǒng)分為實(shí)時監(jiān)控、機(jī)器視覺、遠(yuǎn)程控制、物資管理等多個子系統(tǒng)，均對確定性服務(wù)質(zhì)量提出要求（見表1）。典型的確定性網(wǎng)絡(luò)有：靈活以太網(wǎng)（FlexE）、時間敏感網(wǎng)（TSN）、確定網(wǎng)（DetNet）、第五代移動通信（5G）確定性網(wǎng)絡(luò)（5GDN）等。文獻(xiàn)分析了5G部署及其商用情況，認(rèn)為5G將對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展產(chǎn)生極大的促進(jìn)作用。文獻(xiàn)總結(jié)了TSN、DetNet、5G等確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，著重研判相關(guān)技術(shù)在超低時延方面的特性。文獻(xiàn)闡述了FlexE、TSN、DetNet、5G的技術(shù)要點(diǎn)及發(fā)展趨勢。
表1部分工業(yè)制造自動化過程對確定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求
已有研究側(cè)重于對確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其發(fā)展趨勢的研判，本文則重點(diǎn)開展面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展分析與體系論證，提出三階段發(fā)展路徑，以期為我國確定性網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)制造應(yīng)用研究提供參考。
二、面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需求分析
發(fā)展面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有助于推動我國網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國和制造強(qiáng)國建設(shè)。確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工業(yè)制造深度融合，賦能實(shí)體產(chǎn)業(yè)，推動工業(yè)制造系統(tǒng)和管理升級，同時能夠引導(dǎo)服務(wù)商提供高質(zhì)量、多樣化的服務(wù)能力。因此，在需求、供給兩方面都需要面向工業(yè)制造的高質(zhì)量確定性網(wǎng)絡(luò)。
（一）工業(yè)制造的升級需求
當(dāng)前，工業(yè)制造的升級發(fā)展趨勢已明確（見圖1），驅(qū)動了對確定性網(wǎng)絡(luò)的新需求。20世紀(jì)80年代以來，全球制造業(yè)布局發(fā)生了根本性變化，我國成為全球規(guī)模最大的制造業(yè)國家。隨著通信、計算機(jī)、機(jī)械、電子、電氣、自動化等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，全球制造業(yè)也呈現(xiàn)出新的發(fā)展動向。
工業(yè)制造升級發(fā)展趨勢
為了更好滿足消費(fèi)市場需求，工業(yè)制造由規(guī)?；a(chǎn)向著定制化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。居民生活水平的不斷提升、消費(fèi)需求的升級換代，促使制造業(yè)向著小眾化、多元化、定制化發(fā)展。
為了進(jìn)一步增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，工業(yè)制造從提供產(chǎn)品向著產(chǎn)品服務(wù)化、生態(tài)化轉(zhuǎn)變。制造企業(yè)不再單一提供產(chǎn)品，而是轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合性服務(wù)供應(yīng)商；工業(yè)領(lǐng)域不可避免地從單一產(chǎn)品提供向著一體化的產(chǎn)品生態(tài)與產(chǎn)品服務(wù)轉(zhuǎn)型。
為了適應(yīng)產(chǎn)品定制化及供應(yīng)鏈的變化，工業(yè)制造從專業(yè)分工向著一體化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。企業(yè)供應(yīng)鏈呈現(xiàn)新的發(fā)展動向，制造業(yè)企業(yè)趨向于整合上下游的產(chǎn)業(yè)信息、發(fā)展為一體化生產(chǎn)企業(yè)。
為了提升生產(chǎn)能力和效率，工業(yè)制造由傳統(tǒng)生產(chǎn)制造向著智能化、數(shù)字化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型。新興技術(shù)如人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、云計算、機(jī)器人等蓬勃發(fā)展，工廠內(nèi)外開始布局新技術(shù)、新平臺。相應(yīng)制造企業(yè)的工廠內(nèi)網(wǎng)、工廠外網(wǎng)、數(shù)據(jù)互通等通信模塊均對確定性網(wǎng)絡(luò)提出了具體而多樣化的要求。
（二）通信廠商的升級需求
通信廠商希望提高技術(shù)水平、擴(kuò)大服務(wù)范圍、提升服務(wù)能力和價值，因而對確定性網(wǎng)絡(luò)提出需求。
確定性網(wǎng)絡(luò)是通信廠商技術(shù)更新迭代的方向。以太網(wǎng)缺乏實(shí)時傳輸質(zhì)量保證機(jī)制、全局時鐘與同步機(jī)制、帶寬保留機(jī)制、數(shù)據(jù)包過濾機(jī)制，無法保證確定性服務(wù)質(zhì)量。通過時鐘同步、頻率同步、流量整形、資源預(yù)留、時敏流調(diào)度、靈活切片等技術(shù)，在聚合以太網(wǎng)層面實(shí)現(xiàn)面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，成為通信廠商重要的技術(shù)升級需求。
確定性網(wǎng)絡(luò)是通信廠商擴(kuò)大服務(wù)范圍的重要選項。隨著通信廠商管道化發(fā)展，通信產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠商希望能夠?yàn)榭蛻籼峁┎町惢?、多樣化、個性化的產(chǎn)品和服務(wù)，培育新的業(yè)務(wù)增長點(diǎn)。工業(yè)制造企業(yè)產(chǎn)值高、升級空間大，成為通信廠商積極爭取的服務(wù)對象。通過提供高質(zhì)量的確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，通信廠商得以深入生產(chǎn)制造經(jīng)營一線，擴(kuò)展服務(wù)范圍和服務(wù)多樣性。
確定性網(wǎng)絡(luò)是提升通信廠商服務(wù)價值的重要依托。確定性網(wǎng)絡(luò)可以使得工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸速率比傳統(tǒng)以太網(wǎng)快數(shù)十倍到數(shù)百倍，嚴(yán)格控制端到端抖動、時延等關(guān)鍵指標(biāo)，滿足企業(yè)對實(shí)時自動化（如機(jī)器人操控、無人車調(diào)度等）的需求。網(wǎng)絡(luò)切片等技術(shù)支持通信廠商提供差異化的服務(wù)，而高質(zhì)量、差異化的服務(wù)也為通信廠商帶來新的收益空間。
三、面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢分析
（一）技術(shù)研究現(xiàn)狀
工業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)有的幾個以太網(wǎng)擴(kuò)展版，如過程現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)（ROFINET）、以太網(wǎng)控制自動化技術(shù)（EthernetCAT）、時間觸發(fā)以太網(wǎng)（TTEthernet）、嚴(yán)格實(shí)時路由架構(gòu)（HaRTES）等，可以部分滿足工業(yè)制造的需求，但因缺乏帶寬預(yù)留、時鐘同步、數(shù)據(jù)包優(yōu)先級過濾等機(jī)制，不能完全滿足工業(yè)制造過程的嚴(yán)格實(shí)時、確定性服務(wù)質(zhì)量要求。確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)在控制端到端工業(yè)平臺和設(shè)備方面從“盡力而為”轉(zhuǎn)向“準(zhǔn)時準(zhǔn)確”，促使TNS、5GDN等確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為工業(yè)制造升級的熱門選擇。
為了支持工業(yè)制造過程中的確定性通信，電子電氣工程師學(xué)會（IEEE）制定了TSN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）提出了DetNet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，光聯(lián)網(wǎng)論壇（OIF）定義了FlexE技術(shù)。5GDN指利用5G資源構(gòu)建可預(yù)期、可規(guī)劃、可驗(yàn)證、具有確定性能力的移動專網(wǎng)，提供差異化的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，由此打造更加靈活、更為高效、部署簡便的工業(yè)制造確定性網(wǎng)絡(luò)。整體來看，TSN、5GDN已經(jīng)開始工業(yè)制造方面的商業(yè)應(yīng)用，而DetNet、FlexE還需要繼續(xù)發(fā)展以適應(yīng)工業(yè)制造的需求。
FlexE技術(shù)主要用于5G承載網(wǎng)，為5G網(wǎng)絡(luò)切片的確定性路徑提供支撐，可以提升服務(wù)商定制化、差異化的服務(wù)能力。FlexE包含了一些子技術(shù)，如墊片結(jié)構(gòu)用于網(wǎng)絡(luò)切片，交叉?zhèn)鬏攲?shí)現(xiàn)端到端傳輸，操作管理維護(hù)（OAM）支持端到端傳輸監(jiān)控，通道保護(hù)提供可靠性。
TSN為局域網(wǎng)的確定性服務(wù)質(zhì)量提供保障，可在同一局域網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送周期、非周期數(shù)據(jù)流；包含了一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如時鐘同步、流預(yù)留、循環(huán)排隊等，確保物理層、鏈路層的確定時延與抖動。
5G用于提供無線接入服務(wù)，涉及的主要技術(shù)或功能有：增強(qiáng)移動寬帶、超可靠低延遲通信、大規(guī)模機(jī)器通信。例如，超可靠低延遲通信技術(shù)依賴于5G的低延遲、時間同步、資源管理、可靠性等特性，5GDN據(jù)此保證確定性低時延低抖動網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。
DetNet用于在廣域網(wǎng)中提供確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，目前僅有部分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如可擴(kuò)展確定性傳輸以及循環(huán)排隊轉(zhuǎn)發(fā)等，確保網(wǎng)絡(luò)層的確定時延和抖動。其他相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍在制定過程中。
確定性網(wǎng)絡(luò)在制造企業(yè)中的應(yīng)用場景可細(xì)分為機(jī)器視覺、實(shí)時監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、物資管理、輔助作業(yè)、海量連接、生命周期管理等（見圖2），國內(nèi)已有大型制造企業(yè)的應(yīng)用案例。
除了企業(yè)應(yīng)用外，我國開展了網(wǎng)絡(luò)確定性實(shí)驗(yàn)平臺研究，代表性的是未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施（CENI）。CENI作為我國在通信與信息領(lǐng)域第一項國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，可為未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)的部署、測試、驗(yàn)證提供大規(guī)模且開放的試驗(yàn)環(huán)境。CENI實(shí)現(xiàn)了超遠(yuǎn)距離的確定性低時延低抖動數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)，完成超遠(yuǎn)距離（2000km）電動機(jī)同步控制實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了基于確定性網(wǎng)絡(luò)的超遠(yuǎn)距離實(shí)時工業(yè)制造控制的可能性。
確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)制造中的應(yīng)用場景
（二）技術(shù)發(fā)展趨勢
TSN在鏈路層通過時分復(fù)用調(diào)度技術(shù)為高優(yōu)先級流量提供了確定性傳輸服務(wù)，保證低時延低抖動；但可能加大低優(yōu)先級流量的延遲，可考慮利用統(tǒng)計復(fù)用為時延界限提供統(tǒng)計保證。TSN的集中式部署或分布式部署、連接多個封閉時間敏感網(wǎng)等技術(shù)，是需要進(jìn)一步研究的課題。新的標(biāo)準(zhǔn)定義、技術(shù)實(shí)現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)測試是TSN與5G應(yīng)用結(jié)合的研究內(nèi)容。
相較于TSN的流量控制操作，DetNet的流量控制操作將面臨規(guī)模更大、傳輸距離更遠(yuǎn)、調(diào)度復(fù)雜性更高等挑戰(zhàn)。TSN與5G均已商用，但DetNet的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍在制定階段，因而廣域確定性網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)需要更多研究，如數(shù)據(jù)流的控制轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)、服務(wù)質(zhì)量保證技術(shù)等。
基于FlexE的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，運(yùn)營商在1個硬件基礎(chǔ)設(shè)施中可切分出多個保證服務(wù)質(zhì)量、業(yè)務(wù)物理隔離的虛擬網(wǎng)絡(luò)，相應(yīng)OAM功能可滿足網(wǎng)絡(luò)維護(hù)需求。借助FlexE技術(shù)提供靈活的帶寬和定制化的服務(wù)質(zhì)量，提高網(wǎng)絡(luò)利用率，實(shí)現(xiàn)不同工業(yè)制造過程的多樣化服務(wù)體系成為重要發(fā)展趨勢。
5G已經(jīng)商用，與局域網(wǎng)TSN、廣域網(wǎng)DetNet融合，將進(jìn)一步增強(qiáng)面向工業(yè)制造的服務(wù)能力與質(zhì)量。5G與FlexE結(jié)合，為5GDN提供差異化服務(wù)能力。降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、拓寬工業(yè)制造方面的應(yīng)用規(guī)模，這對5G資費(fèi)體系設(shè)計提出了新增研究需求。
此外，確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要發(fā)展趨勢有：穩(wěn)妥處理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)創(chuàng)新與逐步部署的關(guān)系，設(shè)計故障處理、容錯機(jī)制等安全保護(hù)機(jī)制，促進(jìn)各層技術(shù)間的融合等。大型“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”實(shí)驗(yàn)平臺的建造與開放也是一個重要發(fā)展趨勢，CENI與工業(yè)制造企業(yè)的制造過程集成也可以進(jìn)一步深化。
四、面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)
（一）制造企業(yè)信息化、數(shù)字化水平存在短板
確定性網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全面部署，前提之一是需要制造企業(yè)或工廠的數(shù)字化、信息化水平達(dá)到一定程度，然而我國不少制造企業(yè)（包括規(guī)模以上企業(yè)）依然存在明顯不足。根據(jù)兩化融合服務(wù)聯(lián)盟針對參評的15萬家工業(yè)企業(yè)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2019年第二季度，生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化率、關(guān)鍵工序數(shù)控化率分別為47%、49.2%，而智能制造就緒率僅為7.6%；這其中的參評企業(yè)絕大多數(shù)為規(guī)模以上企業(yè)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟針對我國工業(yè)企業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，企業(yè)面臨著數(shù)據(jù)存量不大、管理手段落后的突出問題，如66%的企業(yè)存儲數(shù)據(jù)總量不到20TB（不及一個省級電信運(yùn)營商日增數(shù)據(jù)量的1/10），51%的企業(yè)仍在使用文檔等相對初級的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。
工業(yè)企業(yè)信息化、數(shù)字化達(dá)到一定程度后，才能順利實(shí)施“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”。缺乏堅實(shí)的數(shù)字化、信息化條件，即使能夠完成基于確定性網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)制造應(yīng)用，最終也難以形成規(guī)模化應(yīng)用與價值創(chuàng)造的預(yù)期格局。在保證信息化、數(shù)字化程度能夠滿足制造企業(yè)建設(shè)與發(fā)展需求的同時，應(yīng)努力實(shí)現(xiàn)確定性網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)企業(yè)中的落地部署以及與其他信息化、數(shù)字化建設(shè)的同步。
（二）確定性網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)制造融合面臨壁壘
確定性網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)制造的融合發(fā)展尚處初級階段，仍需深化應(yīng)用探索。與消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)不同，通信運(yùn)營企業(yè)與工業(yè)制造企業(yè)等之間的技術(shù)、架構(gòu)、商業(yè)模式等融合發(fā)展壁壘較高。運(yùn)營商和設(shè)備商對工業(yè)制造行業(yè)的技術(shù)、特性、業(yè)務(wù)流程、工藝流程等把握不夠到位，存在一定程度的跨界鴻溝；網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商缺乏為高端制造業(yè)提供大規(guī)模、高質(zhì)量確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的經(jīng)驗(yàn)，難以全面、精準(zhǔn)支持工業(yè)制造企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營實(shí)際需求。另外，全球運(yùn)營商的確定性網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)模尚無法支持大范圍、廣覆蓋的確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求。運(yùn)營商通常選擇典型行業(yè)與場景，結(jié)合自身確定性網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)節(jié)奏，以試點(diǎn)的方式實(shí)施逐步部署。例如，結(jié)合移動邊緣計算對確定性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域化部署，工業(yè)園區(qū)等獨(dú)立性較強(qiáng)的工業(yè)制造區(qū)域作為優(yōu)先試點(diǎn)。
在確定性網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)制造融合發(fā)展的過程中，確定性網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)制造企業(yè)的跨界合作與供需對接需要加強(qiáng)；在工業(yè)制造密集的重點(diǎn)區(qū)域開展確定性網(wǎng)絡(luò)商業(yè)應(yīng)用試點(diǎn)示范，同時積極探索開放式、可盈利、可持續(xù)的新型商業(yè)模式。
（三）確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟度仍需提高
從已有的應(yīng)用結(jié)果來看，確定性網(wǎng)絡(luò)因其技術(shù)成熟度仍然有限，制約了工業(yè)制造賦能作用的體現(xiàn)。例如對于5GDN，技術(shù)成熟度方面的問題剖析如下。
①在可靠性方面，由于無線網(wǎng)絡(luò)特有的突發(fā)環(huán)境變化引起的干擾和衰落，5G可靠性還不能穩(wěn)定地維持在99.9999%以上的目標(biāo)；工業(yè)生產(chǎn)對時延、可靠性的敏感度很高，需通過無線網(wǎng)絡(luò)切片來靈活自主地控制幀結(jié)構(gòu)、編碼策略，進(jìn)而達(dá)到提高穩(wěn)定性的要求；還可考慮無線網(wǎng)絡(luò)底層編碼方式面向應(yīng)用進(jìn)行個性化定制等策略。
②在網(wǎng)絡(luò)通信容量和效率方面還處于試點(diǎn)階段，5G作為未來工廠的“工業(yè)總線”，需要滿足機(jī)器視覺、實(shí)時監(jiān)控等有著大量數(shù)據(jù)上行應(yīng)用的需求，且不同設(shè)備、不同應(yīng)用需要多樣化的接入方式。
③在終端支持方面，5G工業(yè)模組的技術(shù)成熟度、成本等因素將直接影響5GDN在工業(yè)制造企業(yè)中的應(yīng)用，預(yù)計隨著相關(guān)廠商數(shù)量的增加，產(chǎn)品成熟度提升、成本下降。
盡管已經(jīng)發(fā)布了很多確定性網(wǎng)絡(luò)方面的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，但仍然缺乏規(guī)?；I(yè)制造的測試場景，需要更多的應(yīng)用落地以增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)和消費(fèi)者市場的信心；還應(yīng)重視和增加確定性網(wǎng)絡(luò)用于工業(yè)制造各個場景的閉環(huán)穩(wěn)定性測試，形成多場景、多維度的可復(fù)用成功案例。
（四）確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)成本與人才培育問題
目前已有商用的確定性網(wǎng)絡(luò)（如5GDN），但部分企業(yè)，尤其是中小企業(yè)對確定性網(wǎng)絡(luò)將來的資費(fèi)問題仍有顧慮，即確定性網(wǎng)絡(luò)資費(fèi)過高可能拉高企業(yè)生產(chǎn)成本。這些問題的解決，需要確定性網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商充分提升服務(wù)能力和技術(shù)成熟度，生產(chǎn)商顯著降低設(shè)備生產(chǎn)、制造、維護(hù)的費(fèi)用，政府主管機(jī)構(gòu)適度參與市場初期定價論證。
“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”作為典型的跨行業(yè)重大應(yīng)用，成熟人才緊缺；具有潛力的人員分布在高校、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)中，涉及專業(yè)有通信、計算機(jī)、自動化、機(jī)械、電子、電氣等；專業(yè)人才缺失制約了行業(yè)發(fā)展水平。高校與企業(yè)應(yīng)積極對接相關(guān)培養(yǎng)策略，高?；蜓芯繖C(jī)構(gòu)可組建新的專業(yè)或院系，深化“產(chǎn)學(xué)研”合作，加強(qiáng)面向“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”產(chǎn)業(yè)的人才培養(yǎng)與使用，盡快形成一批復(fù)合型、實(shí)用型專業(yè)技術(shù)人才隊伍。
五、面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展階段劃分
面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)以建設(shè)大規(guī)模、可提供確定性服務(wù)質(zhì)量的信息基礎(chǔ)設(shè)施為目標(biāo)，為工業(yè)制造升級提供實(shí)時、高質(zhì)量、高可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，全面賦能工業(yè)制造。面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)發(fā)展體系建設(shè)是一個漸進(jìn)的過程，在論證技術(shù)可行性、商業(yè)可行性的基礎(chǔ)上，“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”融合發(fā)展可劃分為3個階段。
（一）試點(diǎn)示范階段
該階段的特征是運(yùn)營商、設(shè)備廠商、方案商等供給方積極與各類工業(yè)制造企業(yè)需求方合作，針對工業(yè)制造的重點(diǎn)場景開展示范試點(diǎn)。工業(yè)制造企業(yè)提出自身業(yè)務(wù)場景中對確定性網(wǎng)絡(luò)性能的明確要求，供給方通過集成各類技術(shù)手段來保障這些確定性要求。通過確定性網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)制造場景的成功試點(diǎn)，使“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”從技術(shù)論證轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，凸顯價值創(chuàng)造并形成示范效應(yīng)。
在技術(shù)可行性方面，TSN、獨(dú)立組網(wǎng)5G是目前提供確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的主流技術(shù)，可以滿足低時延、高可靠、高帶寬、海量連接的確定性要求；網(wǎng)絡(luò)切片等技術(shù)也在逐步成熟，具備確定性網(wǎng)絡(luò)定制化服務(wù)的支持能力。相比非獨(dú)立組網(wǎng)，獨(dú)立組網(wǎng)架構(gòu)是部署網(wǎng)絡(luò)切片、超級上行、邊緣計算等技術(shù)的基礎(chǔ)，所具備的雙向低時延、上行大帶寬等技術(shù)特征可有效支撐工業(yè)制造業(yè)務(wù)需求。
在商業(yè)可行性方面，因工業(yè)制造企業(yè)對新型信息通信技術(shù)應(yīng)用持謹(jǐn)慎態(tài)度，開展試點(diǎn)示范項目應(yīng)采取先低投入啟動、后穩(wěn)步加大投入的發(fā)展路徑。在確定性網(wǎng)絡(luò)商用初期，各垂直領(lǐng)域應(yīng)用中的直接收益可能并不明顯，大部分工業(yè)制造企業(yè)采取觀望態(tài)度。為此，可針對性選取那些具有制造效率提升潛力大、改造便利的工業(yè)制造場景，優(yōu)先實(shí)施試點(diǎn)應(yīng)用。
（二）規(guī)模化復(fù)制階段
該階段的特征是供給方、需求方均積極探索“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”應(yīng)用規(guī)?；涞?，確定性網(wǎng)絡(luò)賦能工業(yè)制造的效果顯現(xiàn)。工業(yè)制造企業(yè)生產(chǎn)制造效率明顯提升，上下游產(chǎn)業(yè)鏈信息整合效果良好，工業(yè)制造領(lǐng)域大范圍應(yīng)用的可行性條件基本具備。
在技術(shù)可行性方面，基于組網(wǎng)的確定性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入大規(guī)模商用，接入網(wǎng)、核心網(wǎng)功能趨于完善，支持各類場景的確定性網(wǎng)絡(luò)功能都可以直接使用，滿足各類制造企業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用需求。確定性網(wǎng)絡(luò)體系基本建成，形成以FlexE為承載網(wǎng)、以TSN和5G為接入網(wǎng)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)架構(gòu)，能夠根據(jù)智能制造場景切換服務(wù)質(zhì)量，具備全天候、多場景、多維度的園區(qū)類制造企業(yè)服務(wù)能力，同時保證企業(yè)私有數(shù)據(jù)的安全性、確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的穩(wěn)定性。
在商業(yè)可行性方面，基于第一階段試點(diǎn)示范，供給方、需求方經(jīng)過多場景、多階段的應(yīng)用磨合，形成完善的合作模式，涵蓋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、方案落地、商業(yè)模式等。定制化網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)模式成熟，制造企業(yè)可以根據(jù)不同制造場景的實(shí)際需求靈活切換網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，兼顧生產(chǎn)效率提升和生產(chǎn)成本控制；工業(yè)模組技術(shù)成熟、成本降低，規(guī)?；瘡?fù)制的邊際成本穩(wěn)步降低，得到大部分工業(yè)制造企業(yè)的積極使用，如升級生產(chǎn)過程、提升產(chǎn)品良率、提供定制化工業(yè)產(chǎn)品等。
（三）自發(fā)創(chuàng)新驅(qū)動階段
經(jīng)過長時間的商用之后，確定性網(wǎng)絡(luò)各方面趨于成熟，成為驅(qū)動制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心基礎(chǔ)設(shè)施之一。工業(yè)制造行業(yè)發(fā)展也進(jìn)入了新的階段，行業(yè)自發(fā)創(chuàng)新驅(qū)動的積極性很高。確定性網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)制造諸多場景下應(yīng)用的各類標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)方案、商業(yè)模式均較成熟，“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”全面進(jìn)入自發(fā)創(chuàng)新驅(qū)動階段。在該階段，確定性網(wǎng)絡(luò)可能成為工業(yè)場景的標(biāo)配，典型特征是各類工業(yè)制造企業(yè)需求方群體成為主要推動力量，自發(fā)地進(jìn)行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)各細(xì)分環(huán)節(jié)創(chuàng)新；在創(chuàng)新過程中對確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生需求，驅(qū)動確定性網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)場景更大范圍中的應(yīng)用。
在技術(shù)可行性方面，確定性網(wǎng)絡(luò)體系趨于完善，形成以DetNet為核心網(wǎng)、以FlexE為承載網(wǎng)、以TSN和5G為接入網(wǎng)的體系架構(gòu)；局域、廣域、有線、無線等形式的確定性網(wǎng)絡(luò)深度集成、有機(jī)融合，服務(wù)范圍拓展至大規(guī)模、超大規(guī)模的工業(yè)制造園區(qū)；支持各類場景下的確定性網(wǎng)絡(luò)功能直接應(yīng)用，同時為工業(yè)制造企業(yè)提供接口，便于制造企業(yè)參與定制化確定性網(wǎng)絡(luò)的各細(xì)分環(huán)節(jié)，更好滿足企業(yè)的差異化使用需求。
在商業(yè)可行性方面，大部分工業(yè)制造企業(yè)的成本進(jìn)一步得到控制、產(chǎn)品良率大幅提升，能夠獲取更高的產(chǎn)品附加值；快速響應(yīng)用戶定制產(chǎn)品的需求，借助確定性網(wǎng)絡(luò)完成設(shè)計和生產(chǎn)；具有主動參與確定性網(wǎng)絡(luò)細(xì)分環(huán)節(jié)改進(jìn)的意愿、能力、渠道，進(jìn)一步尋求多樣化的業(yè)務(wù)增長點(diǎn)。
六、對策建議
（一）成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟促進(jìn)生態(tài)發(fā)展
面向工業(yè)制造的確定性網(wǎng)絡(luò)，其深度發(fā)展、生態(tài)繁榮依賴產(chǎn)業(yè)鏈上下游的多個環(huán)節(jié)，也離不開管理部門、企事業(yè)單位、社會團(tuán)體的共同努力。建議采取產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的形式，凝聚各方共識和力量，消除信息不對稱現(xiàn)象，推動產(chǎn)品應(yīng)用的落地。
各產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟應(yīng)加強(qiáng)合作、協(xié)同發(fā)展，打造行業(yè)內(nèi)信息一體化平臺，實(shí)施一系列創(chuàng)新發(fā)展示范案例。相關(guān)發(fā)展重點(diǎn)有：
①資源共享，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的首要任務(wù)是消除信息不對稱、資源不平均，構(gòu)建一體化的資源共享平臺，對聯(lián)盟成員的敏感資源可以采用授權(quán)使用的方式加以管理；
②聯(lián)合研發(fā)，當(dāng)資源具備共享條件的時候，進(jìn)一步推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游各方的研發(fā)過程聯(lián)合化，提升研發(fā)能力和效率；
③項目落地，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的最重要任務(wù)是推進(jìn)“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”的應(yīng)用項目落地，幫助工業(yè)制造企業(yè)獲得高附加價值，同時提升通信服務(wù)商的服務(wù)能力；
④融合發(fā)展，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟最終將促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游高度融合、互惠互通、互利共贏，同時產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟尊重成員的差異性和多樣性
（二）加快形成公網(wǎng)專用的先發(fā)優(yōu)勢
我國網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅速，尤其在移動網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的背景下，建議加快推進(jìn)公網(wǎng)專用的先發(fā)優(yōu)勢，在5G公網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)針對工業(yè)制造企業(yè)的確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，加快形成更多“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”的示范應(yīng)用。例如，基于5G打造工業(yè)級TSN并應(yīng)用于智能制造場景，基于CENI公網(wǎng)打造供企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)測試驗(yàn)證遠(yuǎn)程工業(yè)制造技術(shù)的專用網(wǎng)絡(luò)。
在以公網(wǎng)專用提供確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方面，建議關(guān)注以下方面：
①定制服務(wù)，提供的確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需要考慮到工業(yè)制造企業(yè)的實(shí)際需求，多階段、多維度、多場景地提供定制化專網(wǎng)服務(wù)；
②示范項目，形成公網(wǎng)專用的典型成功案例，為眾多工業(yè)制造企業(yè)升級提供可參考的樣板；
③應(yīng)用落地，公網(wǎng)專用以落地實(shí)際應(yīng)用、產(chǎn)生工業(yè)價值為根本目標(biāo)；
④綜合集成，實(shí)現(xiàn)公網(wǎng)專用的過程中不拘泥于單一的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，考慮綜合集成多種技術(shù)（如網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計算等）來升級工業(yè)制造系統(tǒng)。
（三）重視行業(yè)發(fā)展路徑選取
“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”尚處于初期發(fā)展階段，宜穩(wěn)妥實(shí)施漸進(jìn)式推進(jìn)策略，為大規(guī)模融合發(fā)展打牢基礎(chǔ)。行業(yè)發(fā)展路徑需要優(yōu)選，建議重點(diǎn)關(guān)注：
①行業(yè)合適性，工業(yè)制造涉及眾多細(xì)分行業(yè)，部分對確定性服務(wù)質(zhì)量要求較高的細(xì)分行業(yè)（如生產(chǎn)過程自動化）可優(yōu)先進(jìn)行部署；
②場景合適性，確定性網(wǎng)絡(luò)宜選擇技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)相對成熟，與運(yùn)營商的聯(lián)接管道能力強(qiáng)相關(guān)的場景，如工業(yè)制造中的機(jī)器視覺場景；
③區(qū)域合適性，鑒于目前提供確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)覆蓋尚不全面，可結(jié)合移動邊緣計算對確定性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域化的獨(dú)立部署，電氣設(shè)備工業(yè)制造園區(qū)、港口碼頭船舶制造基地等獨(dú)立性較強(qiáng)的區(qū)域可優(yōu)先部署。
（四）加大應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展的資源保障
加速商業(yè)模式創(chuàng)新，完善運(yùn)營商資費(fèi)體系，規(guī)范產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合行業(yè)實(shí)踐，探索全新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)模式。發(fā)揮公共專項資金的撬動作用，引導(dǎo)社會資本加大對“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”行業(yè)的投入。鼓勵各類銀行信貸、投資基金向“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”方向的傾斜力度，支持工業(yè)制造企業(yè)開展“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用落地，提升制造企業(yè)生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
（五）加強(qiáng)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究
基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)突破是“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”發(fā)展的重要基礎(chǔ)。建議加強(qiáng)以下理論和技術(shù)方向的研究：智能制造原理、自動控制原理、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計原理、確定性傳輸原理、人工智能原理、大規(guī)模轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制、確定性調(diào)度機(jī)制、靈活切片技術(shù)、確定性傳輸設(shè)備及器件研制等。在國家級科技投入層面，建議合理加大對“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”相關(guān)研究的支持力度，增設(shè)必要的專項研究課題，促進(jìn)跨行業(yè)技術(shù)與應(yīng)用融合的科技成果發(fā)展，筑牢行業(yè)發(fā)展亟需的科技支撐體系。
（六）注重“產(chǎn)學(xué)研”一體化人才培育
建議主管部門牽頭，聯(lián)合高校、科研機(jī)構(gòu)、企事業(yè)單位，論證和構(gòu)建體現(xiàn)行業(yè)需求特色的“產(chǎn)學(xué)研”一體化人才培育機(jī)制。優(yōu)化教育資源配置，精準(zhǔn)培養(yǎng)復(fù)合型人才，為“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”的扎實(shí)發(fā)展提供智力支撐。針對“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”成熟人才緊缺、潛在人才分散的實(shí)際情況，建議設(shè)立“確定性網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)制造”交叉學(xué)科研究中心，同步開展人才培養(yǎng)、研究攻關(guān)，兼顧研究成果順暢轉(zhuǎn)化。
