人民邮电报 | 中国工程院院士刘韵洁:确定性网络是推进新型工业化的重要基础

发布时间:2023-11-29 浏览次数:330次 作者:江苏省未来网络创新研究院

近日,习近平总书记指出,新时代新征程,以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业,实现新型工业化是关键任务。新型工业化就是以数字化、网络化、智能化为主要特征的新工业形态,其中网络是重要的基础。根据工业和信息化部数据,截至今年9月底,我国累计建设5G基站318.9万个,5G行业虚拟专网超2万个,已建成全球规模最大、技术领先的5G网络,为我国推进新型工业化奠定了强大的物质技术基础。然而,由于传统互联网体系架构的制约,5G难以在垂直行业应用方面发挥更大作用。

 

前不久,习近平总书记在南京紫金山实验室考察调研时强调,现在信息技术飞速发展,颠覆性技术随时可能出现,要走求实扎实的创新路子,为实现高水平科技自立自强立下功勋。习近平总书记仔细听取最新情况介绍,对科研团队取得的进展给予充分肯定。

 

当前,全球数字经济蓬勃发展,新经济形态对以网络为核心的信息技术提出新的挑战。面对互联网发展从消费领域向实体经济过渡的重大历史机遇,发展确定性网络成为推进新型工业化的重要基础。

 

新型工业化对网络提出重大挑战

 

加快推动传统制造业数字化转型升级是我国推进新型工业化,构建现代化产业体系的核心要义,也是根本途径。传统行业转型升级在数字化、网络化、智能化过程中存在诸多桎梏,“尽力而为”的传统互联网难以满足数字经济发展需求,迫切需要对网络架构做出变革。

 

数字化方面,以工业制造业为例,中国工业经济联合会发布了2023工业数字化转型评价综合指数,从整体评价看,样本数字化转型综合指数为62.7,大部分企业处在系统集成阶段和平台支撑阶段,可以说我国工业互联网发展目前仍处于初级阶段。一方面,由于我国工业起步晚,以工业控制软件为代表的工业核心技术依然以国外为主导。工业控制软件的“七国八制”导致企业内部各经营环节,上下游产业链之间难以协同互通,更不能满足PLC云化、海量数据实时采集等新业务低时延、高可靠的确定性要求。

 

国际电工委员会(IEC)正在牵头制定分布式工业控制标准,美国能源部(DOE)基于时延敏感网络(TSN)技术开展了安全可靠的确定性电力及工控通信网络研究,并制定了相关标准。发展能够满足未来工业互联网各种场景需求的确定性网络已经成为业界的普遍共识。

 

网络化方面,传统产业面临数字化转型升级的同时,数字经济新形态、新业务蓬勃发展。不同应用场景对网络的要求也各不相同,工业制造场景下,PLC云化、远程控制、远程遥操作、协同设计、协同制造等需求更关注网络的低时延和高可靠性。以AR/VR、元宇宙为代表的新数字业务则对网络提出了更高速率、更低丢包、更低时延,以及业务灵活部署的能力。

 

发展确定性网络,构建满足不同场景需求的网络服务能力正在成为国际共识。IETF在2015年10月成立DetNet工作小组,侧重研究为网络层数据传输提供确定性延迟、丢包、抖动以及高可靠性的标准和能力;3GPP于R16、R17、R18标准先后支持IEEE TSN协议的5G网络系统,确立5G系统的确定性机制并进行标准化;工业互联网产业联盟启动了“时间敏感网络(TSN)产业链名录活动”。

 

可以说,确定性网络正在成为未来网络产业的核心,也将成为我国发展数字经济,推进新型工业化的重要基础。

 

智能化方面,大模型的发展赋予了数字经济更多可能性,也让算力的概念得到越来越多的关注,公开资料显示,ChatGPT-4包含1.8万亿参数,训练一次所需要的FLOPS约为2.15e25,需要在大约25000个A100 GPU上训练90到100天。为保持在算力及大模型发展上的领先,美国对我国实施高端GPU芯片禁运。因此,对我国来说,想要发展自己的大模型只能通过网络把分散的数据中心连接起来,形成算力集群,开展协同计算,以此来弥补单个数据中心算力不足的劣势。构建无损确定性广域传输的网络能力成为算力广域高效传输互联,以及大模型发展的关键。

 

同时,众所周知互联网的上半场由美国主导,加上算力资源的优势,在通用大模型的发展上,美国一直处于领先地位。但是,我国是世界上最大的制造业国家,也是世界上唯一拥有联合国产业分类当中全部工业门类的国家,而且大部分的产业数据还没有上网,还没有被“爬”走,这是我们发展行业大模型的重要基础和宝贵财富。发展行业大模型是新型工业化的必由之路。

 

如何在满足传统行业数字化转型,企业上云、上网的基础上,又能充分利用好、管理好、保护好我们千行百业的大数据,成为我们推进新型工业化必须要解决的重要问题,也对网络提出了更高要求。

 

确定性网络为新型工业化提供关键能力支撑

 

2013年,在中国工程院一批院士的建议下,我国将未来网络试验设施(CENI)项目列入《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012—2030年)》。未来网络科研团队经过十余年的不懈努力,系统性攻克了未来网络关键技术,构建了基于服务定制架构(SCN)的未来网络试验设施(CENI),并成功开通了覆盖全国38个城市的广域确定性网络,在100%网络负载、经13个城市网络节点、跨10000公里距离、10000条确定性业务情况下,实现零丢包、时延抖动小于50μs。可赋能工业制造、能源互联网、元宇宙等对网络质量要求很高的数字经济重大应用,为我国推进新型工业化提供关键能力支撑。

 

一是数字化能力。传统制造业数字化转型升级高度依赖于工业互联网技术的发展,其中时间敏感网络(TSN)作为新型确定性网络技术,具备万兆级的带宽容量、微秒级低时延传输、纳秒级精准同步精度、全业务的共网传输能力,其作为下一代工业网络、能源网络、车载网络等演进方向,已成为业内共识。由我国科研团队自主研发的PML-TSN控制器,基于软件定义网络的解决方案,实现了网络规划、流量配置、调度计算等一系列功能,可以支持国内外主流TSN交换机设备,为我国工业互联网高质量发展提供关键支撑。

 

二是网络化能力。基于未来网络试验设施构建的确定性网络,就像“网络高铁”一样,可以实现对网络带宽、路径、时延、抖动等的高精度控制,可满足未来工业自动化、工业遥操作、全息通信、车路协同等不同业务的定制化需求。另外,确定性网络对于满足未来大算力场景下,数据高通量、跨广域无损传输需求具有明显优势。科研团队基于CENI现网测试的结果表明,确定性网络技术的传输效率远远优于传统网络技术,如相较于FTP协议、QUIC协议等效率可提升十几倍,甚至数十倍,且对于网络延时、丢包的鲁棒性要更好。

 

三是智能化能力。基于未来网络试验设施(CENI)构建的广域确定性网络,具备“软硬切片融合”“在线流量调度”“多业务按需服务”等关键技术能力,是一张可以为不同行业提供公用专网(PPnet)服务的网络,可为各行业数据传输提供专网一样的质量、效率和安全保障,又可以像传统公用互联网一样灵活、方便和经济。从而保护好行业大数据的安全,基于自身优势发展好行业大模型,实现在人工智能大模型赛道上的弯道超车。

 

结语

 

确定性网络是我国为数不多领先国际近十年的重大布局,有望解决传统互联网拥塞无序的问题,推动互联网从“尽力而为”到“确保所需”的技术体系变革。能够满足工业互联网、元宇宙、人工智能大模型等不同场景的网络需求,目前已经在“东数西算”“碳中和”“碳达峰”“航空航天”等国家战略中发挥关键作用。

 

但在新技术应用推广方面,我国与发达国家仍然有差距。我们要抓住这一重大机遇,发挥我国集中力量办大事的制度优势,出台相关政策支持,突破更多确定性网络核心技术,发展确定性网络相关产业生态,实现核心标准、芯片、设备等自主可控。打通确定性网络与各行业互联互通的关键环节,真正构建起能够服务千行百业数字化、智能化发展的“信息大动脉”,才能助力我国新型工业化建设,助力我国从制造业大国发展为制造业强国。