“新基建”背景下基于視聯(lián)網(wǎng)技術建設工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略考量

0引言2020年3月4日，中央政治局常務委員會會議強調(diào)，加快推進國家規(guī)劃已明確的重大工程和基礎設施建設，加快新型基礎設施建設進度。4月20日，國家發(fā)改委召開4月份例行新聞發(fā)布會，會上國家發(fā)改委創(chuàng)新和高技術發(fā)展司司長伍浩明確，包含工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的通信網(wǎng)絡基礎設施是“新基建”的主要內(nèi)容之一。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，通過對人、機、物的全面互聯(lián)，發(fā)揮著促進制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、賦能傳統(tǒng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的作用。近年來，我國密集出臺了一批促進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的政策，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也成為了推動數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的“新基建”落地的關鍵角色。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)的融合，傳統(tǒng)的物理安全隔離手段已難以為工業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈抵御外部攻擊，網(wǎng)絡安全問題成為阻礙工業(yè)企業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構建的網(wǎng)絡環(huán)境越來越復雜，當所有的生產(chǎn)制造設備、控制器、車間被連接起來的時候，如何有效保障工業(yè)網(wǎng)絡的底層安全和實時傳輸就顯得十分重要，面對工業(yè)指令、數(shù)據(jù)、定位等重要信息有可能被非法控制、遭受干擾、破壞，關鍵信息資源無法實時調(diào)度影響生產(chǎn)制造效率的問題，重構工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，逐步增加國產(chǎn)化要素，對降低國家安全風險、提高工業(yè)制造效率都有著非常重要的戰(zhàn)略意義。1基于IP技術建設的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)存在的不足以前通過“縣道”“鄉(xiāng)道”就能跑起來的“創(chuàng)新之車”，現(xiàn)在受“路面”所限，難以再行駛，這也是傳統(tǒng)IP技術的固有缺陷，而依托視聯(lián)網(wǎng)技術（V2V）建設工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，就是有針對性地將“普通火車”變成了“高速列車”。1.1我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展存在安全互聯(lián)互通和高效傳輸痛點當前，為搶抓新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重大歷史機遇，世界主要國家和地區(qū)加強制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略布局。我國與美、德幾乎同步發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，具有自己獨特的優(yōu)勢，但也存在著網(wǎng)絡安全難以保障、工業(yè)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通難以實現(xiàn)、生產(chǎn)協(xié)同難以開展等痛點。中國工程院鄔賀銓院士指出，“多數(shù)企業(yè)數(shù)字化水平較低，網(wǎng)絡化、智能化演進基礎薄弱；工業(yè)網(wǎng)絡標準、技術、產(chǎn)業(yè)基本被外商掌控，且標準眾多、互通性差”是制約我國IP工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展的重要因素。具體來看，IP工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)強調(diào)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈和全價值鏈的連接，越來越多的人、機、物會暴露在IP工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上，工業(yè)設備運行體系將從封閉走向開放。然而，大多數(shù)IP工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設備制造商往往追求平臺新功能而忽略平臺安全性，IP工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設備有硬件接口暴露、弱口令、信息泄露、未授權訪問等潛在隱患，亟待在IP工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和相關運營主體間構建一個涵蓋設備安全、網(wǎng)絡安全、控制安全、應用安全和工業(yè)數(shù)據(jù)安全的全方位安全保障和應用網(wǎng)絡，避免某個IP工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設備存在安全隱患帶來的整個IP工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)性安全風險。1.2我國傳統(tǒng)網(wǎng)絡協(xié)議難以解決工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的痛點我國現(xiàn)有的網(wǎng)絡技術裝備和條件，無論從體系結構設計，還是從技術裝備使用實踐上看，都沒有實際控制權。核心網(wǎng)絡設備、地址分配、域名解析服務的非國產(chǎn)化導致我國網(wǎng)絡空間主權缺失、始終受制于人。面對根域名解析服務被突然停止，骨干路由器和光傳輸設備無法運行，網(wǎng)絡被分割、斷開與外界聯(lián)系等潛在的風險，我國傳統(tǒng)網(wǎng)絡協(xié)議尚未能進行很好應對。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的逐步開放和全面互聯(lián)，除了網(wǎng)絡安全外，實時傳輸大規(guī)模信息等新的難題也逐漸出現(xiàn)，工業(yè)環(huán)境對工業(yè)網(wǎng)絡安全、信息傳遞時效、大規(guī)模接入、高并發(fā)承載、跨域通信、跨系統(tǒng)兼容等各個方面都有著非常高的要求?，F(xiàn)有基于TCP/IP協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)通信體系，在傳輸效率和傳輸安全等方面都存在較強的局限性，不適合承載國家、政府核心數(shù)據(jù)，我國建設電子政務專網(wǎng)、公安信息專網(wǎng)等一系列“專網(wǎng)”就是為了突破這些局限。而隨著“新基建”的提出，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新型基礎設施的有效落地成為了“新基建”能否落地的重要前提，當前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展遇到的安全、應用瓶頸是制約工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最大瓶頸，探索全國產(chǎn)的安全可控通信機制有效替代傳統(tǒng)網(wǎng)絡通信機制，從網(wǎng)絡連接和傳輸角度突破IP固有缺陷，是有效解決工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展瓶頸的重要選擇。1.3我國新型視聯(lián)網(wǎng)技術（V2V）能有效突破工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展瓶頸視聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議技術（V2V）是一套具備專線和包交換技術融合優(yōu)點的新技術，它具備專線的穩(wěn)定、安全、品質(zhì)保障，又具備包交換的組播和靈活，具備IP互聯(lián)網(wǎng)無法實現(xiàn)的安全、實時、高清、大規(guī)模視頻交換能力。相對于IP互聯(lián)網(wǎng)為數(shù)據(jù)通信而生，視聯(lián)網(wǎng)是為實時視頻業(yè)務而設計的，它摒棄IP互聯(lián)網(wǎng)上不適合視頻傳輸?shù)穆酚蓹C制，發(fā)明支持信道資源管理的新編碼和尋址協(xié)議，實現(xiàn)全網(wǎng)信道資源統(tǒng)一管理和全網(wǎng)可控，從而實現(xiàn)業(yè)務所需全部資源的動態(tài)預留，保障業(yè)務連接的服務品質(zhì)。視聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)總體設計思想是要能支持大規(guī)模、視頻，實時、通信和視頻設備聯(lián)網(wǎng)，它要解決尋址、路徑規(guī)劃、信道管理、利舊系統(tǒng)對接、接入資源管理、全網(wǎng)資源運維等問題。視聯(lián)網(wǎng)技術是在以太網(wǎng)基礎上，借鑒電路交換原理，利用分組包交換技術實現(xiàn)的一套面向連接的支持組播的實時交換技術。跟IP互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議簇一樣，視聯(lián)網(wǎng)協(xié)議簇也是架構在標準的802.3以太網(wǎng)基礎上，視聯(lián)網(wǎng)可以在所有的以太寬帶網(wǎng)上快速部署，配合視聯(lián)網(wǎng)有序的編碼號碼體系、可信認證管理、信道資源預留和業(yè)務服務功能，基于視聯(lián)技術構建的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠有效避免某個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設備存在安全隱患帶來的整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)性安全風險，特殊的通信機制有效地避免因局部鏈路帶寬不夠或被搶占導致工業(yè)通信質(zhì)量差的問題。2基于視聯(lián)網(wǎng)技術（V2V）建設的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)方式、系統(tǒng)構架及組成據(jù)不完全統(tǒng)計，國際工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的連接設備數(shù)量已達1000萬臺，其中我國主要工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的平均設備連接數(shù)正邁向百萬級，正處于快速增長期。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最終形態(tài)，將是全面互聯(lián)，在發(fā)展的過程中，會有信息的大規(guī)模接入、高并發(fā)承載、跨域通信、跨系統(tǒng)兼容、網(wǎng)絡安全等各方面的需求滿足和能力支持。視聯(lián)網(wǎng)技術基于自主可控的V2V通信協(xié)議，采用國密算法和可信機制對協(xié)議加密加固，能實現(xiàn)安全可靠的通信。以視聯(lián)網(wǎng)V2V安全協(xié)議構建的“V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，具備全網(wǎng)互聯(lián)互通、實時、安全的特征，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)理想的網(wǎng)絡基礎設施。各類工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用無需修改軟件，即可直接移植到“V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”上。2.1基于視聯(lián)網(wǎng)技術（V2V）的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)架構V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)鏈路使用視聯(lián)接入路由器、交換設備接入，A單位、B單位以及國家IP工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的各信息化系統(tǒng)通過視聯(lián)接入路由器將TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換成基于視聯(lián)網(wǎng)技術建設工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的V2V協(xié)議，實現(xiàn)V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與不同網(wǎng)絡平臺之間工業(yè)數(shù)據(jù)互通，可以在V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)覆蓋和延伸的范圍隨時隨地互通訪問，提供比傳統(tǒng)IP協(xié)議網(wǎng)絡更高品質(zhì)的工業(yè)數(shù)據(jù)通道。B單位和C單位在不改變現(xiàn)有局域網(wǎng)建設的情況下，使用戶前端網(wǎng)絡設備（簡稱VHub）在IP網(wǎng)絡環(huán)境內(nèi)建立VXLAN傳輸隧道，訪問視聯(lián)網(wǎng)內(nèi)資源享受視聯(lián)網(wǎng)服務。在IP網(wǎng)絡環(huán)境下，視聯(lián)網(wǎng)終端與VHub分支設備連接，通過VXLAN技術連接至交換機，至匯聚設備進入V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，即可體驗視聯(lián)網(wǎng)業(yè)務。采用V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議技術，實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸中的協(xié)議隔離，解決不同單位、不同工業(yè)數(shù)據(jù)中心節(jié)點互通后的安全問題，完成各單位視頻、辦公、工業(yè)數(shù)據(jù)庫等系統(tǒng)的信息共享，滿足跨地區(qū)、跨部門的可視化、智能化、扁平化的綜合信息應用需要，為各級單位的應用訪問提供安全穩(wěn)定的鏈路通道。通過V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)部署接入，構建國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系相關單位的多級網(wǎng)絡互連，賦能IP工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)超高清智能化生產(chǎn)視頻應用、網(wǎng)絡化協(xié)同、大數(shù)據(jù)分析、工作監(jiān)管等視頻以及大規(guī)模、跨域、跨系統(tǒng)、跨設備的工業(yè)數(shù)據(jù)互通共享需求，解決現(xiàn)有傳統(tǒng)工業(yè)信息化場景中存在的信息通訊繁瑣不靈活、網(wǎng)絡品質(zhì)差和信息無安全傳輸環(huán)境、跨域大規(guī)模組網(wǎng)傳輸無法實現(xiàn)等問題。同時，V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)依托于自主創(chuàng)新的V2V協(xié)議結合國密算法加密，采用可信計算、邊界防護等安全防護技術，具備結構性安全特征。網(wǎng)絡建設符合密評GM/T0054及等保2.0相關標準要求，能夠保障網(wǎng)絡業(yè)務建立和傳輸過程中的高效穩(wěn)定、全程可控和高度安全。滿足工業(yè)信息化高可靠、高智能、高性能、高安全性和自主可靠的信息化應用要求，支撐覆蓋全國IP工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)自主可控承載網(wǎng)絡建設，助力國家信息安全建設。V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)傳輸拓撲圖如圖1所示。圖1V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)傳輸拓撲2.2基于視聯(lián)網(wǎng)技術（V2V）的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構系統(tǒng)架構上，V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是一個接入網(wǎng)為樹狀網(wǎng)、核心網(wǎng)為多路徑網(wǎng)狀架構的通信系統(tǒng)，全網(wǎng)采用基于802.3以太網(wǎng)標準的V2V協(xié)議進行通信，實現(xiàn)跨區(qū)域大規(guī)模視頻通信業(yè)務；V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)還具備分層自治、多層級聯(lián)、設備和鏈路熱備、節(jié)點即服務等特性。V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構圖如圖2所示。圖2V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構2.3基于視聯(lián)網(wǎng)技術（V2V）的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是基于運營商網(wǎng)絡、采用視聯(lián)網(wǎng)技術和產(chǎn)品搭建的超大型視頻通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由視聯(lián)網(wǎng)交換服務器、視聯(lián)網(wǎng)應用服務器、視聯(lián)網(wǎng)終端設備和標準以太網(wǎng)交換系統(tǒng)等部分構成。其中，視聯(lián)網(wǎng)交換服務器用于構建運營級實時交換網(wǎng)絡，提供雙向、實時、安全、高品質(zhì)、大規(guī)模的高清視頻全交換服務業(yè)務；視聯(lián)網(wǎng)應用服務器中的視聯(lián)網(wǎng)融合服務器支持視聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與第三方平臺協(xié)議對接，以視聯(lián)網(wǎng)技術為核心實現(xiàn)異構系統(tǒng)互聯(lián)互通的融合應用；視聯(lián)網(wǎng)應用服務器中的調(diào)度服務器由不同調(diào)度業(yè)務的系統(tǒng)平臺組成，這些系統(tǒng)平臺面向用戶需求統(tǒng)一提供服務；視聯(lián)網(wǎng)應用服務器中的網(wǎng)管服務器用于支撐視聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的運行，是保障網(wǎng)絡運維的重要工具；視聯(lián)網(wǎng)終端設備是視聯(lián)網(wǎng)用戶側設備，提供視頻、語音等綜合業(yè)務的通信服務；標準以太網(wǎng)交換系統(tǒng)主要實現(xiàn)視聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)各層局域網(wǎng)內(nèi)的工業(yè)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過“視聯(lián)接入路由器”實現(xiàn)對IP應用終端的服務接入，通過“視聯(lián)匯聚路由器”實現(xiàn)對IP應用終端網(wǎng)絡訪問路由服務。通過視聯(lián)接入路由器可以在視聯(lián)網(wǎng)覆蓋和延伸的范圍實現(xiàn)隨時隨地的上網(wǎng)需求，提供比傳統(tǒng)網(wǎng)絡更高品質(zhì)的工業(yè)數(shù)據(jù)通道。同時支持海量工業(yè)數(shù)據(jù)的實時采集，自由流轉(zhuǎn)，精準分析，從而支撐業(yè)務的科學決策，實現(xiàn)V2V工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對原材料體系、生產(chǎn)加工體系、供應鏈體系、金融體系提供廣覆蓋、高可靠網(wǎng)絡基礎。3基于視聯(lián)網(wǎng)技術（V2V）建設工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略價值基于視聯(lián)網(wǎng)技術建設的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是“新基建”落地的重要實踐，能夠更好融合“新基建”領域各項成果，有效推動5G、數(shù)據(jù)中心、人工智能等其他新型數(shù)字化基礎設施的建設，促進“新基建”領域不同信息系統(tǒng)共享，匯聚整合各類系統(tǒng)資源，大幅提升“新基建”整體建設成效。3.1保障網(wǎng)絡安全，大幅降低國家網(wǎng)絡安全風險依托自主創(chuàng)新安全協(xié)議，憑借視聯(lián)網(wǎng)技術的“網(wǎng)絡抗毀、數(shù)據(jù)防篡改、控制權可控、信息不泄露”特性，能夠構建一個涵蓋設備安全、網(wǎng)絡安全、控制安全、應用安全和數(shù)據(jù)安全的全方位安全保障體系，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的全方位保護。基于視聯(lián)網(wǎng)技術建設的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，可擺脫IP通信技術、Windows操作系統(tǒng)、英特爾CPU等國外技術，實現(xiàn)硬件與技術的自主可控。一方面，可以幫助本土企業(yè)、有關部門建立起自身的安全屏障；另一方面，可使我國信息技術的發(fā)展更加平穩(wěn)、健康。3.2靈活擴展應用，極大提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)活力基于視聯(lián)網(wǎng)技術的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠在實時傳輸信息和保證高質(zhì)量服務的前提下，兼容眾多聯(lián)網(wǎng)協(xié)議標準，在兼顧工業(yè)網(wǎng)絡獨立性、封閉性特點的情況下，實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡內(nèi)部端到端的工業(yè)設備和數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，實現(xiàn)視聯(lián)網(wǎng)終端、PC終端、監(jiān)控終端、移動端等多種終端的無縫接入，進而支持各類工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用的靈活擴展和融合，提高資源的利用率，避免重復建設造成的資源浪費，滿足工業(yè)網(wǎng)絡與日俱增的開放需求，形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈建設的良性循環(huán)。3.3加強協(xié)同生產(chǎn)，顯著增強資源統(tǒng)籌調(diào)配能力基于視聯(lián)網(wǎng)技術建設的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崟r匯聚、連接各類生產(chǎn)資源，促進各類生產(chǎn)資源的統(tǒng)籌調(diào)配，在實現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)、運維等各類工業(yè)資源彈性互補和高效配置的同時，保障生產(chǎn)單元的獨立性，任何局部的生產(chǎn)單元和環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障均不會影響整體運行，避免生產(chǎn)制造活動產(chǎn)生系統(tǒng)性風險。超大型安全視頻融合通信網(wǎng)絡還可解決5G固網(wǎng)傳輸瓶