初探5G工业互联网的制胜之道：OICT跨界融合

来源：艾灵网络

作者：俞一帆（艾灵网络首席科学家兼CTO）

物联网智库 整理发布

导  读

当前，越来越多的ICT技术被引入到OT技术中，IT、OT、CT这三个原本相互独立发展的技术体系开始实现紧密融合，最终形成整体化的OICT体系。

作者简介：

俞一帆，艾灵网络首席科学家兼CTO。于2006年在北京邮电大学获通信与信息系统专业工学博士学位。曾在腾讯未来网络实验室担任腾讯智能网联首席专家，并在英特尔，法国电信及NTT DoCoMo长期从事通信与计算机网络的理论与技术研究及设备开发工作。撰写了国内第一本5G移动边缘计算方面的著作。

OICT融合的背景

随着5G时代的到来，以德国工业4.0，美国工业互联网及我国两化融合为代表的智能互联工厂也驶入了发展的快车道。越来越多的ICT技术被引入到OT技术中，IT、OT、CT这三个原本相互独立发展的技术体系开始实现紧密融合，最终形成整体化的OICT体系。

CT指通信技术（Communication Technology）。5G技术主要来自该领域，其中的5G URLLC（超高可靠低时延）技术被认为是未来支撑OICT体系的重要工具之一，5G也将把以工业自动化为基础的智能互联工厂作为最重要的垂直行业应用之一。CT最初源自电信业（Telecommunication），早期聚焦于为电报及电话类业务提供技术支持，因此CT技术也被称为电信技术。CT领域的企业包括运营商，通信制造及通信服务支持等。我国主要的运营商包括中国移动、中国联通、中国电信及中国广电。通信业制造从全球范围来看，基本被几家实力强大的企业垄断，包括华为、中兴、诺基亚及爱立信。

IT指互联网技术（Internet Technology），互联网发展所采用的技术主要来自该领域。随着互联网业务领域的不断拓展，IT技术涉及的范围也越来越大，远远超出了互联网发展之初涉及到的技术内容。特别是在以AI及大数据为代表的新一代互联网业务发展的推动下，IT技术的发展也到了前所未有的深度及广度，现阶段的IT技术也被称为信息技术（Information Technology）。IT领域包含的企业数量众多，以各个互联网巨头（例如，阿里，腾讯，百度，谷歌，亚马逊等）为主要代表，还包括大量的软硬件（例如，微软，英特尔，英伟达，AMD，戴尔及联想等）及其他服务配套厂商。

OT指运营技术（Operational Technology），也可以认为是操作技术，狭义上指工人操作一台机床或一条生产线，广义上则指一个工厂的整体运营。OT技术通常面向一些适用于工厂特定环境的软硬件系统，具有很强的工业属性。它控制着工厂内的基础设施，为其中的自动化控制系统操作提供支持，确保生产的正常进行。随着工厂自动化程度的提高以及工业机器之间的相互连接不断丰富增强，OT的重要性日益显现。该领域的厂商主要提供面向工业数字化应用的软硬件一体化系统，多为专业从事工业自动化方向的厂家，以国际巨头西门子、GE、ABB及施耐德电气为代表，也包含了大量中小型工业自动化企业。

OICT融合的基本概念

OICT跨界融合聚焦在三个方面：（1）IT与CT融合，（2）IT与OT融合，（3）CT与OT融合。

· IT与CT融合

IT与CT的融合更多体现在 IT领域的技术向CT领域的渗透，其中来自IT领域的IP技术取代CT领域的ATM技术成为核心联网技术，是ICT开始大融合的标志事件。IT软硬件公司开始大规模向CT领域进军，同时CT公司也开始积极研发IT技术。目前IT与CT的边界愈发模糊，逐渐形成了一个新的行业 -- ICT业，（信息通信技术：Information Communication Technology）。随着ICT融合程度的加深，以Open RAN（开放式虚拟5G无线接入网络）及软件化5G核心网为代表的新型5G网络基础设施受到了广泛关注。这类基础设施依托商用现货(COTS)硬件，例如，标准X86 CPU和以太网网络接口卡(NICs)，并配套相应的核心网及边缘云软件系统，可以在客户环境下支持5G网络及相关边缘云业务的快速部署。目前O-RAN联盟和电信基础设施项目（TIP）等组织正在推进相关的开放接口和白盒硬件平台规范。

· IT与OT融合

IT行业凭借其在云计算、大数据及AI方面的大量积累，向OT领域展开渗透。OT行业则基于在制造控制、数据采集、工业算法及工程建设等方面的经验沉淀，选择性地吸收IT技术。例如，基础IoT能力及Web 技术被大量融合进现有的工业软件产品，并通过软硬件平台产品推动工业用户的数字化转型。此外，一些工业企业开始搭建公有云及私有云平台，从单纯售卖OT产品转向出售OT服务，其中，部分工厂尝试将传统的SCADA/MES/ERP系统进行云化部署，从而降低系统维护成本。

· CT与OT融合

CT领域擅长提供各种有线通讯、无线通信、长距离通讯与短距离通讯等相关技术。OT领域从CT领域吸收了诸如Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee、4/5G等无线通信技术以及来自IT领域的工业通讯与总线技术，例如PROFINET及EtherNet/IP等工业总线技术均基于以太网技术衍生而来。5G 网络的大带宽、低时延、海量连接特性能够支撑工业场景中的高速数据采集、远程控制、高可靠数据传输及业务连续性等需求，并能在很大程度上取代现有有线形态的工业现场总线。从综合性价比考虑，工业场景最终可能采用不同通讯技术的整合方案，而不是单纯依赖5G技术。

OICT融合面临的挑战

虽然OICT融合是大势所趋，但是我国有涉及41个工业大类、191个中类、525个小类的工业企业，每类工业企业都有自己独特的工业Know-how，没有一个公司能懂所有门类，因此在实际业务场景中，OICT融合在以下几个方面面临挑战：

· OT与IT的融合难点

（1）数据开放与互通：将IT技术用于OT，首先要求OT端数据向IT系统开放，这在不同OT系统之间实现难度较大。对不少工厂而言，其内部工业设备之间的互联互通刚起步，目前仍以“手工”方式进行数据“导表”工作及复杂配置，真正实现OT数据的自动化连接尚需时日。此外，OT数据目前缺少统一的标准与格式定义，这也给AI及大数据等IT技术在工业场景中的规模化落地实施带来困难。

（2）软硬件系统协作：IT行业经过多年发展，形成了一整套完善的工具体系，包括芯片、软件及服务器等。特别是AI及大数据等应用主要基于来自IT领域的工具链进行开发部署。虽然OT通过大量借鉴IT技术，形成了以工控机为核心的嵌入式计算产品能力，但是其数据处理能力主要基于传统控制工程理论构建，对于新兴的AI及大数据业务没有过多涉及，从而导致这些新兴技术还无法在严苛的工业场景中得到充分的规模化应用。

· OT与CT的融合难点

（1）应用场景差异：为了应对不同工业Know-how的需求，OT产品往往呈现出高度垂直化及碎片化的特点。对于一个特定的Know-how需求往往需要一整套独立的端到端闭环方案来支持，而且这些不同方案之间往往不能直接复用，因此OT产品追求短小精悍与稳定。CT的通信业务往往考虑如何实现千万级乃至亿级用户的覆盖，工业场景下的业务体量则相对小得多。这种强烈的反差，导致传统CT产品在面对工业场景时，有杀鸡用牛刀的感觉。同样的，工业用户在将CT技术能力与现有OT技术结合时，也会感觉到传统CT产品对他们而言显得有些重，也有些贵。

（2）研发体系差异：工业场景通常具有高度碎片化的特点，且OT领域不同工艺环节之间的纵向壁垒十分明显，因此OT研发体系往往遵循“先有产品，后有标准”的模式推进产品研发。具体来说，OT产品通常由不同的系统设备厂商针对特定的工业场景需求开发。随着产品的不断丰富，厂商会综合不同场景中具备共性特点的产品功能推进标准化，在通用性与专用性上进行折衷融合。OPC UA及TSN就是其中的典型代表。CT研发体系则遵循“先有标准，再有产品”的模式开展产品研发。由于CT行业十分注重在大规模网络中实现不同厂商设备之间的互联互通，其产品往往具备强烈的通用性。因此在启动CT产品研发前，业界厂商必须首先制定统一的标准，再根据标准研发产品。对于客户超出标准定义范围的功能，厂商往往会收取高额的定制费用。上述研发体系上的差异性往往导致CT产品无法在经济性上满足OT产品的诸多定制化需求。

· 生态的融合

除了上述技术难点，OICT融合在跨行业生态融合上也面临难点。IT，CT及OT拥有不同的开发生态、销售生态及服务生态。例如，来自IT领域的AI需要面对不同的业务需求进行算法优化，而CT领域的5G系统也需要考虑针对不同场景需求进行终端适配。在OICT生态融合过程中，如何实现系统内各个玩家之间的“利益均衡”目前仍是一个开放的问题。一方面，OT玩家还缺乏对ICT方法、工具、能力的认知，而无法充分利用来自ICT的技术能力，从而导致OT玩家与ICT玩家之间对于各自利益价值的认识存在较大差异。另一方面，ICT玩家目前也缺少对OT现场的准确认识，常习惯性认为自身已有的工具方法可轻松复制到工业领域。由于这些巨大认知差异的存在，OICT在生态融合上注定不是一帆风顺的。

OICT融合的解决思路

针对上面讨论的OICT融合难点，笔者尝试性地给出一些解决思路，期望能够加快推进不同行业玩家之间的融合步伐。

· “白盒化”5G网络

CT领域正在借鉴来自IT领域的开源软件技术及硬件技术，研发开放白盒化的5G网络设备。但是这种设备形态上的白盒化还不足以满足OICT融合的需要。对于OT业务来说，5G网络设备必须能够支持OT工程师随时根据产线需要调整网络配置。例如，可实现分钟级的5G网络切片管控或者获取各个联网工业终端及相关设备的实时状态信息等。在工业场景中，OT需要的是能力开放化的5G“白盒”网络，至于设备形态是否白盒，其实并不是很重要。

能力开放化有以下两层含义。首先，5G网络能力可以面向特定的产线需求有针对性地进行能力开放，切实解决产线运行中的实际问题，并且能够随着产线的变化做出调整。其次，5G网络能力开放方式对于OT工程师来说必须是低门槛的。在实际操作过程中，OT工程师不需要深入了解5G网络的运行原理，不需要对产线设备做复杂的调整，只需通过低代码或者零代码的方式就可以快速调用网络能力。

为了支持5G网络能力以“白盒化”的方式向OT系统开放，可考虑基于边缘云构建云原生5G核心网。在云原生5G核心网中，5G核心网网元基于云环境构建，可充分利用和发挥云平台的弹性+分布式优势，其中包括一系列云计算技术和开发管理方法合集。例如，DevOps、持续交付、微服务(MicroServices)及敏捷基础设施(Agile Infrastructure)等。利用这些“云”特性，5G网络可针对特定工业场景需求，完成可扩展远端弹性部署，并支持按需使用服务、高可用、远程监控计费审计及标准化交付等。

· 组合式系统架构

组合式系统架构指的是在5G工业互联网平台中引入模块化设计。在面对实际业务场景时，可根据产线需求及合作厂商能力，通过搭积木的方式，实现不同厂商不同功能模块间的灵活组合。不同于传统“全家桶”式的5G工业互联网方案，组合式系统架构有助于发挥不同领域厂商的优势，并能很好地保护工业客户已有的软硬件投资。一方面，通过不同领域厂商的“强-强”合作，可以加快系统建设进度。另一方面，也能够减少新建系统对于工业客户的改造施工工作量。

5G工业互联网平台大致可分为如下部分：（1）5G网络系统，（2）边缘云/私有云系统，（3）工业软件系统，（4）工业硬件系统。其中5G网络系统来自CT厂商，边缘云/私有云系统来自IT厂商，工业软件系统来自OT厂商或者IT厂商，其中IT厂商主要提供AI及大数据类应用，工业硬件系统则主要由OT厂商提供。由于5G网络定义了严格的设备接入及业务数据处理流程，因此在组合式系统架构中，5G网络系统与其他系统的组合对接是最为复杂的。如果设计不当，可能引发对于其他系统的架构性变动，尤其是OT厂商提供的系统。这是因为OT系统通常是基于厂商定义的私有架构运行，并且可能已经在产线上稳定运行了一段时间，5G网络系统自身也基于一套严格标准体系构建，这就导致两套系统在组合对接时，可能存在大量的不兼容不适配问题。从保护工业客户利益的角度考虑，5G网络系统相对而言需要对OT系统进行更多的适配工作，而这通常要求5G网络系统供应商必须具备对于5G网络的基础底层认知能力。换言之，在工业场景中，5G网络系统供应商必须在保证5G网络设备互联互通且稳定运行的条件下，尽可能通过修改调整5G网络内部的运行机理来适应多样化的OT系统适配需求。

· 柔性化生态合作

柔性化生态合作指的是一种灵活可变的产业协作形态，它可以根据客户的个性化需求及产业合作伙伴的多样化能力，灵活调整不同合作方之间的能力界面，从而实现客户价值的最大化。柔性化生态合作的关键在于产业各方能够坚持“利益均衡”的原则推进合作。特别是对于具备OICT全栈技术能力的厂商，应在合作中敢于对自身的产品能力减法，使得其他合作厂商可以在系统中发挥各自最擅长的能力。例如，OT厂商对于工业场景的认识最为深刻，因此其在传统工业控制产品上的能力表现得最强。在实际项目过程中，即使OT厂商的体量相较于ICT厂商而言很小，从客户价值而言，也应考虑ICT产品更多地去适配OT产品。在云计算，AI及大数据领域，由于IT产品更为成熟，OT产品就需要调整自身产品形态，才能充分发挥上述IT形式的优势。在无线通信领域，CT产品的优势最为明显，对于OT产品而言，则更多需要考虑如何有效利用这些能力。