中国工程院院士邬贺铨：数实融合，网络技术创新的新赛道

文章编号：377 / 更新时间：2023-12-24 16:23:50 / 浏览：次

以下为邬贺铨演讲的核心内容：

机器发明开启了以机械化为代表的第一次工业革命，电的发明开启了以电气化为代表的第二次工业革命。从互联网商用开始，我们迎来以信息化为代表的第三次工业革命。前两次工业革命持续100年，以信息化为代表的第三次工业革命也将持续到本世纪末。

中国在没有完全走完工业化、城镇化、农业现代化的背景下，迎来了信息化。现在，信息化发展处于最好的历史机遇期。无论是从农业经济到工业经济的第一次工业革命，还是第二次工业革命，都是从面向产业应用开始的，至今还服务于实体经济以信息化为代表的第三次工业革命，也是从面向消费应用开始的。Web3.0、元宇宙、ChatGPT等当下热门技术也是从消费应用入手。

“发展数字经济是把握新一轮科技革命和产业变革新机遇的战略选择”。数字技术和实体经济的融合是第三次工业革命的核心，也是新经济的内涵。当然，数实融合之路面临很多挑战，但这条新赛道是网络技术以及产业发展的新机遇。在推动产业数字化的同时，也将激励数字产业化的创新，并开拓更大的发展空间。

数实融合对网络技术的新要求

从消费领域到产业领域，网络性能的要求有很多不同。以5G技术为例，在消费产业中肯定是下行超宽带更好，但在企业、行业应用领域中，可能需要采用一些新技术来改进5G上行能力。5G技术的主要特征是空口低时延，但在行业应用中低时延的要求不仅仅限于空口，更需要端到端全面落地实验。比如，车联网就要求毫秒级的时延，需要网络扁平化、终端直接通信，以及基站集成核心网的部分功能。

今年，5G技术有希望实现0.3米的精度。5G技术利用多基站可以实现室外定位，并做到了现在卫星导航做不到的室内定位。但对于行业应用，这种精度还不够，需要厘米级精度、毫秒级时延。在单机情况下，需要通过多个AP点，定位参考信号等方式来支持多基站的真定位。

5G技术具有高可靠性。因为多基站布局，一个终端可以同时收到三个基站的信号，任何一个基站终端也不影响通信。企业应用当然要求高可靠、高安全，甚至希望免运维。但在企业应用场景下，可能只有单机。在单机站场景下，只能通过多信道冗余保持永远在线保证可靠性。

5G技术可以实现大连接，但在行业应用中连接密度比消费应用高百倍甚至千倍，需要新技术，包括终端之间的直接接力传输，以适应低功耗物联网通信。

另外，行业应用对网络确定性有很高要求。比如工业或车联网应用，要求通信时延低、抖动低需要通过第二层和第三层的技术来协同保证。

产业数字化新挑战之一：矿山

有些实体行业对通信系统有特殊要求。例如矿山，可以将5G信号引入矿井，在井下掘进工作面布置设备和控制接口，通过遥控监测井下人员和设备状况，并遥控挖掘机，在地面上控制可以有效保障矿井安全，提高生产效率。但5G在井下也遇到挑战，比如井下生产环境条件差，充满高温粉尘、高湿有毒气体，高海拔环境安全风险高，还要采取措施防爆。这就限制了5G设备发射功率，对散热也不利。

目前，5G地面网络应用、标准以及模型都比较稳定完善，但在井下缺乏标准化无线传输模型，加上井道起伏、分支弯曲倾斜断面、表面粗糙等，都影响无线传输。井下还有金属支护，粉尘潮湿都不利于无线传输。井下5G天线位置也受限，放在中间可以传得远，但是井道上会有矿工、行进机械，只能把天线放在井道顶部侧面。在中条件下，5G赖以发展的优势，如大规模天线等优势都难发挥作用了。

在井下，5G信号可以传几百米，但实际上坑道弯弯曲曲，很难直线传输。这就需要更多的AP点，或者要通过电缆才能满足工作面需要。因为坑道曲折，每个基站能覆盖的范围有限。基站更多，成本就提高了。井下没法用卫星导航，5G多基站定位的方式也因为单基站很难利用。从地面通信系统搬到了井下，遇到很大挑战。

以矿山为例，我们能够发现数字技术的行业应用会面临的不少痛点。每个矿山并不相同，个性化明显，建设方式多样、缺乏标准，很难做到规模化。井下苛刻的无线传输环境，让5G技术的常规性能打折扣。5G技术的大规模天线、网络切片等在井下难有用武之地。目前，5G技术很难满足矿山对高带宽、高可靠、低时延和确定性的要求。

为了井下传输，可以采用特殊频段，相当于为井下专门开发这些频段的5G基站和终端，还要检查防爆。这种基站的定制化大大提升了成本。同时，由于5G基站的位置会随着井下掘进速度向前移动，会带来一些服务安装的难题。

矿山建5G网络，可采取企业自建形式，或向运营商租用。但在井下，即便企业只使用了5G网络的一小部分容量，也无法把多余的容量分享给其他企业。在运营维护方面，矿山的5G设施很难让专业人员运维，矿山的技术人员也难以适应运维的要求，这也要求5G设施的运维尽可能简单化。

产业数字化新挑战之二：公路操作系统

公路操作系统需要支持路口、路段、隧道服务区、收费站、枢纽场等关键物理场景，控制传感器、通信终端、汽车、路边设施等。但目前国内公路系统机电装备标准繁杂、协议不统一，各类信息系统需要联通，给系统建设带来难题。

首先，公路操作系统要求可控性。通常的桌面操作系统、手机操作系统的终端比较统一、标准化。同时，桌面手机通用操作系统复杂且耗电；工业上的PLC为代表的嵌入式操作系统则过于简单、标准化、碎片化，兼容性较差。目前，并没有很合适的公路操作系统。另外，桌面系统、PLC系统等都来自国外，很难自主可控。

第二，公路操作系统要求高伸缩性，需要使用微内核架构，也就是内核只保持基本功能，其他正常功能可以用开放的方式附加上去。当然，要适应低能耗去适应工作环境的各种不同要求。

第三，公路操作系统要求高可靠性。行业应用操作系统相比消费应用，对可靠性、安全性、时延都有更严格的要求。要用微内核的方式跟用户的服务进行安全隔离。要做到终端之间能够互通，但又要不影响操作系统的总体安全性。

随着数据中心流量成为网络的主要负载，网络应用走向云化。我国云服务也从消费者侧的公有云，发展到上云办公和企业侧的私有云。跟消费应用相比，产业云服务要求高质量高稳定，同时要求业务开放性和服务灵活性、架构可扩展性，虚拟化架构是优先选择，但传统虚拟化架构所依赖的软件加速效率已到瓶颈。

产业数据化与数据安全

现阶段，垂直行业和基础设施的发展对数据安全压力越来越大。我们可以尝试通过IPV6提升数据安全能力。IPV6技术下的扩展地址字段可以来定义IP包的业务属性，比如用户的ID、APP的ID、服务质量等级、承载的业务、对信道带宽资源抖动及丢包率的要求。这叫应用感知网。

也就是说，网络可以从这个IP包地址字段，直观地了解IP流业务对网络信道的要求，可以有针对性地提供信道和QS服务，进一步在地址字段里定义数据属性，确定什么数据更加敏感，让网络区别这个数据，提供分流敏感数据的服务。

另外，基于IPV6的数据流检测，可以在传输中实时反映信道里所经历的时延、抖动和丢包率，并且更重要的是可以实现路径溯源。

传统的互联网只有源地址、目的、地址，中间互联网IP包即便是同一个业务，也可能走不同的路由，是逐个路由器来选择的，即路径不确定。现在，通过数据流检测，可以还原IP包走过的路径，可以支撑跨境数据流动管理。利用5G技术，我们可以更进一步的保障敏感数据不出企业。

当然，随着企业数据加密应用的常态化趋势，过去直接窃取数据来买卖的现象会减少。因为即便恶意入侵，获取了数据也打不开。但现在反过来，通过加内锁软件锁死数据，使得企业生产线瘫痪，从而收取赎金。这种风险越来越大，网络安全跟数据安全的备份更为关键。这些在消费应用的时候可能并不显著，而在产业应用上越来越值得重视。