工业互联网体系结构及关键技术研究

The fourth industrial revolution has been unveiled with the rapid development of Internet of Things (IoT), Cloud Computing and Big Data. Industrial Internet, as a highly cooperative and intelligence-sharing global network that connects objects, environment and humans in smart production, is the core of this revolution. However, most of current research works in Industrial Internet are restricted to IoT, Cloud Computing or Big Data, respectively. Industrial Internet, at its very primary stage of sensing, connection and knowledge, still lacks a typical architecture and key technologies that could meet the evolving requirements of networked smart production: more complex objects to be sensed, more diversification of entities to be connected and more production data to be processed. This project considers the characteristics of smart industry and demonstrates that smart production, as the core of smart industry, should be supported by Industrial Internet with its solid network connection and end-to-end data flow provided. This project thus proposes a breakthrough innovation in the architecture and key technologies of Industrial Internet for boosting its performance of smart sensing, effective connection and fast knowledge. Consequently, the complete period of industrial big data collection, transmission and application becomes more effective and smooth. As supported by theoretic and technical results gained from this project, Industrial Internet thus can be implemented with an effective combination of sensing, transmission, connection and computation. Research outcomes from this project will also promote the fuse of Internet and industry and boost the development of networked smart industry.

随着物联网、云计算和大数据等技术的发展，人类正迈入第四次工业革命时代。工业互联网作为生产过程中联网对象、外部环境以及生产人员之间高度协同和共享智能的全球性网络，是实现这场革命的核心。然而目前对工业互联网的研究大多局限在物联网、云计算和大数据等各自辖域，尚处于“感、联、知”的初级阶段，缺乏契合网络化智能生产特点的工业互联网体系结构及关键技术，无法应对其中感知对象更加复杂、联网实体更加多元、数据处理更加快速等需求。为此，本项目针对网络化智能生产的特点，以生产实体智能化为核心、网络互联为支撑、端到端数据流为基础，对工业互联网体系结构及关键技术展开研究并进行突破创新，显著提升其“智感”、“效联”、“迅知”三大能力，使得整个工业大数据的获取、传输和应用过程更加高效，为构建传感相合、联通相称、传算相谐的工业互联网提供理论依据和技术支撑，对实现我国工业数字化、网络化、智能化发展具有重要意义。

工业互联网是互联网和物联网、云计算、大数据等新一代信息技术与工业系统全方位深度融合所形成的产业和应用生态，是工业数字化、网络化、智能化发展的关键信息基础设施，被广泛认为是新一轮工业革命的重要基石。本项目针对当前工业互联网三大核心环节“感、联、知”面临的“智能化设备传感不相合、泛在化网络联通不相称、网络化数据传算不相谐”等亟待解决的问题和挑战，重点研究了一个体系结构、三大关键技术，并构建了一个应用验证平台，为实现“传感相合、联通相称、传算相谐”的工业互联网提供了理论支撑和平台保障。具体地，在体系结构方面，项目组提出了工业互联网新型体系结构模型BASIC2，全面涵盖了智能生产所涉及的主要流程和相关实体，可作为一个基本的参考模型；在关键技术方面，项目组研究实现了面向工业生产环境的非传感器感知技术、面向大规模异构工业生产实体的高效互联技术，以及面向网络化工业大数据的动态传算技术在内的工业互联网核心关键技术，全面提升了工业互联网的“智感”、“效联”和“迅知”的能力，为更加有效地控制高度智能化、柔性化的自组织工业生产模式提供技术支撑和保证；在验证平台方面，项目组基于上述理论成果，设计实现了基于“智感、效联、迅知”的工业互联网智能云端协作平台，研发了南钢智能云排产系统，并在平台上进行了应用示范，取得了良好的经济和社会效益，有效验证了本项目的相关理论研究成果。在五年执行期内，项目组在包括ToN、JSAC、TMC、NSDI、CHI、INFOCOM、中国科学等计算机领域国内外顶级期刊和会议上发表高质量论文110篇（其中CCF推荐A/B类论文共44篇），出版专著1部，申请国家发明专利28项（其中授权14项），牵头制定团体标准1项，提交ITU-T国际标准（送审稿）2项，毕业博士研究生19人、硕士研究生45人，培养了一批工业互联网领域高层次中青年人才，有力推动了工业互联网相关领域的技术发展，圆满完成了预期目标。