科学家闫晓峰用自主可控的新工业通信技术改变世界

核心提示：高端科技是现代的国之利器。只有把核心技术掌握在自己手中，才能真正掌握竞争和发展的主动权。时至今日，面对智能制造蓬勃兴起的巨大商机，美国正试图把新一代工业通信的重担放在其主导的TSN（时间敏感网络)肩上，希望在主导互联网通信标准后，继续主导智能制造的工业和控制通信标准。但恩易通公司董事长、首席科学家闫晓峰带领的科学团队在2020年研发出来的时间明晰网络TAN，在工业通信和控制技术上带来了世界级的突破性创新，推出的完全自主可控的、满足现代工业全部需求的下一代工业通信技术TAN。TAN解决了包含高可靠无线通信、纳秒级精准对时、任意复杂网络拓扑、赋能5G工业等十二项世界公认的通信底层难题，市场前景以万亿来计。6月23日，由恩易通公司牵头，中国电子技术标准化研究院、中国移动通信有限公司研究院主导的《时间明晰网络协议总体要求》通过了国家标准化管理委员会的专家论证后的公示，有望在未来的几个月内正式成为第一个工业通信的国家标准，进而向国际公认标准迈进。

名词解释：时间明晰网络（Time Aware Network）的定义：基于纳秒级高精度时钟同步，实现对网络精准控制和调度，具有组网智能化、传输确定性、多路径传输、网络高可靠等特点的下一代网络通信技术。

专家点评：“我们本来预计无法实现的技术参数，恩易通一下子做到了极致”。这是工作极其严谨的西门子专家组评语。过去，西门子行车的信号控制一直依赖于有线传输，与恩易通在宝钢试验前，西门子的专家认为无线的方案几乎不可能实现，但试验结果大大地超出了西门子和宝钢的预期和实际需求，高性能和可靠性得到一致的认可。

发明家语录：“世界用时间推衍，而人们选择了默认。清晰的时间让工业睁亮了双眼。”新工业通信技术科学家、时间明晰网络创始人闫晓峰。

在广州天河区珠江新城 CBD核心地段，有一座高530米的广州第一高楼周大福金融中心。在116层的顶楼咖啡厅见到恩易通技术发展公司董事长、首席科学家闫晓峰时，这位在光通信、EPON、GPON、工业自动化、工业互联网有精深理解和实践，拥有超过25年的研发经验的专家，正用那双睿智超前的眼睛俯瞰脚下那座曾经广州的最高楼。见到记者，他热情地伸出大而有力的右手。然后一边品咖啡，一边聊他的科技人生。他说话干练自信：“我们开发的时间明晰网络 TAN，与10亿分之一秒同步，专业术语就是纳秒级，已经站在了世界工业网络通信技术的最高峰，这种让工业睁开双眼的自主可控的新工业通信技术将改变世界。由我们牵头主导的《时间明晰网络协议总体要求》，6月23日刚通过国家标准化管理委员会专家审核通过制定第一个工业通信的国家标准，进而向成为国际公认标准而迈进。”

横空出世，纳秒级精确，改变世界工业进程的时间明晰网络

可能很多人不知道时间明晰网络（Time Aware Network）是什么东东，它的出现将怎样改变工业进程？市场规模为什么能达到万亿级别？对中国和世界发展将意味着什么？闫晓峰带领的团队是如何研发并取得成功的？

首先看看什么是时间明晰网络（Time Aware Network）？就是基于纳秒级高精度时钟同步，实现对网络精准控制和调度，具有组网智能化、传输确定性、多路径传输、网络高可靠等特点的下一代网络通信技术。

那纳秒级到底是什么级？纳秒ns（nanosecond），时间单位，一秒的十亿分之一，等于10的负9次方秒（1 ns = 10-9 s）。

光在真空中一纳秒仅传播0.3米，也就是说每秒30万公里的光速，在时间明晰网络面前，也只能跑0.3米，原形毕露，始终逃不过闫晓峰们的手掌心；现在个人电脑的微处理器速度惊人，但执行一道指令（如将两数相加）却仍需2至4纳秒，在时间明晰网络面前也是自渐形秽，慢了几拍；一种罕见的亚原子粒子K介子的存在时间为12纳秒，在我们的时空里是感觉不到它的存在，但在时间明晰网络里却可能大有作为。

那时间明晰网络又将怎样改革世界，如何为社会创造数以万亿计的财富呢？

也许我们从中国制造的龙头企业格力集团领导的安排下，恩易通公司董事长兼首席科学家闫晓峰与格力电器有关领导和顶尖智能化技术专家热烈交流讨论中窥见一斑。

“闫教授，在世界一家著名制造企业，全自动洗衣机生产线，每17至26秒生产一台洗衣机，为什么是17到26秒，而不是一个恒定的时间？”格力电器一位自动化生产专家问道。

“核心原因是现有的生产线只是实现了自动化，而非最优化。只有做到整体系统协同工作，才有可能优化系统，提高效率。现有生产线的通信都做不到与时间同步。”站在PPT前讲解他的科技成果的中年科学家闫晓峰从容以对。

“我们中国引以为豪的高铁，在制造动车时在车厢内部安置有几百万根电线，分别用于通信、广播、操作控制、安全系统、监控……为什么不用一张或最多两张网来尽量减少通信线缆的铺设？”另一位科技大咖步步紧逼。

“核心原因是现有的以太网的不确定性以及简单网络拓扑导致的网络健壮性较差造成的。”闫晓峰言简意赅，极其专业。

“2018年3月18日，美国UBER撞人案中，根据UBER提供的资料显示，这台自动驾驭车辆配备了1个车顶激光雷达，10个雷达和7个摄像头。雷达没看到的可能几乎为零。难道是智能计算出了问题，执行机构没有动作？”一位智能专家有理有据，逻辑缜密。

“根本原因很大概率在于网络传输‘丢数’了，核心原因在于现有以太网络的不确定性可能导致在通讯流量过大的情况下丢失数据。这就说明现有无人驾驶车的重大设计缺陷：传感器无采样时间，处理器收到数据后无法作时间上的处理，也无法判断数据的丢失。”闫晓峰一针见血。

“工业大数据的采集，数字孪生（DIGITAL TWINS），传统技术采用询问（POLL）的方式，询问密度太大导致系统‘畸变’，同时，采集的数据无精准时间标签，导致采集的数据成为‘垃圾’。”一位智能专家更是专业刁钻。

“核心原因：数字孪生的核心是数字镜像，其中包含的意义一是数据采集不能影响系统的正常工作；二是数据采集必须有精准的采集时间才能保证数据的时效性。所以，理想的采集是‘非接触’采集。”

闫晓峰一脸兴奋，一面播放PPT展示其通信科技，一面回答技术专家的提问：“我欢迎你们提出任何问题，越是专业、越是尖锐，我越喜欢解答。”

随着一问一答的进行，以中国制造闻名于世的格力电器的技术专家和参会的智能技术界的专家们，都纷纷被闫晓峰团队研发、并能够彻底解决任何工业现场所需要的基础通信需求，被闫晓峰称之为“时间明晰网络 TAN（Time Aware Network）”的技术所震撼，所深深折服。他们一致认为“时间明晰网络”全部满足了工业网络所需要的五个属性：确定性与非确定性融合、整体系统协同性、网络健壮性、网络可观察性、网络安全，同时衍生出三个层次的时间明晰技术需求：整个网络的时钟都是纳秒（10亿分之一秒）级别的同步，所有接入网络的设备可以从网络获取纳秒级的精准时钟，所有网络中的数据都具备纳秒级精确的时间属性。

恩易通与西门子在宝钢电炉厂进行了一场联合试验。过去，行车的信号控制一直依赖于有线传输，但网线随着行车一直移动，极大地影响了使用寿命；万一发生网线折损，需要工人在高温、高危的环境下进行维护修复。而无线的方案一直未被采纳，由于高温、电磁干扰强的生产环境，导致无线网络不稳定，引起安全模块通信异常故障报警，造成行车非正常停车，进而影响生产进度。试验前，西门子的专家认为无线的方案几乎不可能实现，因为必须达到可运行效果，安全模块通信设置的故障时间阈值放宽到1000ms，即使这样平均报警频率维持在1-2次/每3日。恩易通参与后，利用TAN的双路冗余机制，轻松使无线通信的丢包率极大地降低至0.55%；并将安全模块设置的故障时间阈值降低为600ms以下，且在长达三年的试验期内从未发生过任何通信故障报警。

试验结果大大地超出了西门子和宝钢的预期和实际需求，高性能和可靠性得到一致的认可，“我们本来预计无法实现的技术参数，恩易通一下子做到了极致”，西门子专家组评价道。

发现通信技术突破口，决心“无中生有”，掀起工业通信革命

1991年，曾经的山西理科状元闫晓峰从清华大学精密仪器系毕业，分配到中国电子科技集团公司第十一研究所（华北光电技术研究所）工作，从事军工项目的激光与红外技术研发，练就了一身过硬的专业技术本领。随后，闫晓峰到西门子(中国)有限公司工业通信部门继续从事研发工作。

1998年，因为专业技能的独特性，闫晓峰收到了美国朋友到硅谷创业的邀请。彼时“创业”在中国社会还是一个不常见的名词，闫晓峰最关心的问题是“创业要做什么事情”，得到的答复让他立马放弃了西门子稳定的工作奔赴美国——“做一件世界上不存在的事”。

闫晓峰参与创办的这家硅谷公司叫Avanex（艾维斯），专门研究开发下一代光学处理器，主要产品是高密度波长多工器滤光镜（DWDM thin filter）、Interleaver（升级旧的DWDM系统的装置）、Optical OADM（加入取出多工器）。这些产品主要的功能就是光纤的传送器、放大器、接收器。闫晓峰负责其中的光信号传输和解析的算法研发工作。

经过创业团队的努力，2000年Avanex登陆美国纳斯达克，市值一度达160亿美元。

闫晓峰作为公司研发副总裁，看到了华尔街资本运作、内部管理层勾心斗角的阴暗。他感觉当时让他下决心来美国的那束光逐渐黯淡，而祖国日新月异发展的光芒也深深地吸引着他。回国，报效祖国，成了他的实践追求。2005年，闫晓峰离开了参与创办7年的公司。

闫晓峰燃烧激情，投入火热的建设热潮。2008年，他创办了恩易通公司。但由于水土不服，公司前两年随波逐流，不温不火地承接光纤入户的技术工程。在闫晓峰看来，这都是没有技术含量、靠市场运作接活的工作。

幸好，迷茫期并没有让闫晓峰沉沦许久。他开始通过接到的项目工程观察整个通信行业的发展情况。2010年前后，智能手机的普及和3G、4G的应用，运营商得到国家的大力支持，整个通信行业欣欣向荣。然而闫晓峰并不感冒，当时他认为民用通信技术基于国际电信联盟组织制定的标准和规范，各家研发符合的技术和制定相应的标准。中国企业已从3G上的落后，到4G的齐头并进，但技术始终没有前瞻性和重大突破。

一次偶然的机会，他为一个规模较大的制造工厂设计庞大设备群间的信号收集和通信控制系统时发现，工业通信是一件极具挑战的事情，也是改变工业底层发展科技的一个突破口。因为长期地被西门子等国外老牌巨头企业垄断市场，工业通信依然使用落后民用很多年的技术与标准，导致通信性能极其低下。对于靠人手控制的企业，困扰没那么大，但是面向煤矿、化工、冶炼、军工等国家重大行业或高精尖科技企业，自动化控制的高性能和可靠性就显得极为重要。

闫晓峰决心无中生有，掀起工业通信的革命，实现工业通信的自主创新。

坚持不懈，勇往直前，开发出世界级工业通信网络技术

凭着多年技术研发的敏锐度，闫晓峰立即查阅了世界各大组织关于工业通信的文献，竟然发现没有任何统一的、系统的、精准的关于工业场景下通信协议的标准和规范。闫晓峰惊讶之余，一种久违的兴奋涌上心头，恩易通的发展方向逐渐明晰——“制定世界级的工业通信技术标准”。

2013年，德国在汉诺威工业博览会上提出了“工业4.0”的同一年，闫晓峰和他的恩易通公司决定要用未来的二十年研发制定出世界的工业通信标准。

时至今日，面对智能制造蓬勃兴起的巨大商机，美国正试图把新一代工业通信的重担放在其主导的TSN（时间敏感网络)肩上，并由总部注册在美国、以美国人为主导的IEEE（电气电子工程师学会）想方设法推进TSN的标准化体系建设。美国希望，TSN的标准化将使美国在主导互联网通信标准后，继续主导智能制造的工业和控制通信标准。

闫晓峰知道自己身负的重担，面临的艰难，但为了展示中国智慧，贡献中国方案，他义无反顾。他进入的工业通信领域，在世界上没有任何技术和规范可供参考，研发需要极大的金钱和时间投入，而且市场的发展程度不可预测，很容易就夭折。闫晓峰在恩易通股东会上这样说道，“我们即将投入的这件事，从0到1做世界没有的技术，中间过程肯定要曲折、漫长的，伴随随时夭折的极大不确定性，只要大家保持耐心和恒心，那做出来的肯定是如同互联网TCP/IP协议一样伟大的下一代通信技术。”

从此，闫晓峰和恩易通就投入／长达8年的技术研发期。风雨无阻、夜以继日、马不停蹄，发扬工匠精神，精益求精，刻苦攻关，追求卓越。他们博览群书、千百次实验、优化方案，终于成形，展示了闫晓峰和他团队的强大力量。

“要做就做最好，不鸣则已，一鸣惊人。”闫晓峰并不打算做一件平凡的事情。考虑到工业场景的复杂性，他制定的这个工业通信技术和产品必须能够彻底解决任何工业现场所需要的基础通信需求。以TCP/IP协议为基础的传统以太网，其传输机制是“尽力传”，而工业需要的是工业网络的确定性与非确定性的融合、整体系统的协同性、网络健壮性、网络的可观察性、网络安全，为此，整个网络的时钟都必须是纳秒（10亿分之一秒）级别的同步，所有接入网络的设备可以从网络获取纳秒级的精准时钟，所有网络中的数据都具备纳秒级精确的时间属性。能实现以上功能的技术，闫晓峰称之为“时间明晰网络 TAN（Time Aware Network）”技术。

设计好明确的技术框架后，恩易通公司便开展逐项技术特性的攻破。每一项技术特性的攻克都带来极大的困难。由于没有先例，闫晓峰团队凭借自身对工业的理解制定技术方案，然后一边开发、一边在公司的实验室中进行模拟验证，发现问题及时调整和优化，有时甚至推翻原技术方案重新拟定。曾经某项技术特性长达1年半没有任何实质进展，闫晓峰对纯粹技术的渴望和追求使他咬牙带领团队坚持了下来。如今，虽然TAN技术已经在国内外多个龙头企业中运用，但是闫晓峰认为，商业和市场上的成功，签约合同或项目落地一刻的喜悦，根本比不上在实验室测试成功验证一项技术特性、整个研发团队欢喜雀跃互相击掌拥抱的兴奋。

就这样反复改进、反复优化，2020年以清华大学学者为骨干的恩易通公司终于在工业通信和控制技术上有了世界级的突破性创新，推出了完全自主可控的、满足现代工业全部需求的下一代工业通信技术TAN。TAN的诞生，解决了包含高可靠无线通信、纳秒级精准对时、任意复杂网络拓扑、赋能5G工业等十二项世界公认的通信底层难题。

从0到1贡献中国方案，向世界级工业通信技术标准迈进

闫晓峰的创业伙伴们，谈到闫晓峰的做人做事，也是一脸的佩服：“你别看他率真、朴素、自然，实际上他的实力隐藏很深，但又表现得云淡风清。”

他的清华同学仍然清楚的记得：一年冬天，闫总从北京去差到南方，一下飞机就直奔清华某研究院。研究院的同事下班后正打乒乓球，看到闫晓峰过来，就要跟他打一局。闫晓峰放下背上的行李，厚厚衣服也没脱就上场了。都是清华生，多才多艺。对手水平不错，闫晓峰都是每局赢2-3球，才艰难取胜。当时一位学长是乒乓球冠军，一定要跟闫晓峰过过招，享受一下大胜的快感。闫晓峰毫不畏惧，脱下毛衣，马上开打。学长感到奇怪：每局也好不容易才赢比他球技差不止一个档次部下的闫晓峰，而自己却连一个球也赢不了。这就是闫晓峰，深不可测，实力不凡，遇强更强。

高端科技是现代的国之利器。在国际上，没有核心技术的优势就没有政治上的强势。科技创新作为保障国家安全的战略支撑，必须摆在国家安全发展的核心位置。只有把核心技术掌握在自己手中，才能真正掌握竞争和发展的主动权，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。

创新永无止境，闫晓峰依托下一代工业通信技术TAN，恩易通衍生出一系列的工业产品，包括交换芯片、交换模块、工业交换机、TAN无线多路径优化系统等，并且立马得到西门子、海尔在内的知名企业采用，首先应用在矿井、冶金等涉及重大安全生产需求、要求苛刻的行业。

TAN技术的应用，使原来不可以解决的工业问题，得以解决；也使原来不敢想象的工业需求，得到实现的可能性。

进行市场推广的2年多时间内，TAN技术已经应用到冶金、矿山、交通、电力、军工、智能制造等行业10余家企业37个项目中。经过中冶赛迪、中船重工、航天一院、625所、中车纵横机电、德隆钢厂、海尔、京东方等多家企业多形式组网实用，性能和安全表现优异。并且得到了清华大学精密仪器系、深圳清华大学研究院、清华大学海峡研究院、四川大学工业互联网研究中心、广东省工业互联网研究院、广东省科学院佛山产业研究院等多家知名科研机构的关注和合作。

闫晓峰告诉记者：“工业互联网对我国经济发展的重要性不言而喻，但构成工业互联网的底层通信技术的自主可控性，不单单是技术或经济层面的问题，更关键的是国家安全的战略性问题。”

虽然我国如今已建成了世界上体系最全、品类最齐全的工业体系，但我国目前工业基础通信基本上依然是被国外技术所垄断。一旦出现技术封锁、标准封锁、网络攻击等问题，将可能导致中国的全国工业停滞不前，其后果十分严重。因此，由西方工业强国发起并推荐的工业网络通信技术，并不是我国自主可控的最优选择。

更重要的是，TAN技术的意义不仅仅在工业通信和控制上，更能够使中国工控界彻底摆脱对西方工控设备的严重依赖，诸如对PLC的依赖，使得工控彻底实现“软件定义工业网络”，打破了西方工业巨头对中国工控的垄断，可以确保中国工业网络安全。

中国航空工业制造技术研究院副院长肖世宏嘉许不已：“TAN时间明晰网络技术，能够构建实时性好、可靠性和安全性强的有线与无线网络，是构建智慧工厂、智能车间和智能制造系统的关键技术之一，同时也是研制高端制造装备核心控制系统的关键技术，为解决国家高端工业母机自主研制提供支撑，在航空航天、机械制造、石油化工等领域有着广泛的应用前景。”

2022年6月23日，在闫晓峰的带领下，由恩易通公司牵头，中国电子技术标准化研究院、中国移动通信有限公司研究院主导的《时间明晰网络协议总体要求》通过了国家标准计划的专家论证后的公示，有望在未来的几个月内正式成为第一个工业通信的国家标准。这是闫晓峰和恩易通公司实现梦想的第一步，紧接着也会第二步、第三步，直到成为国际公认标准。

闫晓峰，世界新工业通信技术的引领者、瞭望人和风向标。