2021年工业光网白皮书.pdf

工 业 光 网 白 皮 书（ 2021 年 ）工 业 互 联 网 产 业 联 盟 （ AII） 2021 年 4 月 声 明本 报 告 所 载 的 材 料 和 信 息 ， 包 括 但 不 限 于 文 本 、 图 片 、数 据 、 观 点 、 建 议 ， 不 构 成 法 律 建 议 ， 也 不 应 替 代 律 师 意见 。 本 报 告 所 有 材 料 或 内 容 的 知 识 产 权 归 工 业 互 联 网 产 业联 盟 所 有 （ 注 明 是 引 自 其 他 方 的 内 容 除 外 ） ， 并 受 法 律 保 护 。如 需 转 载 ， 需 联 系 本 联 盟 并 获 得 授 权 许 可 。 未 经 授 权 许 可 ，任 何 人 不 得 将 报 告 的 全 部 或 部 分 内 容 以 发 布 、 转 载 、 汇 编 、转 让 、 出 售 等 方 式 使 用 ， 不 得 将 报 告 的 全 部 或 部 分 内 容 通过 网 络 方 式 传 播 ， 不 得 在 任 何 公 开 场 合 使 用 报 告 内 相 关 描述 及 相 关 数 据 图 表 。 违 反 上 述 声 明 者 ， 本 联 盟 将 追 究 其 相 关 法 律 责 任 。 工 业 互 联 网 产 业 联 盟联 系 电 话 ： 010-62305887邮 箱 ： 前 言工 业 互 联 网 作 为 我 国 新 基 建 的 国 家 战 略 肩 负 着 产 业 升 级 和 提 高高 端 设 备 制 造 生 产 能 力 的 重 大 发 展 使 命 。 我 国 的 工 业 企 业 前 期 发 展主 要 聚 焦 在 工 业 生 产 自 动 化 和 管 理 信 息 化 上 。 随 着 工 业 互 联 网 技 术的 发 展 ， 越 来 越 多 的 工 业 企 业 希 望 以 工 业 互 联 网 为 抓 手 提 高 生 产 效率 、 良 率 ， 以 及 实 现 生 产 管 理 智 能 化 。 在 众 多 的 工 业 互 联 网 技 术 中 ，工 业 光 网 凭 借 其 高 效 、 灵 活 、 易 管 控 等 网 络 特 点 使 其 作 为 工 业 互 联网 中 有 线 网 络 的 一 种 部 署 方 案 涌 现 出 来 。工 业 光 网 采 用 光 通 信 技 术 互 联 工 业 企 业 生 产 要 素 ， 以 光 纤 作 为传 输 媒 质 ， 使 网 络 具 有 高 带 宽 、 低 时 延 、 低 损 耗 、 抗 干 扰 等 特 点 ， 可 满 足 企 业 在 智 能 制 造 的 生 产 及 管 理 过 程 中 对 网 络 性 能 提 出 的 要 求 。我 国 作 为 全 球 最 大 的 全 光 基 础 网 络 部 署 国 ， 光 产 业 蓬 勃 发 展 ， 可 以提 供 面 向 不 同 工 业 场 景 下 光 互 联 的 整 体 解 决 方 案 。 本 文 档 对 工 业 光网 的 概 念 、 架 构 、 应 用 范 围 及 行 业 部 署 场 景 等 多 个 方 面 进 行 了 阐 述 。本 文 档 由 中 国 信 息 通 信 研 究 院 牵 头 ， 工 业 互 联 网 产 业 联 盟 多 家成 员 单 位 参 加 编 写 完 成 。 主 要 参 与 单 位 有 ： 华 为 技 术 有 限 公 司 、 中国 电 信 集 团 有 限 公 司 。牵 头 编 写 单 位 ： 中 国 信 息 通 信 研 究 院参 与 编 写 单 位 ： 华 为 技 术 有 限 公 司 、 中 国 电 信 集 团 有 限 公 司编 写 组 成 员 （ 排 名 不 分 先 后 ） ： 中 国 信 息 通 信 研 究 院 ： 曹 小 波 、 刘 谦 、 张 恒 升 、 汤 瑞华 为 技 术 有 限 公 司 ： 李 汉 国 ， 张 彦 兵 ， 罗 秋 雁 ， 程 雨 ， 黄 琨中 国 电 信 集 团 有 限 公 司 ： 孙 慧 、 金 嘉 亮 、 蒋 铭 目 录一 、 工 业 光 网 概 述 .1（ 一 ） 工 业 光 网 的 建 设 背 景 .1（ 二 ） 工 业 光 网 的 概 念 .4（ 三 ） 工 业 光 网 的 总 体 架 构 .6二 、 工 业 光 网 的 应 用 范 围 和 行 业 部 署 场 景 . 8（ 一 ） 工 业 光 网 的 应 用 范 围 .8（ 二 ） 工 业 光 网 的 行 业 应 用 场 景 .11三 、 工 业 光 网 的 典 型 技 术 .27 （ 一 ） 工 业 OTN.27（ 二 ） 工 业 PON. 30（ 三 ） 工 业 光 总 线 .35（ 四 ） 其 他 .39四 、 工 业 光 网 的 建 设 建 议 .43（ 一 ） 建 设 目 标 .43（ 二 ） 建 设 原 则 .44（ 三 ） 建 设 思 路 .44五 、 工 业 光 网 的 发 展 趋 势 .45附 录 ： 现 场 勘 查 .47 1 一 、 工 业 光 网 概 述（ 一 ） 工 业 光 网 的 建 设 背 景2015-2016 年 国 务 院 相 继 发 布 了 关 于 积 极 推 进 “互 联 网 +”行 动的 指 导 意 见 和 关 于 深 化 制 造 业 与 互 联 网 融 合 发 展 的 指 导 意 见 ，首 先 提 出 推 动 互 联 网 与 制 造 业 融 合 ， 提 升 制 造 业 数 字 化 、 网 络 化 、智 能 化 水 平 ， 加 强 产 业 链 协 作 ， 发 展 基 于 互 联 网 的 协 同 制 造 新 模 式 。2017 年 11 月 ， 国 务 院 印 发 了 关 于 深 化 “ 互 联 网 +先 进 制 造 业 ” 发展 工 业 互 联 网 的 指 导 意 见 ， 将 工 业 互 联 网 上 升 为 我 国 “制 造 强 国 ”的 国 家 战 略 ， 意 见 指 出 应 增 强 工 业 互 联 网 产 业 供 给 能 力 ， 持 续 提 升 我 国 工 业 互 联 网 发 展 水 平 ， 以 推 动 现 代 化 经 济 体 系 建 设 。 2019年 的 全 国 两 会 上 ， “工 业 互 联 网 ”成 为 “热 词 ”写 入 2019 年 国 务 院 政府 工 作 报 告 。 在 2020 年 的 政 府 工 作 报 告 中 ， 工 业 互 联 网 成 为 我 国新 基 建 （ 新 型 基 础 设 施 建 设 ） 的 核 心 战 略 ， 肩 负 着 产 业 升 级 和 企 业转 型 高 端 设 备 制 造 生 产 能 力 的 重 大 发 展 使 命 。工 业 互 联 网 作 为 实 体 经 济 数 字 化 转 型 的 关 键 支 撑 ， 网 络 属 性 是其 中 重 要 的 组 成 部 分 ， 是 工 业 互 联 网 的 基 础 底 座 。 它 实 现 了 生 产 要素 之 间 的 数 据 传 输 和 传 输 信 息 间 的 数 据 理 解 。 在 实 际 应 用 中 可 通 过有 线 、 无 线 方 式 实 现 工 业 互 联 网 体 系 相 关 的 人 机 物 料 法 环 以 及 企 业上 下 游 、 智 能 产 品 、 用 户 等 全 要 素 连 接 ， 实 现 端 到 端 数 据 传 输 ， 并 通 过 数 据 和 信 息 在 各 要 素 、 系 统 间 的 无 缝 传 递 ， 使 得 异 构 系 统 在 数据 层 面 能 相 互 “ 理 解 ” ， 从 而 实 现 数 据 互 操 作 与 信 息 集 成 的 能 力 。优 质 的 网 络 属 性 是 工 业 企 业 实 现 生 产 自 动 化 和 管 理 信 息 化 的 坚 实 基础 。 2 在 我 国 ， 工 业 企 业 前 期 发 展 主 要 聚 焦 在 生 产 自 动 化 。 企 业 整 体的 信 息 化 建 设 起 步 较 晚 ， 工 厂 内 部 网 络 并 未 能 有 效 、 按 需 连 接 和 管理 全 部 的 生 产 要 素 。 企 业 的 不 同 生 产 网 间 ， 企 业 与 第 三 方 平 台 之 间也 并 未 做 到 充 分 的 互 联 互 通 。 工 业 网 络 具 有 很 大 的 改 造 与 发 展 空 间 ，其 中 包 括 ： 网 络 中 存 在 信 息 孤 岛 ： 企 业 在 部 署 工 业 网 络 时 ， 前 期 主 要 聚焦 于 生 产 环 节 ， 而 信 息 化 、 数 字 化 建 设 起 步 较 晚 ， 导 致 生 产管 理 网 络 未 能 覆 盖 必 要 的 生 产 要 素 ， 部 分 生 产 网 内 仍 然 存 在信 息 孤 岛 ， 无 法 实 现 按 需 的 生 产 数 据 跨 系 统 互 通 和 融 合 分 析 ； 工 业 网 络 设 备 国 产 化 率 不 足 ： 随 着 国 际 关 系 的 复 杂 ， 传 统 非国 产 化 工 业 网 络 设 备 的 使 用 限 制 开 始 显 现 ， 同 时 针 对 工 业 企业 的 网 络 攻 击 也 频 繁 出 现 。 传 统 工 业 网 络 设 备 的 国 产 化 率 不高 ， 无 法 做 到 自 主 可 控 ， 具 有 企 业 信 息 泄 露 的 安 全 性 风 险 ； 工 业 网 络 协 议 标 准 不 统 一 ， 不 开 放 ： 目 前 工 业 现 场 总 线 和工 业 以 太 网 的 种 类 繁 多 ， 协 议 互 不 兼 容 ， 工 业 领 域 缺 乏 一 套能 够 兼 容 、 转 换 多 种 协 议 和 数 据 建 模 分 析 的 综 合 性 解 决 方 案 ，传 统 工 业 设 备 的 自 动 化 信 息 化 改 造 成 本 较 高 ； 传 统 设 备 组 网 结 构 不 灵 活 ： 随 着 多 元 化 的 生 产 需 求 的 出 现 ， 工 业 网 络 要 求 生 产 设 备 能 够 接 入 网 络 ， 新 增 设 备 节 点 可 以 随时 加 入 网 络 但 不 影 响 网 络 中 其 他 设 备 的 运 行 。 管 理 方 面 ， 用于 生 产 设 备 可 按 需 划 分 在 不 同 生 产 域 进 行 管 理 。 在 不 同 生 产网 间 ， 企 业 与 第 三 方 平 台 之 间 也 会 根 据 管 理 协 同 的 要 求 进 行 3 网 络 的 联 通 。 相 比 之 下 传 统 的 工 业 网 络 缺 乏 灵 活 扩 展 的 能 力 ，且 不 同 厂 家 设 备 间 的 壁 垒 依 旧 存 在 ； 复 杂 工 业 场 景 下 网 络 部 署 难 ： 工 业 应 用 场 景 复 杂 多 样 ， 部 分场 景 的 工 业 现 场 设 备 所 处 环 境 差 ， 干 扰 大 ， 部 署 端 到 端 网 络进 行 成 产 管 理 和 控 制 的 难 度 较 大 。工 业 互 联 网 产 业 联 盟 已 经 发 布 了 工 业 互 联 网 体 系 架 构 （ 版 本2.0） ， 其 中 明 确 工 业 互 联 网 的 部 署 将 为 传 统 工 业 网 络 带 来 融 合 、开 放 、 灵 活 的 特 点 ， 未 来 的 工 业 网 络 将 向 着 以 下 的 方 向 发 展 ： 网 络 架 构 逐 步 融 合 ： 网 络 结 构 扁 平 化 ， 实 现 IT网 络 与 OT 网 络 的 逐 步 融 合 。 此 外 高 实 时 控 制 信 息 与 非 实 时 过 程 数 据 可 共网 传 输 ； 网 络 更 加 开 放 ： 新 型 网 络 技 术 将 实 现 网 络 各 层 协 议 间 的 解 耦 ，推 动 工 业 互 联 网 网 络 技 术 的 开 放 。 生 产 全 流 程 的 数 据 将 换 为统 一 的 协 议 格 式 通 过 API接 口 开 放 给 上 层 工 业 应 用 使 用 ； 网 络 控 制 和 管 理 更 为 灵 活 友 好 ： 网 络 形 态 灵 活 。 支 持 根 据 业务 灵 活 的 进 行 网 络 调 整 ， 快 速 构 建 出 生 产 环 境 。 此 外 网 络 管理 应 具 有 友 好 的 可 视 化 界 面 ； 网 络 设 备 自 主 可 控 ： 网 络 设 备 具 有 一 定 的 国 产 化 基 础 ， 可 按 需 为 企 业 提 供 自 主 可 控 的 管 理 能 力 ； 网 络 安 全 可 靠 ： 采 用 新 型 工 业 互 联 网 技 术 部 署 的 工 业 网 络 应保 证 在 不 同 应 用 场 景 下 安 全 可 靠 的 运 行 。 此 外 网 络 还 具 备 保护 和 自 愈 能 力 。 4 在 工 业 互 联 网 的 众 多 网 络 技 术 类 型 中 ， 工 业 光 网 凭 借 其 高 效 、灵 活 、 易 管 控 等 网 络 特 点 使 其 作 为 有 线 网 络 的 一 种 部 署 形 式 涌 现 出来 。 工 业 光 网 采 用 的 光 网 络 技 术 已 在 公 众 电 信 网 络 中 取 得 了 广 泛 的应 用 ， 具 有 深 厚 的 实 践 基 础 。 在 工 业 场 景 下 ， 工 业 企 业 可 以 通 过 部署 一 张 工 业 光 网 连 接 工 业 生 产 、 环 境 监 控 与 信 息 管 理 网 络 ， 降 低 了网 络 部 署 的 层 级 和 复 杂 性 ， 为 企 业 提 供 了 高 效 、 可 靠 的 网 络 连 接 和数 据 互 通 能 力 。（ 二 ） 工 业 光 网 的 概 念 1.什 么 是 光 网 络光 网 络 （ Optical Network） 通 常 是 指 采 用 光 纤 作 为 主 要 传 输 介质 的 广 域 网 、 城 域 网 或 者 局 域 网 。 光 网 络 技 术 不 仅 仅 表 示 将 数 据 简单 的 通 过 光 纤 进 行 传 输 ， 而 是 指 在 光 纤 这 个 基 础 的 传 输 媒 质 上 ， 利用 先 进 的 光 电 控 制 技 术 实 现 多 节 点 网 络 互 联 和 灵 活 调 度 ， 以 使 得 网络 具 有 天 然 的 高 带 宽 、 低 时 延 、 低 损 耗 、 易 运 维 、 抗 干 扰 的 传 输 特点 的 网 络 技 术 。光 网 络 已 经 经 历 了 多 代 的 发 展 ， 不 仅 实 现 了 全 球 光 网 络 技 术 标准 、 光 接 口 的 统 一 ， 还 定 义 了 对 光 信 号 质 量 监 控 、 故 障 定 位 和 配 置等 重 要 的 网 络 管 理 功 能 。 2020 年 2 月 ， 国 际 组 织 ETSI 正 式 成 立 了 第 五 代 固 定 网 络 （ F5G） 工 作 组 ， 研 究 新 一 代 光 网 络 ， 即 全 光 网 络 的建 设 。 全 光 网 的 发 展 目 标 是 通 过 将 光 纤 技 术 全 面 应 用 于 各 种 场 景 ，将 我 们 熟 知 的 “光 纤 到 家 ”推 进 到 “光 联 万 物 ”。 未 来 ， 光 网 络 将 向 从 全光 联 接 （ FFC） 、 增 强 型 固 定 宽 带 （ eFBB） 、 可 保 障 的 稳 定 体 验 5 （ GRE） 三 个 维 度 演 进 和 发 展 ， 近 年 来 通 信 业 界 高 频 率 出 现 的 千 兆 光纤 网 络 所 覆 盖 的 关 键 领 域 ， 也 正 是 全 光 网 络 所 覆 盖 的 关 键 领 域 。2.工 业 网 络 与 光 网 络 结 合中 国 工 业 制 造 业 经 过 近 几 十 年 的 飞 速 发 展 ， 规 模 已 经 跃 居 世 界第 一 ， 目 前 正 处 在 转 型 的 攻 坚 阶 段 ， 以 完 成 量 到 质 的 转 变 ， 向 高 端制 造 业 强 国 迈 进 。 工 业 互 联 网 是 企 业 转 型 升 级 的 抓 手 之 一 。 与 此 同时 ， 我 国 拥 有 全 球 最 大 的 全 光 基 础 网 络 ， 也 是 光 通 信 产 业 最 蓬 勃 发展 的 国 家 之 一 。 我 国 拥 有 多 个 世 界 领 先 的 光 通 信 技 术 公 司 。 将 光 网络 技 术 与 工 业 相 结 合 具 备 天 然 的 条 件 和 优 势 。 此 外 光 网 络 具 有 高 带 宽 、 低 时 延 、 低 损 耗 、 易 运 维 、 抗 干 扰 的 优 点 。 这 些 优 点 可 满 足 企业 在 智 能 制 造 转 型 升 级 过 程 中 的 网 络 需 求 ， 同 时 又 可 以 保 证 其 网 络的 安 全 、 便 捷 和 易 用 。3. 工 业 光 网 的 定 义工 业 光 网 是 采 用 光 网 络 技 术 互 联 工 业 企 业 全 生 产 要 素 的 组 网 形式 ， 采 用 光 纤 作 为 传 输 媒 质 ， 属 于 工 业 互 联 网 中 有 线 网 络 。工 业 光 网 不 只 是 将 工 业 以 太 网 或 工 业 总 线 简 单 承 载 在 光 纤 中 进行 传 输 ， 而 是 采 用 已 在 公 用 电 信 网 络 中 广 泛 应 用 的 光 网 络 技 术 ， 如PON、 OTN技 术 等 ， 为 用 户 提 供 兼 具 保 障 性 和 扩 展 性 的 光 网 组 网 方 案 。 企 业 可 以 通 过 建 设 一 张 全 光 网 实 现 工 业 网 络 的 生 产 控 制 、 厂 区 监 控 、办 公 业 务 的 统 一 接 入 等 ， 完 成 人 、 机 、 物 的 全 面 互 联 。 此 外 ， 还 可以 按 照 发 展 需 要 将 工 业 光 网 与 工 厂 内 现 有 网 络 相 结 合 ， 实 现 工 业 光网 与 工 业 以 太 网 、 5G、 WIFI等 网 络 技 术 的 融 合 组 网 。 6 （ 三 ） 工 业 光 网 的 总 体 架 构1. 工 业 光 网 的 总 体 架 构工 业 光 网 是 工 业 OTN、 工 业 PON、 工 业 光 总 线 等 光 网 络 技 术 的 总称 ， 整 体 架 构 示 意 图 见 图 1， 企 业 可 根 据 实 际 的 建 网 需 求 部 署 ： 图 1 工 业 光 网 的 体 系 架 构 图工 业 OTN 设 备 可 以 部 署 于 工 业 园 区 网 络 中 的 园 区 骨 干 网 ， 用 于连 接 园 区 云 基 础 设 施 、 园 区 公 共 服 务 网 络 和 企 业 生 产 网 络 ， 此 外 还可 通 过 部 署 OTN 网 络 实 现 不 同 园 区 的 互 联 互 通 以 及 园 区 到 公 有 云 /公共 客 户 网 络 的 连 接 。工 业 PON 设 备 可 以 部 署 于 企 业 车 间 级 和 工 厂 级 ， 用 于 承 载 企 业的 生 产 、 监 控 和 办 公 业 务 。 此 外 还 可 以 通 过 在 车 间 级 部 署 工 业 PON设 备 实 现 工 业 协 议 的 转 换 ， 为 不 同 类 型 的 现 场 级 设 备 、 传 感 器 与 企业 信 息 管 理 和 云 服 务 平 台 之 间 提 供 基 于 标 准 化 统 一 协 议 的 业 务 承 载能 力 。 7 工 业 光 总 线 设 备 可 以 部 署 于 企 业 生 产 网 络 中 的 现 场 级 ， 用 于 现场 级 主 站 PLC之 间 ， 或 主 站 与 生 产 网 内 其 他 从 站 的 全 光 总 线 互 联 。2. 工 业 光 网 可 实 现 的 价 值工 业 光 网 具 备 传 统 光 通 信 网 络 的 优 点 ， 包 括 带 宽 容 量 大 、 损 耗低 、 支 持 长 距 离 传 送 、 抗 电 磁 干 扰 能 力 强 、 安 全 性 能 和 保 密 性 好 等 。此 外 针 对 工 业 网 络 的 运 行 特 点 ， 工 业 光 网 有 着 良 好 的 协 议 兼 容 性 和管 理 自 主 可 控 能 力 ， 可 以 为 工 业 企 业 带 来 可 观 的 应 用 价 值 ， 具 体 包括 ： 自 主 运 营 和 管 理 能 力 ： 工 业 光 网 可 完 全 部 署 于 企 业 内 网 ， 并 可 在 企 业 内 部 设 置 管 理 平 台 ， 提 供 工 业 光 网 设 备 的 自 主 运 维和 管 理 能 力 ， 使 生 产 、 管 理 数 据 均 不 出 企 业 ； 网 络 部 署 灵 活 便 捷 ： 在 已 部 署 的 工 业 光 网 中 新 增 业 务 节 点 ，对 正 在 运 行 的 其 他 网 络 节 点 无 影 响 。 且 工 业 光 网 部 署 中 含 有大 量 无 源 器 件 ， 无 需 外 部 电 源 供 电 ， 同 时 光 纤 本 身 具 有 长 距离 传 输 、 抗 电 磁 干 扰 、 抗 雷 击 的 特 点 ， 适 用 于 各 类 场 景 ； 网 络 开 放 ， 可 扩 展 性 强 ： 当 产 线 升 级 或 生 产 业 务 、 流 程 变 动时 ， 工 业 光 网 可 快 速 支 持 产 线 扩 容 和 改 造 、 支 持 柔 性 生 产 ； 自 主 可 控 ： 工 业 光 网 设 备 已 实 现 国 产 化 ， 设 备 自 主 可 控 程 度 高 ， 可 以 保 证 企 业 的 信 息 安 全 自 主 治 理 的 要 求 ； 设 备 、 接 口 标 准 化 ： 工 业 光 网 具 有 国 际 标 准 化 的 设 备 体 系 和统 一 的 接 口 类 型 ， 支 持 异 厂 家 设 备 的 互 联 互 通 ； 设 备 兼 容 性 ： 工 业 光 网 设 备 支 持 协 议 转 换 功 能 ， 可 将 工 业 现 8 场 设 备 繁 多 的 通 信 协 议 映 射 为 统 一 的 协 议 类 型 进 行 传 输 ； 安 全 可 靠 性 ： 当 多 节 点 同 时 失 效 时 ， 网 络 中 的 其 余 光 节 点 仍能 保 持 正 常 通 信 。根 据 以 上 对 工 业 光 网 的 概 述 ， 本 白 皮 书 将 探 讨 如 何 将 工 业 光 网技 术 应 用 在 工 业 领 域 ， 为 企 业 提 供 一 张 高 质 量 、 高 可 靠 、 高 兼 容 度 、高 安 全 性 的 网 络 ， 帮 助 企 业 便 捷 的 实 现 生 产 要 素 全 连 接 。二 、 工 业 光 网 的 应 用 范 围 和 行 业 部 署 场 景（ 一 ） 工 业 光 网 的 应 用 范 围 1. 工 业 园 区 网 络（ 1） 园 区 内 骨 干 网 连 接园 区 骨 干 网 主 要 指 园 区 公 共 服 务 网 ， 由 于 园 区 内 企 业 众 多 ， 业务 应 用 丰 富 ， 对 网 络 带 宽 需 求 大 （ 链 路 采 用 万 兆 甚 至 100G互 联 通 道 ，接 入 的 各 企 业 侧 需 要 采 用 千 兆 或 者 万 兆 互 联 ） ， 同 时 极 为 看 重 网 络安 全 和 传 输 可 靠 性 。 部 署 网 络 时 ， 需 要 在 设 备 性 能 、 带 宽 能 力 、 接入 用 户 能 力 、 安 全 防 护 等 多 个 方 面 进 行 综 合 考 虑 。 工 业 光 网 根 据 自身 特 点 可 以 作 为 园 区 骨 干 网 络 的 部 署 解 决 方 案 。 （ 2） 跨 园 区 协 同随 着 智 能 化 生 产 和 柔 性 制 造 方 式 的 推 广 ， 企 业 需 要 面 向 订 单 对多 个 园 区 或 园 区 内 外 的 生 产 资 源 统 筹 调 配 ， 可 在 生 产 过 程 各 环 节 同供 应 链 并 行 组 织 生 产 方 案 ， 并 可 对 生 产 运 行 状 态 进 行 监 控 。 园 区 内 9 外 协 同 应 支 持 企 业 调 配 、 组 织 不 同 生 产 网 的 资 源 、 满 足 多 个 生 产 网的 协 同 生 产 、 支 持 多 厂 区 的 实 时 数 据 采 集 等 。 工 业 光 网 的 硬 管 道 、良 好 的 业 务 隔 离 度 和 安 全 性 是 跨 园 区 协 同 应 用 下 很 好 的 解 决 方 案 。2. 企 业 管 理 网 络（ 1） 企 业 信 息 网 络 互 联传 统 企 业 的 信 息 网 络 分 散 部 署 着 各 类 IT管 理 系 统 ， 如 MES、 PLM、ERP、 SCM、 CRM 等 。 为 了 打 破 信 息 孤 岛 、 提 高 运 营 效 率 ， 会 将 上 述分 散 部 署 在 各 服 务 器 的 IT系 统 集 中 部 署 到 工 厂 内 数 据 中 心 /云 平 台 ， 进 行 数 据 的 联 合 分 析 ， 快 速 决 策 。 不 同 的 部 署 方 式 会 引 起 网 络 架 构的 变 化 。 无 论 采 用 哪 种 部 署 方 式 ， 均 可 以 采 用 工 业 光 网 连 接 各 类 IT管 理 系 统 模 块 ， 作 为 可 靠 的 信 息 数 据 承 载 通 道 。（ 2） 企 业 管 理 云 化随 着 云 技 术 的 应 用 ， 一 些 企 业 的 信 息 系 统 逐 步 尝 试 在 企 业 内 网与 外 网 应 用 云 技 术 。 当 前 ， 越 来 越 多 的 IT 软 件 也 基 于 云 平 台 提 供 服务 。 企 业 与 云 基 础 设 施 的 连 接 需 求 在 增 加 。 工 业 光 网 可 作 为 连 接 工业 生 产 网 和 企 业 信 息 网 中 云 基 础 设 施 的 可 靠 通 道 ， 也 可 作 为 企 业 私有 云 和 公 有 云 互 联 协 同 应 用 的 业 务 承 载 网 络 。 （ 3） IT和 OT 网 络 融 合工 业 互 联 网 业 务 发 展 使 工 厂 内 网 络 呈 现 出 融 合 、 开 放 、 灵 活 的发 展 趋 势 ， 其 中 融 合 趋 势 带 来 了 网 络 结 构 的 扁 平 化 。 传 统 的 “ 两 层三 级 ” 网 络 架 构 严 重 影 响 着 信 息 互 通 的 效 率 ， 随 着 大 数 据 分 析 和 边缘 计 算 业 务 对 现 场 级 实 时 数 据 的 采 集 需 求 ， OT 网 络 中 的 车 间 级 和 现场 级 将 逐 步 融 合 （ 尤 其 在 流 程 行 业 ） ， 同 时 MES 等 信 息 系 统 向 车 间 10 和 现 场 延 伸 的 需 求 ， 推 动 了 IT 网 络 与 OT 网 络 的 融 合 趋 势 。 工 业光 网 可 以 实 现 企 业 IT 和 OT 的 融 合 组 网 以 及 工 业 数 据 可 靠 有 效 的 在IT 和 OT间 传 输 。3. 工 业 生 产 网 络（ 1） 生 产 信 息 采 集生 产 环 境 的 信 息 采 集 是 数 字 化 、 智 能 化 生 产 的 重 要 前 置 条 件 ，在 工 业 互 联 网 的 智 能 工 厂 中 ， 企 业 级 IT管 理 运 营 系 统 对 现 场 实 时 生产 过 程 数 据 和 设 备 运 行 状 态 数 据 有 着 强 烈 的 需 求 。 工 业 光 网 可 以 作 为 工 业 企 业 生 产 设 备 与 企 业 IT管 理 运 营 系 统 间 的 数 据 承 载 通 道 ， 连接 现 场 级 设 备 与 上 层 管 理 实 体 （ 如 服 务 器 、 SCADA系 统 等 ） ， 实 现 工业 生 产 设 备 运 行 状 态 、 运 行 环 境 、 传 感 器 数 据 等 生 产 相 关 信 息 的 采集 ， 还 可 用 于 生 产 指 令 下 达 、 厂 区 视 频 监 控 等 重 要 业 务 数 据 的 承 载 。（ 2） 边 缘 计 算未 来 超 过 70%的 数 据 和 应 用 将 在 边 缘 进 行 处 理 。 在 工 业 场 景 应 用中 ， 边 缘 计 算 在 生 产 过 程 的 预 测 性 维 护 、 产 品 的 质 量 保 证 、 以 及 流程 优 化 方 面 对 企 业 的 生 产 经 营 有 很 大 帮 助 。 此 外 ， 企 业 还 可 以 基 于边 缘 计 算 平 台 提 高 生 产 工 艺 与 流 程 的 柔 性 ， 支 撑 个 性 化 生 产 。 工 业 光 网 可 以 提 供 边 缘 计 算 所 需 要 的 数 据 承 载 通 道 ， 还 可 在 数 据 汇 聚 节点 设 备 中 集 成 计 算 算 力 ， 按 需 实 现 边 缘 计 算 功 能 。（ 3） 柔 性 生 产 调 度在 个 性 化 定 制 或 批 量 定 制 过 程 中 ， 生 产 会 根 据 订 单 的 切 换 而 发生 变 化 ， 这 要 求 生 产 域 能 够 根 据 需 求 进 行 灵 活 重 构 ， 智 能 机 器 可 以 11 在 不 同 生 产 域 间 调 整 和 迁 移 。 工 厂 内 的 网 络 架 构 须 能 够 适 应 快 速 组网 与 灵 活 调 整 的 需 求 ， 工 业 光 网 设 备 可 以 结 合 网 络 切 片 技 术 并 采 用集 中 管 控 以 实 现 生 产 设 备 的 灵 活 划 域 组 合 ， 并 能 够 快 速 发 现 设 备 重新 组 网 时 出 现 的 问 题 ， 指 导 现 场 人 员 快 速 进 行 处 理 。 此 外 ， 工 业 光网 还 可 以 满 足 智 能 化 生 产 对 网 络 时 延 、 抖 动 、 带 宽 提 的 更 高 要 求 。（ 二 ） 工 业 光 网 的 行 业 应 用 场 景工 业 光 网 的 应 用 场 景 涵 盖 生 产 制 造 与 企 业 信 息 化 的 各 个 环 节 。按 照 从 内 到 外 划 分 ， 主 要 包 括 企 业 内 部 各 要 素 互 联 的 智 能 化 生 产 、个 性 化 定 制 以 及 企 业 不 同 生 产 网 和 供 应 链 之 间 的 或 企 业 与 云 平 台 之 间 的 网 络 化 协 同 等 应 用 场 景 。1. 工 业 光 网 在 离 散 制 造 业 的 场 景 应 用（ 1） 网 络 的 特 点 和 面 临 的 挑 战离 散 制 造 业 中 的 制 造 的 产 品 往 往 由 多 个 零 件 经 过 一 系 列 并 不 连续 的 工 序 加 工 装 配 而 成 ， 因 此 涉 及 的 生 产 终 端 类 型 较 多 ， 数 字 化 生产 背 景 下 企 业 会 非 常 关 注 产 品 各 个 生 产 环 节 的 数 据 信 息 采 集 。 一 般离 散 制 造 企 业 车 间 生 产 过 程 中 的 数 据 通 常 包 括 物 料 、 加 工 设 备 、 工装 、 加 工 过 程 、 质 量 等 ， 涉 及 了 制 造 执 行 中 的 各 个 环 节 ， 导 致 离 散制 造 业 车 间 管 理 过 程 复 杂 ， 接 入 终 端 数 量 繁 多 。 总 体 来 说 ， 离 散 制 造 业 的 数 据 管 理 网 络 存 在 以 下 问 题 ： 制 品 情 况 ， 成 产 设 备 关 键 数 据 未 能 按 需 送 达 管 理 层 ； 接 入 终 端 数 量 繁 多 ， 网 络 带 宽 无 法 支 持 ； 数 据 采 集 的 实 时 性 不 能 满 足 要 求 ， 造 成 企 业 对 市 场 变 化 的 响应 速 度 慢 ； 12 企 业 级 管 理 信 息 难 以 深 入 到 车 间 级 和 设 备 层 ； 传 统 交 换 机 组 网 方 案 设 计 导 致 机 柜 多 ， 网 络 重 载 。（ 2） 工 业 光 网 在 传 统 汽 车 制 造 行 业 的 应 用 和 创 造 的 价 值某 汽 车 零 件 制 造 企 业 需 要 建 立 车 间 信 息 高 速 通 道 ， 实 现 现 场 级生 产 终 端 和 数 据 采 集 、 MES等 信 息 系 统 的 高 速 连 接 。经 过 多 种 方 案 比 较 ， 企 业 最 终 选 择 部 署 工 业 光 网 ， 基 于 工 业PON 技 术 建 设 其 智 慧 制 造 车 间 高 速 网 络 和 数 据 采 集 系 统 ， 组 网 架 构见 图 2。 其 组 网 方 案 为 ： OLT通 过 以 太 网 接 口 上 联 SCADA系 统 ， 通 过 PON接 口 接 入 ONU设 备 ， 实 现 数 控 机 床 、 拧 紧 机 等 工 业 设 备 与 上 层 系 统 的 联 通 ； ODN系 统 利 用 现 布 放 的 光 纤 ， 在 车 间 通 信 柜 中 增 加 分 光 器 增加 设 备 尾 纤 实 现 ； ONU网 络 在 安 装 车 间 通 信 柜 中 ， 利 用 现 有 五 类 线 布 线 接 入 到各 种 数 控 机 床 、 拧 紧 机 以 及 工 业 设 备 。 ONU采 用 模 块 化 设 计 ，基 本 单 元 不 变 ， 通 过 配 置 不 同 的 模 块 适 配 不 同 的 业 务 和 协 议 ，降 低 了 部 署 成 本 ； ONU下 挂 多 业 务 智 能 工 业 数 据 采 集 网 关 系 统 ， 该 网 关 集 成 有RS232/485、 以 太 网 、 数 字 和 模 拟 接 口 等 多 种 输 入 资 源 ， 实 现 对 各 种 总 线 的 工 业 现 场 级 设 备 的 接 入 和 数 据 采 集 。 智 能 网关 将 采 集 到 的 信 号 进 行 统 一 的 协 议 、 数 据 转 换 ， 将 车 间 生 产基 础 数 据 信 息 采 集 汇 聚 到 SCADA系 统 ， 为 MES系 统 提 供 设 备 的实 时 信 息 ， 同 时 为 MES系 统 提 供 设 备 管 理 和 工 艺 下 发 的 链 路 。 13 图 2 工 业 PON在 智 能 化 车 间 应 用 组 网 架 构 图通 过 工 业 PON的 部 署 为 客 户 实 现 了 以 下 价 值 ： 实 现 了 网 络 扁 平 化 和 大 带 宽 、 多 业 务 承 载 ： 全 光 纤 组 网 ， 采用 二 层 扁 平 架 构 ， 实 现 弹 性 扩 容 。 支 持 多 业 务 接 口 ， 满 足 工业 互 联 网 生 产 控 制 、 数 据 采 集 、 无 线 专 网 承 载 、 行 政 办 公 各种 应 用 场 景 。 实 现 低 时 延 、 大 流 量 ， 满 足 承 载 工 业 控 制 、 数据 采 集 、 无 线 承 载 等 各 种 业 务 工 厂 实 际 应 用 需 求 ； 实 现 了 现 场 设 备 的 数 据 采 集 分 析 ： 通 过 在 工 业 智 能 网 关 中 内置 数 据 采 集 模 块 ， 能 够 低 成 本 实 现 异 构 网 络 的 联 通 和 车 间 生 产 全 基 础 数 据 的 采 集 ， 客 户 通 过 监 控 和 分 析 生 产 数 据 ， 实 现了 产 线 良 品 率 的 大 幅 提 升 ， 显 著 提 高 利 润 ； 提 高 了 网 络 稳 定 性 和 安 全 性 ： 抗 电 磁 干 扰 能 力 强 ， 采 用 无 源设 备 ， 组 网 简 单 ， 提 高 了 网 络 稳 定 性 。 通 过 双 路 光 纤 保 护 、双 机 热 备 、 工 业 级 ONU满 足 了 厂 区 安 全 性 要 求 。（ 3） 工 业 光 网 在 智 能 化 产 线 的 场 景 应 用 和 创 造 的 价 值图 3是 某 企 业 的 智 能 电 子 元 器 件 组 装 测 试 生 产 线 中 每 个 环 节 对 其 14 工 业 网 络