2018工业互联网网络优秀解决方案.pptx

I,工业互联网网络优秀解决方案,（2018）,2018 年 10 月, I ,编写说明,为贯彻落实国务院发布关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见、工业互联网发展行动计划（2018-2020 年）、工业互联网专项工作组 2018 年工作计划相关要求，促进工业企业内、外网络互联、数据互通、网络应用创新，推动工业互联网网络基础设施建设，提升我国工业网,络化水平，2018 年 6 月工业互联网产业联盟（以下简称“联盟/AII”）启动了“工业互联网网络优秀解决方案”征集活动。本次,活动受到联盟成员单位高度重视，在为期一个月的征集期内联盟共收到 25 家单位共计 38 个解决方案。方案内容涵盖工业互联网企业内外网络改造、IPv6 改造以及网络行业应用等领域。经过两轮专家评审后，联盟特将以下入选的工业互联网网络优秀解决方案汇编成册，旨在为工业企业进行网络化改造提供参考，引导和推动工业互联网网络连接的技术创新、应用实践落地，提升我国工业网络化水平，促进工业互联网基础设施的健康快速发展。,目,录,一、网络技术改造篇成熟技术/工厂内网改造ADNET 智能工厂网络建设方案. 1基于工业 PON 的智慧工厂内网建设.16智能工厂工业 PON 网络与数据采集解决方案.29基于免授权频谱的 LTE 工业无线互联专网宽带方案.36基于免授权频谱的 LTE 工业无线互联专网窄带方案.54智能工厂 IT/OT 网络融合.80成熟技术/工厂外网改造SD-WAN 解决方案.90基于 SD-WAN 的工厂外部网络互联及安全解决方案.99前沿技术/工厂内网改造基于 TSN 技术的工业网络解决方案.112基于 TSN 与边缘智能的设备监测及管理解决方案 .120基于 5G 蜂窝技术的工业传输解决方案.127基于 5G 和人工智能技术的产品质量实时检测和优化方案.139前沿技术/工厂外网改造5G 工业互联网汽车企业外网改造集成应用项目.151面向服务可保证的工业互联网网络切片.163前沿技术/其他工业领域 IPV6 改造升级解决方案.173企业 IPv6 升级解决方案.187二、网络行业应用篇智能化生产基于工业互联网的智能计量解决方案.199基于工业互联网网络的太阳能光热解决方案.213 I , II ,EC-IoT 解决方案.223铸管行业生产线智能管控系统解决方案.232,设备监控与维护,基于工业物联网的 Plantweb 数字生态系统.246智能监测解决方案.260锅炉综合智能服务管理平台.272基于工业互联网的水电设备安全预警平台.289工业以太网在综合管廊弱电系统中的应用.306基于工业互联网的空压机能源管理方案.320基于物联感控技术的通用物联网解决方案.331制造业工业互联网解决方案.345基于信息新技术的燃机机群监测诊断私有云平台 .356,网络安全,钢铁行业工业互联网安全解决方案.368,三、附录,解决方案供应商介绍.387,ADNET 智能工厂网络建设方案新华三技术有限公司网络改造技术篇/成熟技术/工厂内网改造,1,概述,本方案旨在为制造业企业提供一套可靠的智能工厂网络建设方案。方案利用工业物联网、SDN、IPv6 等新兴技术，实现工业场景下人员、设备、物料、产品的海量互联，为工厂实现智能生产、协同制造和柔性制造提供网络支撑。,1.1,背景,近年来，制造业企业正面临着供给侧改革的时代命题，转型升级的需求十分迫切。而传统工厂 IT 系统与工控系统间的通信往往存在较多障碍，具体表现在：1) 工业控制协议标准各异，各厂家设备难以互通；2) 工业现场存在很多信息孤岛，网络性能亟待提高。这些问题导致现有工厂网络无法支撑数字经济下的制造业生产运营模式。随着物联网、SDN、IPv6 技术的日渐成熟，ADNET 智能工厂网络建设方案（ADNET 即应用驱动网络）的提出，帮助制造业企业完成工厂网络的升级改造。,1.2,实施目标1) 实现工厂有线无线网络全覆盖，解决信息孤岛的问题。有线网络的时延、稳定性达到工业现场要求，同时兼容IPv4/IPv6双栈。无线网络根据工厂实际需求支持Wi-Fi、 1 ,RFID、4G/5G、NB-IoT、LoRa、ZigBee、蓝牙等信号中的一种或几种，同时无线信号质量高，满足场景要求。2) 对主流工业现场总线协议进行适配，实现生产网和信息网的双网融合互通。3) 基于 SDN 技术部署工厂网络，向上对接工厂云平台，实现网络设备自动配置和业务快速部署，提升产线效率，减少人力投入。4) 建立工厂网络安全保障系统，实现人、机、物、系统的可控接入和行为审计，保证工厂的设备安全、网络安全、控制安全、应用安全和数据安全。,1.3,适用范围,该解决方案适用于制造业工厂内网络的建设和升级改造，建设完成后的网络能够满足工厂柔性制造、协同生产、个性化定制的业务需求。,1.4,在工业互联网网络体系架构中的位置,该解决方案属于工厂内网络建设方案，在下图中所处位置包含 1、2、3、4、5、6 六部分的内容。 2 ,图 1 工业互联网互联示意图,2,需求分析,传统的工业网络存在以下问题：1) 工业现场总线协议标准各异，不同厂家设备无法互通，存在数据孤岛；2) 数据孤岛的存在使设备状态无法得到有效监控，进而导致企业需要在计划排产、物料配送、生产协同、质量控制、设备检测等环节投入大量的人力物力；3) 传统IP网络采用尽力而为的传输机制，时延不稳定且存在丢包，因此在一些时间敏感型场景无法使用；4) 网络安全问题层出不穷，工控设备普遍不打补丁，一旦设备联外网就容易遭到入侵攻击，导致工厂大面积瘫痪；5) 生产区域的任意设备都可以随意接入网络，缺乏接入管控；智能工厂网络的建设目的是构建连接人、机、物、系统的高性能泛在互联网络，实现工业数据的充分流动和处理。为此， 3 ,需要解决如下问题：,1)2)3)4)5),传统工控协议的适配问题设备物料的泛在接入问题数据稳定低时延传输问题网络智能化运维管理网络安全可控、终端准入,33.1,解决方案系统架构,图 2 工厂内网络逻辑架构图ADNET 智能工厂网络的建设内容位于上图红框中，含边缘接入层、核心汇聚层和安全保障三部分，其中：,边缘接入层：主要负责边缘设备接入、数据采集与,边缘计算。边缘接入设备应支持海量物联网传感器和智能硬件的快速接入和数据服务，满足物联网领域的设备连接、协议适配、数据存储、数据安全、数据分析等服务需求。,核心汇聚层：本次方案采用 SDN VxLAN 技术设计工厂,内核心汇聚层网络，网络可以抽象为物理承载网络和面向应用的 Overlay 网络。这种网络设计方式的两大特征是柔 4 ,性网络和软件定义。柔性一方面指网络架构灵活，业务部署（应用/终端）与位置无关；另一方面指以人和业务应用为核心，所有网络资源根据人和业务需要移动。软件定义指基于 SDN 思想将网络控制平面集中，实现网络设备的自动部署、业务按需交付，将运维人员从重复劳动中解放出来。图 3 核心汇聚层网络的物理/逻辑架构 安全保障：网络安全是工厂业务平稳运行的基础，ADNET智能工厂网络方案具备完整的安全防护体系，包括安全态势感知、网络安全保护、数据节点接入控制，保证工厂 IT 基础设施安全、业务系统安全、资产安全。,3.2,网络拓扑设计,根据上述系统架构，工厂实际部署的网络拓扑如图 4 所示，根据地理位置可分为生产车间网络、办公接入网、核心汇聚网三部分： 5 , 6 ,图 4 ADNET 智能工厂网络实际拓扑图,1）生产车间网络, 边缘接入,在工业现场，数据接入方式有：传感器类型的离散点(IO 信号，模拟信号)采集接入、设备工业现场总线协议或专有协议类型接入和网络 TCP/IP 直接数字接入。目前，ADNET 智能工厂网络方案涉及的工业物联网设备已具备 GB/T 33474-2016 感知控制域中所列举的数据接入能力。,图 5 数据采集接入示意图,针对工业协议的适配，方案采用工业网关完成不同现场总线的接入转换， 实现 Modbus、 PROFIBUS、EtherNet/IP、SIEMENS S7Comm 等协议的接入适配。, 7 ,另一方面，方案也支持采用 OPC UA 的采集接入方式。OPCUA 技术为工业生产各系统提供了统一接口标准。其中，OPC UA服务器和客户端是系统实现数据采集的核心环节。OPC UA 服务器负责对底层设备数据进行采集封装，并将历史数据存放于外加的数据库内，使多个客户端以统一的方式获取不同底层设备的数据。OPC UA 客户端的主要功能是搜索并连接 OPC UA 服务器，浏览服务器的地址空间并读取其中存放的实时数据和历史数据，并通过客户端显示界面将数据以图表的形式展示给工作人员。, 工业以太网,工厂生产线上温湿度、电磁干扰等环境相对复杂，方案拟在接入密度较高的区域采用机架式工业交换机，交换机支持Modbus TCP/IP、ProfINet、Ethernet/IP 等工业以太网协议。另外，在一些特定场景将卡轨式工业交换机直接安装在电器柜，交换机从电器柜内取电。工业交换机按照产线做 RRPP 环路部署。按照这种部署方式，关闭生产线上的任一台工业交换机，除直连到该交换机的设备网络不通，其他网络不受影响。, 工业无线网,WLAN 网络：针对工业无线网的需求，方案基于 802.11ac 技,术，采用无线控制器 AC+瘦 AP 的部署方式构建无线网络。其中，Wi-Fi 信号质量和漫游问题是部署过程中的两个难点。为保证WLAN 网络的信号覆盖质量，需要依据实际环境设计交付方案并进行测试，最终完成部署。空旷区域部署室外 AP，用 POE 供电盒供电。对信号要求无死角的区域，部署放装 AP。针对漫游问, 8 ,题，可提供二层漫游、三层漫游、跨 AC 漫游三种方案，其中跨AC 漫游的最大延迟时间为 50ms。,LPWAN 网络：在 NB-IoT 领域，方案拟提供 NB-IoT/eMTC/E-GPRS 基站实现物联终端接入，通过内置 LPWAN 通信模组将终端联网。管道方面，基站部署方式灵活，有三种模式可供选择（独立部署、保护带部署、带内部署）。,在 LoRa 领域，方案提供 LoRa 基站、终端、模组，其中基站的有效覆盖范围为 23KM，支持 10 万终端并发，用于工厂电力抄表，水力抄表及温湿度环境监控等远距传输控制。方案支持超高频无源 RFID，用于仓储物流定位场景。,2）办公接入网, 办公有线,由于办公楼宇规模不一，配线间数量不定，所以每个配线间接入设备数量在 2-X 台不等。为了节省光纤，简化管理，接入层设备采用 IRF2 多虚一技术，将每个配线间的设备虚拟化一台设备后通过 10G 带宽上行至汇聚层设备。, 办公无线,在建筑物内,每层建筑楼根据使用功能部署 AP 数量，方案拟部署的无线 AP 支持最新无线传输 802.11n 协议，提供理论上300M 传输带宽。为建设高可靠、高性能的无线网络系统，室内无线 AP 采用 POE 供电。通过在每层楼部署千兆 POE 交换机，为无线 AP 提供千兆接入的同时，还能通过以太网线对无线 AP 供电。无线系统采用瘦 AP（FIT）+无线控制器部署方案。无线控制器部署采用在核心交换机上部署 1 块无线控制器功能板卡，, 9 ,实现无线网络系统的高可靠性。,3）核心汇聚网络,整个工厂网络由核心、汇聚、接入三层设备组成，再搭配,园区 SDN 控制器。其中接入层设备部署在生产线附近，而汇聚、核心设备之间则构建 overlay 网络，同时采用分布式 L3 网关并通过可靠机制来抑制广播风暴。接入层设备采用不同的 VLAN 进行接入位置的标识，通过 TRUNK 的方式上行到汇聚层，汇聚层完成 VLAN 到 VxLAN 的映射。,图 6 工厂核心汇聚层 VxLAN 网络示意图,该网络方案的核心是 SDN 控制器。所有网络自动化上线，接入管理，用户组/策略管理，业务配置管理，网络运维管理全部在控制器上通过直观的图形化界面完成。同时通过开放控制器接口，允许第三方进行业务定制开发，满足用户个性化、定制化、可编程的需求。,该网络方案的另一大特性是实现有线无线一体化管理。传统有线/无线网络存在管理不统一、转发不统一、策略控制不统一的问题(比如跨 L3 网段漫游要么支持不了，要么需要在 AC 之, 10 ,间打隧道,增加成本),而方案通过 SDN 控制器极大解放了 AC 和AP，真正实现有线无线的统一管理、统一转发、统一认证和统一拓扑展示。,4）整体安全保障系统设计, 终端接入管控,在工厂内部署一套终端准入控制系统，与防病毒软件、WSUS 补丁管理相配合。防毒软件、WSUS 负责专业杀毒、补丁下载，终端准入控制系统采用接入层 802.1x 部署方案，与交换机配合实现网络接入控制、桌面管理、用户行为审计和终端安全管理。, 网络安全设计,工厂网络安全涉及到南北向安全防护和东西向安全防护。网络部署中的安全资源可以是软/硬件安全资源，也可以是虚拟化的安全资源。,南北向安全防护：负责处理南北向的业务流量，涉及 DDoS、IPS、防火墙等安全设备，以及负载均衡设备做流量分配。每个安全服务模块中涉及硬件安全设备和软件形态 NFV 设备。对于不同等级的用户分配不同的安全资源，高等级用户分配硬件安全资源，低等级用户分配软件形态 NFV 安全资源。,一个开启全功能安全服务的互联网租户与半安全域交互的流量会依次经过 DDos、IPS、LLB、防火墙、WAF 等安全设备，最终来到安全域。,东西向安全防护：东西向服务链负责工厂内部不同安全域,安全流量处理。, 安全态势感知为了做到对工厂网络风险的主动发现和提前防御，工厂需要采集安全日志、网络流量、用户行为、终端日志、业务数据、资产状态等数据。结合外部情报，通过安全态势感知系统对攻击趋势分析、异常流量判断和终端行为检测，实现“安全趋势可预测”；通过对未知威胁的智能检测识别、流量/行为/资产的状态监控和多维度风险分析，实现“安全风险可感应”；通过对攻击溯源取证、云网端协同联动、工单流程闭环处理和设备策略自适应调整，实现“风险行为可管控”。5）工厂网络整体 IPv6 升级思路目前大量工厂网络都是 IPv4 网络，随着 IPv6 逐渐部署，很长一段时间是 IPv4 与 IPv6 共存的过渡阶段。过渡阶段所采用的过渡技术主要包括：,双栈技术：双栈节点与 IPv4 节点通讯时使用 IPv4 协议栈，与 IPv6 节点通讯时使用 IPv6 协议栈。隧道技术：提供了两个 IPv6 站点之间通过 IPv4 网络实现通讯连接，以及两个 IPv4 站点之间通过 IPv6 网络实现通讯连接的技术。IPv4/IPv6 协议转换技术：提供了 IPv4 网络与 IPv6,网络之间的互访技术。对于小型工厂，方案推荐通过 IPv4/IPv6 双协议栈部署IPv6 网络。这种方式可以同时提供 IPv4 应用和 IPv6 应用，但缺点是需要所有网络节点支持 IPv4 和 IPv6 路由协议。因此对于大型旧工厂，升级工作量大。 11 ,如果企业需要跨越 IPv4 网络连接不同的 IPv6 域，则需要通过隧道技术部署 IPv6。这种场景需要设备提供 IPv6 DNS 查询功能，同时边界路由器需要支持 6 Over 4 隧道。这种方式投资和风险很小。缺点是使用隧道使网络拓扑复杂，不易管理，出现问题难以定位。另外，由于使用隧道封装，对转发效率有一定影响。,3.3,功能设计,1) 设备物料的泛在接入能力智能工厂网络提供多种 OT 终端接入能力，包括以太网有线接入、无线接入（Wi-Fi/IEEE 802.15.4/ ISA100.11a/ WIA-FA/IoT/LTE/5G/蓝牙等）、PON 接入；支持 Modbus、PROFIBUS、EtherNet/IP 等主流工业以太网协议，提供海量终端的接入能力。2) 无阻塞、易扩展的网络架构设计基于 SDN 的（ACCESS/LEAF/SPINE）三级网络架构，构建无阻塞工业网络。根据企业接入能力不同选择两级或者三级架构部署，每层网络可以横向无限扩展，配合 SDN 实现扩展自动化，减少人力投入。3) 自动化部署通过 SDN 控制器对网络设备分类，不同的设备采用和角色对应的配置文件，设备初始上线后，根据拓扑连接关系、角色从控制器下拉基础配置文件，保证设备实现批量自动上线，减少管理员操作。4) 一体化运维通过控制器实现端到端业务编排，并配合工业控制系统实 12 ,现网络资源的按需调度；通过控制器对网络设备进行监控，建立统一的拓扑、统一的管理平台。图 7 ADNET 智能工厂网络能力特征,3.4,安全及可靠性,高可靠,工厂网络建设对设备可靠性要求很高。一旦网络系统运行不正常或者出现故障中断将直接导致工厂业务的中断。因此需要从设备自身和网络架构角度确保网络系统的稳定性。从设备自身角度，核心汇聚层设备采用多级交换架构设备，利用引擎、交换矩阵关键部件的分离提高物理可靠性；从架构方面，两台物理设备利用智能虚拟化或者堆叠技术提高故障的切换速度。,系统化的安全防护,工厂网络安全保障方案不应该是孤立的设备堆砌，而是从工厂的实际情况出发构建系统的安全防护体系。在此体系中，使用者、生产设备、产品、个人终端、网络设备、安全设备、态势感知系统充分协同，在安全事件出现前极力规避、预警，出现时能够及时发现，并具备依据事先制定好的应急方法进行 13 ,自动化处理的能力，最后输出完整的安全防护日志报表，供管理人员查看、分析并进行策略调整。,4,成功案例,本解决方案已经在中车株机轨道交通车辆转向架智能制造车间项目中应用。转向架作为轨道车辆最为重要的零部件之一，起着导向、支撑车体、减震运行的作用，对轨道交通产品的安全平稳运行至关重要。基于 ADNET 智能工厂网络方案，为中车株机公司转向架车间建设互联网络，具体建设情况如下：1）核心层设备采用高性能网络交换机，做横向虚拟化。汇聚层将生产网和办公网的交换机配置模块进行堆叠，将汇聚交换机虚拟化为一台。接入层办公网保持不变，生产网增加工业交换机。2）生产线上，采用工业交换机按照产线做环路部署。无线生产网部署满足工厂电磁环境的室外 AP，配置定向天线。3）安全方面，在核心汇聚与生产区域之间部署一对防火墙，保护生产区域，同时将服务器区设置为防火墙 DMZ 区。另外，在服务器区部署堡垒机，实现对所有服务器及交换机操作进行监控、管理以及回溯。4）软件层面，增加管理软件，对工厂网络设备进行统一监控管理；增加无线管理组件，实现整网无线统一管理；增加接入认证组件，对生产网终端接入进行认证；增加 IP 地址管理软件，对现网 IP 地址进行规划。通过互联网络的建设，中车株机转向架车间网络的稳定性大大提升，设备故障切换时间由秒级提升为毫秒级。车间无线 14 , 15 ,信号的覆盖状况大大提升，保证 AGV 小车等无线需求高的工业设备平稳运行。高可靠网络为中车株机转向架生产业务提供了保障，大大提高了工控系统的生产效率。在安全性上,工业安全软件统一接入和管理信息点，并监管工厂所有网络设备。同时加入网络安全设备，有效减少了工厂网络病毒木马造成的工业数据丢失、泄密风险。,基于工业 PON 的智慧工厂内网建设中国联合网络通信有限公司江苏省分公司网络改造技术篇/成熟技术/工厂内网改造,11.1,概述背景,2017年10月30日，国务院常务会审议通过关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见。意见指出，要深入贯彻落实党的十九大精神，以全面支撑制造强国和网络强国建设为目标，围绕推动互联网和实体经济深度融合，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，形成实体经济与网络相互促进、同步提升的良好格局，推动实体经济转型升级，打造制造强国、网络强国。工业互联网是新一代信息技术与工业系统全方位深度融合的产物，是新工业革命的关键支撑和智能制造的重要基石。其本质是以机器、原材料、控制系统、信息系统、产品以及人之间的网络互联为基础，通过对工业数据的全面深度感知、实施传输交换、快速计算处理和高级建模分析，实现智能控制、运营优化和生产组织方式变革，推动、保障工业智能化的发展。工业互联网可以重点从“网络”、“数据”和“安全”三个方面来理解。其中，网络是基础，通过物联网、互联网等技术实现工业全系统的互联互通，促进工业数据的充分流动和无缝集成。在工业互联网网络建设中，需要围绕工业企业的业务发 16 ,展需求，充分发挥我国在信息通信领域的优势，借助工业企业内网和工业企业外网的更新换代，加快新技术的部署应用，打造国际先进的工业互联网网络基础设施，全面提升工业企业的网络化水平。随着无源光网络（PON）技术在电信、电力行业的广泛应用，工业 PON 网络已成为车间数据采集组网技术的一种全新的可选方案。工业 PON 解决方案是基于意见中工业网络指导意见，将先进成熟的光通信 PON 技术应用于制造领域的数据采集、监测、生产控制等场景，建设制造车间生产制造自动化和智能化的基础高速通信网络，为企业改造升级调整最终迈向智能制造打下信息化基础。,1.2,实施目标,工业 PON 网络系统是在对传统工业交换机系统研究基础之上，结合无源光网络通讯技术的发展，推出的一套安全、可靠、融合、先进的综合解决方案。工业 PON 系统是应用在工业环境的全光 PON 网络系统，是采用光纤传输技术的接入网，泛指端局或远端模块与用户之间采用光纤或部分采用光纤做为传输媒体的系统，采用基带数字传输技术传输双向交互式业务。工业 PON 可以实现现场设备与上层实体（如服务器、SCADA系统等）的连接，支持数据采集、生产指令下达、传感数据采集、厂区视频监控等功能。工业 PON 网络是各种信息集成的基础通道，是智能制造纵向集成的基础，基于 PON 技术的工业网络平台将产品设计研发、制造生产、销售、物流、售后各工业化环节融合集成，最终实现企业 CRM、MES、ERP、SCM、SCADA 17 ,等系统信息的统一控制和管理。,1.3,适用范围,根据不同企业工厂的实际网络建设情况，工业 PON 解决方案适用于各类新建车间和生产线智能制造的信息化建设，也适合于自动化程度不高的企业进行自动化、数字化改造，也可针对自动化程度较高需要开展有智能化和新业务场景的网络建设。,1.4,在工业互联网网络体系架构中的位置,图 1 工业互联网互联示意图本解决方案主要应用于工厂内部网络建设，主要适用于 1、2、3、4、5 方向，实现底层设备数据传输及数据采集，可实现高可靠、高安全、高效率的组网，支持提供工厂内有线网络、无线网络，是各种信息集成的基础通道，是智能制造纵向集成的基础。,2,需求分析,工业互联网网络包括工厂内部网络和工厂外部网络，工厂内部网络实现工厂内生产装备、信息采集设备、生产管理系统 18 , 19 ,和人等生产要素的广泛互联；工厂外部网络实现生产企业与智能产品、用户、协作企业等工业全环节的广泛互联。关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见提出了工业网络指导意见。工厂内网络改造的目标是在 2018-2020 年三年起步阶段，初步建成低时延、高可靠、广覆盖的工业互联网网络基础设施，到本世纪中叶，工业互联网网络基础设施全面支撑经济社会发展。工厂内网络改造的方向是推进工业企业内网的 IP（互联网协议）化、扁平化、柔性化技术改造和建设部署。工厂内网络改造的模式是支持工业企业以 IPv6、工业无源光网络（PON）、工业无线等技术改造工业企业内网，以 IPv6、软件定义网络（SDN）以及新型蜂窝移动通信技术对工业企业外网进行升级改造。,由于我国工业企业发展水平差异较大，相当一部分企业特别是中小企业的数字化、网络化基础薄弱，欠缺发展智能化生产、网络化协同等新模式新业态的基础环境，因此开展工业企业内网络改造是首要任务，也是长期任务。通过分步骤、分行业推进 IP 化、扁平化、柔性化的技术改造和网络部署，逐步推进打造先进制造的基础生产网络环境。目前，部分工业企业已经计划或正在实施工业企业内网改造升级，在智能设备与业务分析平台之间建立网络联网，从而实现智能设备指令数据远程下发控制及监控数据采集能力。,在工厂内网络方面，目前工业以太网是工厂内主流的信息承载技术，但工业以太网在厂区和车间的局限性也日益凸显：,1）带宽提升困难；,2）大量铜线部署和重复投资导致建设成本高；3）能耗和空间占用高，需要大量电力、空调供应和机房占地；4）需要较高的业务支撑能力，WLAN 网络、语音网络、办公网络，多网并行，网络维护复杂，对企业的业务支撑能力要求高。5）传统工业现场总线、工业以太网等网络技术、标准和产品主要集中于少数发达国家。近年来，我国提出了工厂自动化以太网（EPA）、工业过程/工厂自动化无线网络（WIA-PA/FA）等技术，但产业化和商用水平低。同时，国际产业界也正在关注研究时间敏感网络（TSN）、工业软件定义网络（SDN）等新技术。随着 PON 技术在电信、电力行业的广泛应用，工业 PON 网络已成为车间数据采集组网技术的一种全新的可选方案。工业 PON 网络利用多种接口及协议实现底层设备数据传输及数据采集，可实现高可靠、高安全、高效率的组网。工业 PON 继承 PON 网络大带宽、扁平架构、业务融合等技术优势，并在安全、可靠、易维、接口、环境适应等方面有所增强，全面适配工业制造现场要求，成为工业级网络连接的优选方案。,33.1,解决方案方案介绍,工业 PON 处于车间级网络位置，通过工业级 ONU 设备实现光网络到设备层的连接，通过光分配网络（ODN），实现工业设备数据、生产数据等到 OLT 的汇聚，最终通过 OLT 与企业网络 20 ,的对接，从而实现产线数据到工厂/企业 IT 系统的可靠有效地传输。工业 PON 是车间级网络，对生产线设备（如数控机床）有线网络覆盖，同时通过对无线网络承载实现车间有线无线一体化网络覆盖。工业 PON 针对工业各类应用场景，满足工业场景下的各种工业控制总线场景要求，提供工业场景类型接口。可为工业控制、信号量监控、数据传输、语音通信、视频监控等各种业务应用提供支持。各业务流通过 PON 系统上行后，由 OLT汇聚上联 GE/FE 接口连接到工厂级网络，实现智能制造 MES、ERP、PLM 等系统和下层物理设备的对接，从而实现工业控制、数据采集分析、视频监控等功能。,3.2,系统架构,图 2 工业 PON 网络整体系统架构,3.3,网络拓扑设计,工业 PON 在工业场景下最常用的组网方式是基于 Type D 保护方式的手拉手保护链型组网和星型组网，实现全光路保护，提高了车间通信网络的可靠性，为制造企业的通信可靠性提供 21 ,了坚实的保障。具体的组网方式可根据工厂实际情况进行选择。工业 PON 手拉手保护的链型组网示意如下图：图 3 工业 PON 手拉手保护的链型组网示意图工业 PON 星型组网示意如下图：图 4 工业 PON 手拉手保护的星型组网示意图,3.4,功能设计,根据不同企业工厂的实际网络建设情况，工业 PON 解决方案适用于各类新建车间和生产线智能制造的信息化建设，也适合于自动化程度不高的企业进行自动化、数字化改造，也可针对自动化程度较高需要开展有智能化和新业务场景的网络建设。 22 , 23 ,1）新建厂房、生产车间，或新增生产线，需对机床、机器,人、流水线等设备部署信息自动化采集点。,在这种场景下，生产车间需要新建，这种场景的特点是车间内没有以太局域网，需要重新部署网络。在这种场景下可以完全通过工业 PON 网络搭建车间内的数据采集网络，工业级 ONU直接连接机器或数据采集设备。通过事先规划/现有的智能设备/流水线位置，规划布线及 ONU 放置位置及数量。通过厂区内工业 PON 系统的部署，实现厂区工业生产信息或用户信息的采集、控制业务的接入承载，为工业生产中的采集控制终端与业务层的各个应用系统提供安全可靠的通信连接。,图 5 工业 PON 应用场景 1 示意图,工业生产网主要做提取相关数据和承载相关软件用途，需要网络覆盖范围广、网络设备可提供多种接口能力、带宽高、扩展性强、兼容性好。因此，通过选用工业 PON 网络，采用点到多点结构，在网络上可以提供多种业务并集成无线覆盖。通过 PON 组网可实现冗余切换，保证了网络的高可用性和设备的健硕性。,