工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟-工業(yè)光網(wǎng)白皮書2021-2021.4正文版

工業(yè)光網(wǎng)白皮書（2021

年）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）2021

年

4

月前

言工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為我國新基建的國家戰(zhàn)略肩負著產(chǎn)業(yè)升級和提高高端設(shè)備制造生產(chǎn)能力的重大發(fā)展使命。我國的工業(yè)企業(yè)前期發(fā)展主要聚焦在工業(yè)生產(chǎn)自動化和管理信息化上。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的工業(yè)企業(yè)希望以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為抓手提高生產(chǎn)效率、良率，以及實現(xiàn)生產(chǎn)管理智能化。在眾多的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，工業(yè)光網(wǎng)憑借其高效、靈活、易管控等網(wǎng)絡(luò)特點使其作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中有線網(wǎng)絡(luò)的一種部署方案涌現(xiàn)出來。工業(yè)光網(wǎng)采用光通信技術(shù)互聯(lián)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)要素，以光纖作為傳輸媒質(zhì)，使網(wǎng)絡(luò)具有高帶寬、低時延、低損耗、抗干擾等特點，可滿足企業(yè)在智能制造的生產(chǎn)及管理過程中對網(wǎng)絡(luò)性能提出的要求。我國作為全球最大的全光基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)部署國，光產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，可以提供面向不同工業(yè)場景下光互聯(lián)的整體解決方案。本文檔對工業(yè)光網(wǎng)的概念、架構(gòu)、應(yīng)用范圍及行業(yè)部署場景等多個方面進行了闡述。本文檔由中國信息通信研究院牽頭，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟多家成員單位參加編寫完成。主要參與單位有：華為技術(shù)有限公司、中國電信集團有限公司。牽頭編寫單位：中國信息通信研究院參與編寫單位：華為技術(shù)有限公司、中國電信集團有限公司編寫組成員（排名不分先后）：中國信息通信研究院：曹小波、劉謙、張恒升、湯瑞華為技術(shù)有限公司：李漢國，張彥兵，羅秋雁，程雨，黃琨中國電信集團有限公司：孫慧、金嘉亮、蔣銘一、工業(yè)光網(wǎng)概述（一）工業(yè)光網(wǎng)的建設(shè)背景2015-2016

年國務(wù)院相繼發(fā)布了《關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》和《關(guān)于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》，首先提出推動互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)融合，提升制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，加強產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作，發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同制造新模式。2017

年

11

月，國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上升為我國“制造強國”的國家戰(zhàn)略，《意見》指出應(yīng)增強工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)供給能力，持續(xù)提升我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展水平，以推動現(xiàn)代化經(jīng)濟體系建設(shè)。2019年的全國兩會上，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”成為“熱詞”寫入《2019

年國務(wù)院政府工作報告》。在

2020

年的政府工作報告中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成為我國新基建（新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)）的核心戰(zhàn)略，肩負著產(chǎn)業(yè)升級和企業(yè)轉(zhuǎn)型高端設(shè)備制造生產(chǎn)能力的重大發(fā)展使命。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為實體經(jīng)濟數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵支撐，網(wǎng)絡(luò)屬性是其中重要的組成部分，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)底座。它實現(xiàn)了生產(chǎn)要素之間的數(shù)據(jù)傳輸和傳輸信息間的數(shù)據(jù)理解。在實際應(yīng)用中可通過有線、無線方式實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系相關(guān)的人機物料法環(huán)以及企業(yè)上下游、智能產(chǎn)品、用戶等全要素連接，實現(xiàn)端到端數(shù)據(jù)傳輸，并通過數(shù)據(jù)和信息在各要素、系統(tǒng)間的無縫傳遞，使得異構(gòu)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)層面能相互“理解”，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)互操作與信息集成的能力。優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)屬性是工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)自動化和管理信息化的堅實基礎(chǔ)。1在我國，工業(yè)企業(yè)前期發(fā)展主要聚焦在生產(chǎn)自動化。企業(yè)整體的信息化建設(shè)起步較晚，工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)并未能有效、按需連接和管理全部的生產(chǎn)要素。企業(yè)的不同生產(chǎn)網(wǎng)間，企業(yè)與第三方平臺之間也并未做到充分的互聯(lián)互通。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)具有很大的改造與發(fā)展空間，其中包括：

網(wǎng)絡(luò)中存在信息孤島：企業(yè)在部署工業(yè)網(wǎng)絡(luò)時，前期主要聚焦于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而信息化、數(shù)字化建設(shè)起步較晚，導(dǎo)致生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)未能覆蓋必要的生產(chǎn)要素，部分生產(chǎn)網(wǎng)內(nèi)仍然存在信息孤島，無法實現(xiàn)按需的生產(chǎn)數(shù)據(jù)跨系統(tǒng)互通和融合分析；

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備國產(chǎn)化率不足：隨著國際關(guān)系的復(fù)雜，傳統(tǒng)非國產(chǎn)化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的使用限制開始顯現(xiàn)，同時針對工業(yè)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)攻擊也頻繁出現(xiàn)。傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的國產(chǎn)化率不高，無法做到自主可控，具有企業(yè)信息泄露的安全性風(fēng)險；

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標準不統(tǒng)一，不開放：

目前工業(yè)現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)的種類繁多，協(xié)議互不兼容，工業(yè)領(lǐng)域缺乏一套能夠兼容、轉(zhuǎn)換多種協(xié)議和數(shù)據(jù)建模分析的綜合性解決方案，傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備的自動化信息化改造成本較高；

傳統(tǒng)設(shè)備組網(wǎng)結(jié)構(gòu)不靈活：隨著多元化的生產(chǎn)需求的出現(xiàn)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)要求生產(chǎn)設(shè)備能夠接入網(wǎng)絡(luò)，新增設(shè)備節(jié)點可以隨時加入網(wǎng)絡(luò)但不影響網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的運行。管理方面，用于生產(chǎn)設(shè)備可按需劃分在不同生產(chǎn)域進行管理。在不同生產(chǎn)網(wǎng)間，企業(yè)與第三方平臺之間也會根據(jù)管理協(xié)同的要求進行2網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通。相比之下傳統(tǒng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)缺乏靈活擴展的能力，且不同廠家設(shè)備間的壁壘依舊存在；

復(fù)雜工業(yè)場景下網(wǎng)絡(luò)部署難：工業(yè)應(yīng)用場景復(fù)雜多樣，部分場景的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備所處環(huán)境差，干擾大，部署端到端網(wǎng)絡(luò)進行成產(chǎn)管理和控制的難度較大。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟已經(jīng)發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（版本2.0）》，其中明確工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的部署將為傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)帶來融合、開放、靈活的特點，未來的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)將向著以下的方向發(fā)展：

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)逐步融合：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化，實現(xiàn)IT網(wǎng)絡(luò)與

OT

網(wǎng)絡(luò)的逐步融合。此外高實時控制信息與非實時過程數(shù)據(jù)可共網(wǎng)傳輸；

網(wǎng)絡(luò)更加開放：新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議間的解耦，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開放。生產(chǎn)全流程的數(shù)據(jù)將換為統(tǒng)一的協(xié)議格式通過API接口開放給上層工業(yè)應(yīng)用使用；

網(wǎng)絡(luò)控制和管理更為靈活友好：網(wǎng)絡(luò)形態(tài)靈活。支持根據(jù)業(yè)務(wù)靈活的進行網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，快速構(gòu)建出生產(chǎn)環(huán)境。此外網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)具有友好的可視化界面；

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自主可控：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有一定的國產(chǎn)化基礎(chǔ)，可按需為企業(yè)提供自主可控的管理能力；

網(wǎng)絡(luò)安全可靠：采用新型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)部署的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)保證在不同應(yīng)用場景下安全可靠的運行。此外網(wǎng)絡(luò)還具備保護和自愈能力。3在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的眾多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型中，工業(yè)光網(wǎng)憑借其高效、靈活、易管控等網(wǎng)絡(luò)特點使其作為有線網(wǎng)絡(luò)的一種部署形式涌現(xiàn)出來。工業(yè)光網(wǎng)采用的光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已在公眾電信網(wǎng)絡(luò)中取得了廣泛的應(yīng)用，具有深厚的實踐基礎(chǔ)。在工業(yè)場景下，工業(yè)企業(yè)可以通過部署一張工業(yè)光網(wǎng)連接工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)控與信息管理網(wǎng)絡(luò)，降低了網(wǎng)絡(luò)部署的層級和復(fù)雜性，為企業(yè)提供了高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)互通能力。（二）工業(yè)光網(wǎng)的概念1.什么是光網(wǎng)絡(luò)光網(wǎng)絡(luò)（Optical

Network）通常是指采用光纖作為主要傳輸介質(zhì)的廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)或者局域網(wǎng)。光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅僅表示將數(shù)據(jù)簡單的通過光纖進行傳輸，而是指在光纖這個基礎(chǔ)的傳輸媒質(zhì)上，利用先進的光電控制技術(shù)實現(xiàn)多節(jié)點網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和靈活調(diào)度，以使得網(wǎng)絡(luò)具有天然的高帶寬、低時延、低損耗、易運維、抗干擾的傳輸特點的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)經(jīng)歷了多代的發(fā)展，不僅實現(xiàn)了全球光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標準、光接口的統(tǒng)一，還定義了對光信號質(zhì)量監(jiān)控、故障定位和配置等重要的網(wǎng)絡(luò)管理功能。2020

年

2

月，國際組織

ETSI

正式成立了第五代固定網(wǎng)絡(luò)（F5G）工作組，研究新一代光網(wǎng)絡(luò)，即全光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。全光網(wǎng)的發(fā)展目標是通過將光纖技術(shù)全面應(yīng)用于各種場景，將我們熟知的“光纖到家”推進到“光聯(lián)萬物”。未來，光網(wǎng)絡(luò)將向從全光聯(lián)接（FFC）、增強型固定寬帶（eFBB）、可保障的穩(wěn)定體驗4（GRE）三個維度演進和發(fā)展，近年來通信業(yè)界高頻率出現(xiàn)的千兆光纖網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的關(guān)鍵領(lǐng)域，也正是全光網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的關(guān)鍵領(lǐng)域。2.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與光網(wǎng)絡(luò)結(jié)合中國工業(yè)制造業(yè)經(jīng)過近幾十年的飛速發(fā)展，規(guī)模已經(jīng)躍居世界第一，目前正處在轉(zhuǎn)型的攻堅階段，以完成量到質(zhì)的轉(zhuǎn)變，向高端制造業(yè)強國邁進。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的抓手之一。與此同時，我國擁有全球最大的全光基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，也是光通信產(chǎn)業(yè)最蓬勃發(fā)展的國家之一。我國擁有多個世界領(lǐng)先的光通信技術(shù)公司。將光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工業(yè)相結(jié)合具備天然的條件和優(yōu)勢。此外光網(wǎng)絡(luò)具有高帶寬、低時延、低損耗、易運維、抗干擾的優(yōu)點。這些優(yōu)點可滿足企業(yè)在智能制造轉(zhuǎn)型升級過程中的網(wǎng)絡(luò)需求，同時又可以保證其網(wǎng)絡(luò)的安全、便捷和易用。3.

工業(yè)光網(wǎng)的定義工業(yè)光網(wǎng)是采用光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)互聯(lián)工業(yè)企業(yè)全生產(chǎn)要素的組網(wǎng)形式，采用光纖作為傳輸媒質(zhì)，屬于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中有線網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)光網(wǎng)不只是將工業(yè)以太網(wǎng)或工業(yè)總線簡單承載在光纖中進行傳輸，而是采用已在公用電信網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用的光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如PON、OTN技術(shù)等，為用戶提供兼具保障性和擴展性的光網(wǎng)組網(wǎng)方案。企業(yè)可以通過建設(shè)一張全光網(wǎng)實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)控制、廠區(qū)監(jiān)控、辦公業(yè)務(wù)的統(tǒng)一接入等，完成人、機、物的全面互聯(lián)。此外，還可以按照發(fā)展需要將工業(yè)光網(wǎng)與工廠內(nèi)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，實現(xiàn)工業(yè)光網(wǎng)與工業(yè)以太網(wǎng)、5G、WIFI等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合組網(wǎng)。5（三）工業(yè)光網(wǎng)的總體架構(gòu)1.

工業(yè)光網(wǎng)的總體架構(gòu)工業(yè)光網(wǎng)是工業(yè)

OTN、工業(yè)

PON、工業(yè)光總線等光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的總稱，整體架構(gòu)示意圖見圖

1，企業(yè)可根據(jù)實際的建網(wǎng)需求部署：圖

1

工業(yè)光網(wǎng)的體系架構(gòu)圖工業(yè)

OTN

設(shè)備可以部署于工業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)中的園區(qū)骨干網(wǎng)，用于連接園區(qū)云基礎(chǔ)設(shè)施、園區(qū)公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，此外還可通過部署

OTN

網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)不同園區(qū)的互聯(lián)互通以及園區(qū)到公有云/公共客戶網(wǎng)絡(luò)的連接。工業(yè)

PON

設(shè)備可以部署于企業(yè)車間級和工廠級，用于承載企業(yè)的生產(chǎn)、監(jiān)控和辦公業(yè)務(wù)。此外還可以通過在車間級部署工業(yè)

PON設(shè)備實現(xiàn)工業(yè)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，為不同類型的現(xiàn)場級設(shè)備、傳感器與企業(yè)信息管理和云服務(wù)平臺之間提供基于標準化統(tǒng)一協(xié)議的業(yè)務(wù)承載能力。6工業(yè)光總線設(shè)備可以部署于企業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)場級，用于現(xiàn)場級主站

PLC

之間，或主站與生產(chǎn)網(wǎng)內(nèi)其他從站的全光總線互聯(lián)。2.

工業(yè)光網(wǎng)可實現(xiàn)的價值工業(yè)光網(wǎng)具備傳統(tǒng)光通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點，包括帶寬容量大、損耗低、支持長距離傳送、抗電磁干擾能力強、安全性能和保密性好等。此外針對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的運行特點，工業(yè)光網(wǎng)有著良好的協(xié)議兼容性和管理自主可控能力，可以為工業(yè)企業(yè)帶來可觀的應(yīng)用價值，具體包括：

自主運營和管理能力：工業(yè)光網(wǎng)可完全部署于企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，并可在企業(yè)內(nèi)部設(shè)置管理平臺，提供工業(yè)光網(wǎng)設(shè)備的自主運維和管理能力，使生產(chǎn)、管理數(shù)據(jù)均不出企業(yè)；

網(wǎng)絡(luò)部署靈活便捷：在已部署的工業(yè)光網(wǎng)中新增業(yè)務(wù)節(jié)點，對正在運行的其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點無影響。且工業(yè)光網(wǎng)部署中含有大量無源器件，無需外部電源供電，同時光纖本身具有長距離傳輸、抗電磁干擾、抗雷擊的特點，適用于各類場景；

網(wǎng)絡(luò)開放，可擴展性強：當產(chǎn)線升級或生產(chǎn)業(yè)務(wù)、流程變動時，工業(yè)光網(wǎng)可快速支持產(chǎn)線擴容和改造、支持柔性生產(chǎn)；

自主可控：工業(yè)光網(wǎng)設(shè)備已實現(xiàn)國產(chǎn)化，設(shè)備自主可控程度高，可以保證企業(yè)的信息安全自主治理的要求；

設(shè)備、接口標準化：工業(yè)光網(wǎng)具有國際標準化的設(shè)備體系和統(tǒng)一的接口類型，支持異廠家設(shè)備的互聯(lián)互通；

設(shè)備兼容性：工業(yè)光網(wǎng)設(shè)備支持協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，可將工業(yè)現(xiàn)7場設(shè)備繁多的通信協(xié)議映射為統(tǒng)一的協(xié)議類型進行傳輸；

安全可靠性：當多節(jié)點同時失效時，網(wǎng)絡(luò)中的其余光節(jié)點仍能保持正常通信。根據(jù)以上對工業(yè)光網(wǎng)的概述，本白皮書將探討如何將工業(yè)光網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，為企業(yè)提供一張高質(zhì)量、高可靠、高兼容度、高安全性的網(wǎng)絡(luò)，幫助企業(yè)便捷的實現(xiàn)生產(chǎn)要素全連接。二、工業(yè)光網(wǎng)的應(yīng)用范圍和行業(yè)部署場景（一）工業(yè)光網(wǎng)的應(yīng)用范圍1.

工業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)（1）園區(qū)內(nèi)骨干網(wǎng)連接園區(qū)骨干網(wǎng)主要指園區(qū)公共服務(wù)網(wǎng)，由于園區(qū)內(nèi)企業(yè)眾多，業(yè)務(wù)應(yīng)用豐富，對網(wǎng)絡(luò)帶寬需求大（鏈路采用萬兆甚至100G互聯(lián)通道，接入的各企業(yè)側(cè)需要采用千兆或者萬兆互聯(lián)），同時極為看重網(wǎng)絡(luò)安全和傳輸可靠性。部署網(wǎng)絡(luò)時，需要在設(shè)備性能、帶寬能力、接入用戶能力、安全防護等多個方面進行綜合考慮。工業(yè)光網(wǎng)根據(jù)自身特點可以作為園區(qū)骨干網(wǎng)絡(luò)的部署解決方案。（2）跨園區(qū)協(xié)同隨著智能化生產(chǎn)和柔性制造方式的推廣，企業(yè)需要面向訂單對多個園區(qū)或園區(qū)內(nèi)外的生產(chǎn)資源統(tǒng)籌調(diào)配，可在生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)同供應(yīng)鏈并行組織生產(chǎn)方案，并可對生產(chǎn)運行狀態(tài)進行監(jiān)控。園區(qū)內(nèi)8外協(xié)同應(yīng)支持企業(yè)調(diào)配、組織不同生產(chǎn)網(wǎng)的資源、滿足多個生產(chǎn)網(wǎng)的協(xié)同生產(chǎn)、支持多廠區(qū)的實時數(shù)據(jù)采集等。工業(yè)光網(wǎng)的硬管道、良好的業(yè)務(wù)隔離度和安全性是跨園區(qū)協(xié)同應(yīng)用下很好的解決方案。2.

企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)（1）企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)傳統(tǒng)企業(yè)的信息網(wǎng)絡(luò)分散部署著各類IT管理系統(tǒng)，如MES、PLM、ERP、SCM、CRM

等。為了打破信息孤島、提高運營效率，會將上述分散部署在各服務(wù)器的IT系統(tǒng)集中部署到工廠內(nèi)數(shù)據(jù)中心/云平臺，進行數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，快速決策。不同的部署方式會引起網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變化。無論采用哪種部署方式，均可以采用工業(yè)光網(wǎng)連接各類IT管理系統(tǒng)模塊，作為可靠的信息數(shù)據(jù)承載通道。（2）企業(yè)管理云化隨著云技術(shù)的應(yīng)用，一些企業(yè)的信息系統(tǒng)逐步嘗試在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)應(yīng)用云技術(shù)。當前，越來越多的

IT

軟件也基于云平臺提供服務(wù)。企業(yè)與云基礎(chǔ)設(shè)施的連接需求在增加。工業(yè)光網(wǎng)可作為連接工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)和企業(yè)信息網(wǎng)中云基礎(chǔ)設(shè)施的可靠通道，也可作為企業(yè)私有云和公有云互聯(lián)協(xié)同應(yīng)用的業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)。（3）IT

和

OT

網(wǎng)絡(luò)融合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展使工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出融合、開放、靈活的發(fā)展趨勢，其中融合趨勢帶來了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的扁平化。傳統(tǒng)的“兩層三級”網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)嚴重影響著信息互通的效率，隨著大數(shù)據(jù)分析和邊緣計算業(yè)務(wù)對現(xiàn)場級實時數(shù)據(jù)的采集需求，OT

網(wǎng)絡(luò)中的車間級和現(xiàn)場級將逐步融合（尤其在流程行業(yè)），同時

MES

等信息系統(tǒng)向車間9和現(xiàn)場延伸的需求，推動了

IT

網(wǎng)絡(luò)與

OT

網(wǎng)絡(luò)的融合趨勢。工業(yè)光網(wǎng)可以實現(xiàn)企業(yè)

IT

和

OT

的融合組網(wǎng)以及工業(yè)數(shù)據(jù)可靠有效的在IT

和

OT

間傳輸。3.

工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)（1）生產(chǎn)信息采集生產(chǎn)環(huán)境的信息采集是數(shù)字化、智能化生產(chǎn)的重要前置條件，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能工廠中，企業(yè)級IT管理運營系統(tǒng)對現(xiàn)場實時生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)有著強烈的需求。工業(yè)光網(wǎng)可以作為工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備與企業(yè)IT管理運營系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)承載通道，連接現(xiàn)場級設(shè)備與上層管理實體（如服務(wù)器、SCADA系統(tǒng)等），實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備運行狀態(tài)、運行環(huán)境、傳感器數(shù)據(jù)等生產(chǎn)相關(guān)信息的采集，還可用于生產(chǎn)指令下達、廠區(qū)視頻監(jiān)控等重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的承載。（2）邊緣計算未來超過70%的數(shù)據(jù)和應(yīng)用將在邊緣進行處理。在工業(yè)場景應(yīng)用中，邊緣計算在生產(chǎn)過程的預(yù)測性維護、產(chǎn)品的質(zhì)量保證、以及流程優(yōu)化方面對企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營有很大幫助。此外，企業(yè)還可以基于邊緣計算平臺提高生產(chǎn)工藝與流程的柔性，支撐個性化生產(chǎn)。工業(yè)光網(wǎng)可以提供邊緣計算所需要的數(shù)據(jù)承載通道，還可在數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點設(shè)備中集成計算算力，按需實現(xiàn)邊緣計算功能。（3）柔性生產(chǎn)調(diào)度在個性化定制或批量定制過程中，生產(chǎn)會根據(jù)訂單的切換而發(fā)生變化，這要求生產(chǎn)域能夠根據(jù)需求進行靈活重構(gòu)，智能機器可以10在不同生產(chǎn)域間調(diào)整和遷移。工廠內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)須能夠適應(yīng)快速組網(wǎng)與靈活調(diào)整的需求，工業(yè)光網(wǎng)設(shè)備可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)并采用集中管控以實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的靈活劃域組合，并能夠快速發(fā)現(xiàn)設(shè)備重新組網(wǎng)時出現(xiàn)的問題，指導(dǎo)現(xiàn)場人員快速進行處理。此外，工業(yè)光網(wǎng)還可以滿足智能化生產(chǎn)對網(wǎng)絡(luò)時延、抖動、帶寬提的更高要求。（二）工業(yè)光網(wǎng)的行業(yè)應(yīng)用場景工業(yè)光網(wǎng)的應(yīng)用場景涵蓋生產(chǎn)制造與企業(yè)信息化的各個環(huán)節(jié)。按照從內(nèi)到外劃分，主要包括企業(yè)內(nèi)部各要素互聯(lián)的智能化生產(chǎn)、個性化定制以及企業(yè)不同生產(chǎn)網(wǎng)和供應(yīng)鏈之間的或企業(yè)與云平臺之間的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同等應(yīng)用場景。1.

工業(yè)光網(wǎng)在離散制造業(yè)的場景應(yīng)用（1）網(wǎng)絡(luò)的特點和面臨的挑戰(zhàn)離散制造業(yè)中的制造的產(chǎn)品往往由多個零件經(jīng)過一系列并不連續(xù)的工序加工裝配而成，因此涉及的生產(chǎn)終端類型較多，數(shù)字化生產(chǎn)背景下企業(yè)會非常關(guān)注產(chǎn)品各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息采集。一般離散制造企業(yè)車間生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)通常包括物料、加工設(shè)備、工裝、加工過程、質(zhì)量等，涉及了制造執(zhí)行中的各個環(huán)節(jié)，導(dǎo)致離散制造業(yè)車間管理過程復(fù)雜，接入終端數(shù)量繁多?？傮w來說，離散制造業(yè)的數(shù)據(jù)管理網(wǎng)絡(luò)存在以下問題：

制品情況，成產(chǎn)設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)未能按需送達管理層；

接入終端數(shù)量繁多，網(wǎng)絡(luò)帶寬無法支持；

數(shù)據(jù)采集的實時性不能滿足要求，造成企業(yè)對市場變化的響應(yīng)速度慢；11

企業(yè)級管理信息難以深入到車間級和設(shè)備層；

傳統(tǒng)交換機組網(wǎng)方案設(shè)計導(dǎo)致機柜多，網(wǎng)絡(luò)重載。（2）工業(yè)光網(wǎng)在傳統(tǒng)汽車制造行業(yè)的應(yīng)用和創(chuàng)造的價值某汽車零件制造企業(yè)需要建立車間信息高速通道，實現(xiàn)現(xiàn)場級生產(chǎn)終端和數(shù)據(jù)采集、MES

等信息系統(tǒng)的高速連接。經(jīng)過多種方案比較，企業(yè)最終選擇部署工業(yè)光網(wǎng)，基于工業(yè)PON

技術(shù)建設(shè)其智慧制造車間高速網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，組網(wǎng)架構(gòu)見圖

2。其組網(wǎng)方案為：

OLT通過以太網(wǎng)接口上聯(lián)SCADA系統(tǒng)，通過PON接口接入ONU設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)控機床、擰緊機等工業(yè)設(shè)備與上層系統(tǒng)的聯(lián)通；

ODN系統(tǒng)利用現(xiàn)布放的光纖，在車間通信柜中增加分光器增加設(shè)備尾纖實現(xiàn)；

ONU網(wǎng)絡(luò)在安裝車間通信柜中，利用現(xiàn)有五類線布線接入到各種數(shù)控機床、擰緊機以及工業(yè)設(shè)備。ONU采用模塊化設(shè)計，基本單元不變，通過配置不同的模塊適配不同的業(yè)務(wù)和協(xié)議，降低了部署成本；

ONU下掛多業(yè)務(wù)智能工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，該網(wǎng)關(guān)集成有RS232/485、以太網(wǎng)、數(shù)字和模擬接口等多種輸入資源，實現(xiàn)對各種總線的工業(yè)現(xiàn)場級設(shè)備的接入和數(shù)據(jù)采集。智能網(wǎng)關(guān)將采集到的信號進行統(tǒng)一的協(xié)議、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將車間生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息采集匯聚到SCADA系統(tǒng)，為MES系統(tǒng)提供設(shè)備的實時信息，同時為MES系統(tǒng)提供設(shè)備管理和工藝下發(fā)的鏈路。12圖

2

工業(yè)

PON

在智能化車間應(yīng)用組網(wǎng)架構(gòu)圖通過工業(yè)

PON

的部署為客戶實現(xiàn)了以下價值：

實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)扁平化和大帶寬、多業(yè)務(wù)承載：全光纖組網(wǎng)，采用二層扁平架構(gòu)，實現(xiàn)彈性擴容。支持多業(yè)務(wù)接口，滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)控制、數(shù)據(jù)采集、無線專網(wǎng)承載、行政辦公各種應(yīng)用場景。實現(xiàn)低時延、大流量，滿足承載工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、無線承載等各種業(yè)務(wù)工廠實際應(yīng)用需求；

實現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集分析：通過在工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)中內(nèi)置數(shù)據(jù)采集模塊，能夠低成本實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通和車間生產(chǎn)全基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集，客戶通過監(jiān)控和分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了產(chǎn)線良品率的大幅提升，顯著提高利潤；

提高了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和安全性：抗電磁干擾能力強，采用無源設(shè)備，組網(wǎng)簡單，提高了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。通過雙路光纖保護、雙機熱備、工業(yè)級ONU滿足了廠區(qū)安全性要求。（3）工業(yè)光網(wǎng)在智能化產(chǎn)線的場景應(yīng)用和創(chuàng)造的價值圖3是某企業(yè)的智能電子元器件組裝測試生產(chǎn)線中每個環(huán)節(jié)對其13工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的性能需求總覽。圖3

智能電子元器件組裝測試生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)性能需求總覽企業(yè)智能化產(chǎn)線的生產(chǎn)流程包括SMT貼片加工、焊接、測試、整機等環(huán)節(jié)。企業(yè)很快發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)性能無法支持智能化的生產(chǎn)模式，具體表現(xiàn)在：

AOI高清晰度的過程圖片達到450M/張，每天上傳照片1200張+/臺，數(shù)據(jù)量大，只能經(jīng)過壓縮才能上傳。壓縮后可到20~30M，但由于壓縮比較大，清晰度只能支撐基本分析；

部分現(xiàn)場級生產(chǎn)終端的日志要求達到秒級實時上傳，且經(jīng)常有數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象；

貼片機拋料、貼片影像文件每臺設(shè)備均會生成，每臺設(shè)備每天生成的文件量巨大，可達到1萬+個，目前無法支撐數(shù)據(jù)的實時上傳。工業(yè)企業(yè)通過選擇工業(yè)PON技術(shù)組建支撐其智慧制造車間高速業(yè)務(wù)承載和數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)架構(gòu)見圖4。組網(wǎng)方案為：14圖4

智能產(chǎn)線采用工業(yè)PON技術(shù)組網(wǎng)架構(gòu)圖

ONU安裝在線槽立柱內(nèi)以節(jié)省空間；

采用兩級分光以連接不同區(qū)域的生產(chǎn)設(shè)備，其中一級分光器安裝在橋架線槽內(nèi)；二級分光器安裝在本槽立柱內(nèi)。通過工業(yè)光網(wǎng)的部署為客戶實現(xiàn)了以下價值：

實現(xiàn)了各類生產(chǎn)終端的網(wǎng)絡(luò)連接，通過部署工業(yè)PON設(shè)備提供了足夠的帶寬承載能力?？梢詽M足大帶寬應(yīng)用，如AOI高清晰度照片的傳輸?shù)?，工業(yè)企業(yè)利用生產(chǎn)終端上送的數(shù)據(jù)實現(xiàn)更深度的分析功能；

業(yè)務(wù)通過光纖承載和基于時分復(fù)用的通道化傳輸方式，大大降低了傳輸時延，有利于承載時延敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如貼片機日志信息等；

網(wǎng)絡(luò)部署通過大量ONU和小型化的無源器件，無需額外的機房，相比傳統(tǒng)交換機方案提供了更靈活部署方式。2.

工業(yè)光網(wǎng)在智慧礦山的行業(yè)應(yīng)用（1）網(wǎng)絡(luò)的特點和面臨的挑戰(zhàn)智慧礦山的建網(wǎng)環(huán)境非常復(fù)雜，很多的作業(yè)環(huán)境是在深井下。15為實現(xiàn)采礦工作面和掘進工作面的智慧化，網(wǎng)絡(luò)的部署既要能覆蓋井上的設(shè)備生產(chǎn)區(qū)、辦公管理區(qū)、職工生活區(qū)，又需覆蓋各類深井下的生產(chǎn)區(qū)域。網(wǎng)絡(luò)功能方面，既要提供生產(chǎn)終端設(shè)備的信息上傳，還要提供礦山整體環(huán)境的監(jiān)控功能。這都對網(wǎng)絡(luò)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性、靈活性和擴展性提出了很高的要求。（2）工業(yè)光網(wǎng)的應(yīng)用工業(yè)光網(wǎng)解決方案以其安全可靠、極簡部署、可視運維、靈活擴展等特點適用于礦山安全監(jiān)控網(wǎng)及遠程生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)；同時為礦山園區(qū)及生活區(qū)提供高質(zhì)量的辦公和生活網(wǎng)絡(luò)覆蓋，是建設(shè)智慧礦山網(wǎng)絡(luò)的理想方案。以某煤礦企業(yè)為例，企業(yè)當前網(wǎng)絡(luò)采用的是以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，連接分布在井上和井下各個機房及變電所的交換機上，由于有線網(wǎng)絡(luò)傳輸距離近、維護節(jié)點多，并不能連接覆蓋礦區(qū)全部的自動化設(shè)備。企業(yè)希望通過升級原有網(wǎng)絡(luò)提高生產(chǎn)園區(qū)的生產(chǎn)設(shè)備入網(wǎng)率，建設(shè)生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，另一方面希望通過網(wǎng)絡(luò)升級實現(xiàn)全礦井管控一體化，同時保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的安全性、可靠性及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備未來的可擴容性以及易維護性。最終該企業(yè)選擇部署工業(yè)光網(wǎng)的工業(yè)

PON

技術(shù)建設(shè)其礦區(qū)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在光纖資源稀缺的情況下，可以采用合分波方式，節(jié)省光纖資源，組網(wǎng)架構(gòu)見圖

5。組網(wǎng)方案為：16圖

5

工業(yè)光網(wǎng)應(yīng)用于礦山行業(yè)的組網(wǎng)架構(gòu)圖

工業(yè)光網(wǎng)基于成熟的工業(yè)PON技術(shù)，礦井上的調(diào)度室中心機房配置雙OLT（主用與備用），地面和井下采用工業(yè)ONU設(shè)備連接生產(chǎn)終端；

通過單根光纖實現(xiàn)PON數(shù)據(jù)和5G數(shù)據(jù)的大帶寬傳輸。井上OLT與BBU下發(fā)的數(shù)據(jù)通過有源合波設(shè)備合波，并通過單根光纖傳輸至井下，使用無源分波設(shè)備進行分波，OLT下發(fā)的數(shù)據(jù)經(jīng)過PON網(wǎng)絡(luò)傳輸至ONU，BBU下發(fā)的數(shù)據(jù)通過RHUB傳輸至pRRU；

地面和井下的ONU設(shè)備負責(zé)各區(qū)域的業(yè)務(wù)接入，各區(qū)域的設(shè)備將采取就近接入的方式接入工業(yè)ONU設(shè)備中；

采用光纖預(yù)連接的建設(shè)方案，光纖間采用預(yù)置連接盒的方式進行連接，無需在礦山現(xiàn)場進行熔纖，降低了現(xiàn)場熔纖的操作難度和施工危險性；

工業(yè)ONU設(shè)備負責(zé)將地面和井下將各區(qū)域的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集后17上傳到地面調(diào)度機房的OLT設(shè)備中，再由OLT設(shè)備將數(shù)據(jù)上傳到本地區(qū)的云數(shù)據(jù)管理平臺；

考慮到礦區(qū)存在長鏈組網(wǎng)的應(yīng)用場景，OLT與工業(yè)ONU的網(wǎng)絡(luò)連接采用不等比分光器架構(gòu)的手拉手保護的鏈式組網(wǎng)方式。

在光纖資源富余的情況下，可以采用5G數(shù)據(jù)與PON數(shù)據(jù)獨立回傳的方案。（3）為客戶創(chuàng)造的價值

通過工業(yè)光網(wǎng)的部署，實現(xiàn)了生產(chǎn)終端在井上與井下的按需數(shù)據(jù)采集，保證了其安全使用；

礦區(qū)采用光纖作為傳輸?shù)拿浇?，可傳輸距離遠，覆蓋范圍大，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性高；

井上到井下間全部為無源器件組網(wǎng)，降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難度，也降低了防爆箱數(shù)量和防爆成本；

礦區(qū)傳統(tǒng)采用交換機組網(wǎng)的方案，每個交換機都是IP管理節(jié)點，造成部分數(shù)據(jù)分散在礦下的眾多位置。工業(yè)PON采用集中管理，所有數(shù)據(jù)都匯聚到OLT“大腦”，ONU像“四肢”，井下的工業(yè)ONU不是獨立的管理節(jié)點，統(tǒng)一在OLT上進行集中管理。數(shù)據(jù)從井下全部遷移到井上，極大提升礦業(yè)安全，易于管理；

井下區(qū)域復(fù)雜，且涉及動態(tài)作業(yè)，需要靈活接入各種傳感器、攝像頭。工業(yè)ONU的部署形態(tài)較多，除傳統(tǒng)的盒式形態(tài)外，還可采用小型模塊化SFP

ONU的形態(tài)。如終端設(shè)備支持，可18做到即插即用。同時，工業(yè)ONU承載WLAN

AP的WiFi回傳，對無法鋪設(shè)光纖的地區(qū)也可采用無線方式接入；

礦山行業(yè)為重型作業(yè)現(xiàn)場，網(wǎng)絡(luò)的保護和狀態(tài)預(yù)警是應(yīng)用與維護關(guān)注的關(guān)鍵問題。工業(yè)PON支持采用斷纖檢測技術(shù)，可以對部署的光纖精確到米進行檢測，幫助礦區(qū)實現(xiàn)故障快速診斷，高效運維。同時支持多點斷纖保護，提升了網(wǎng)絡(luò)的安全性。3.

工業(yè)光網(wǎng)在綜合管廊場景的應(yīng)用（1）網(wǎng)絡(luò)的特點和面臨的挑戰(zhàn)綜合管廊是地下城市管道的綜合走廊，即在城市地下建造一個隧道空間，將電力、通信，燃氣、供熱、給排水等各種工程管線集于一體，是保障城市運行的重要基礎(chǔ)設(shè)施。綜合管廊中部署網(wǎng)絡(luò)與礦山場景相似，都會受到環(huán)境的影響。由于綜合管廊空間狹小，部分管廊環(huán)境較差，因此需要保證網(wǎng)絡(luò)部署的健壯性和可靠性，如網(wǎng)絡(luò)在單點或多點掉電/故障時其它節(jié)點仍能正常工作。采用傳統(tǒng)的工業(yè)交換機方案部署管廊網(wǎng)絡(luò)時存在纜線傳輸距離受限、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點供電難、無法提供鏈路保護等難點。而工業(yè)光網(wǎng)可以利用其架構(gòu)中無源網(wǎng)絡(luò)的部署特點，建設(shè)無需供電的光纖分配網(wǎng)絡(luò)，且網(wǎng)絡(luò)符合燃氣管線等環(huán)境的防爆要求，非常適合在綜合管廊場景應(yīng)用部署。（2）工業(yè)光網(wǎng)的應(yīng)用在某綜合管廊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目中，用戶希望為管廊內(nèi)的生產(chǎn)終端設(shè)備（如隧道機器人）、監(jiān)控設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測設(shè)備等提供統(tǒng)一的數(shù)19據(jù)回傳網(wǎng)絡(luò)。最終用戶選擇采用工業(yè)光網(wǎng)中的工業(yè)

PON

技術(shù)作為統(tǒng)一的回傳網(wǎng)絡(luò)。其組網(wǎng)架構(gòu)見圖

6。網(wǎng)絡(luò)部署方案包括：圖

6

綜合管廊應(yīng)用組網(wǎng)架構(gòu)圖

管廊里的終端設(shè)備采用支持多業(yè)務(wù)接入的ONU設(shè)備，提供標準的RJ45接口接入大帶寬視頻業(yè)務(wù)，提供RS485適配傳統(tǒng)窄帶傳感器數(shù)據(jù)接口，提供統(tǒng)一的光纖回傳至OLT設(shè)備；

ONU采用雙上行雙歸屬的方案，實現(xiàn)了路徑與根設(shè)備的1+1備份。其中ONU采用鏈狀組網(wǎng)，并采用了不等比分光和手拉手保護；

主備OLT設(shè)備放置于企業(yè)控制室內(nèi)，雙上聯(lián)至控制室的核心交換機。（3）為客戶實現(xiàn)的價值：

在管廊的部署場景中，工業(yè)PON設(shè)備采用長鏈組網(wǎng)，同時ONU20采用了雙上行雙歸屬的方案，實現(xiàn)了路徑與根設(shè)備的1+1備份，相對于傳統(tǒng)工業(yè)交換機方案更具優(yōu)勢的數(shù)據(jù)傳輸方式，提升了網(wǎng)絡(luò)的健壯性；

工業(yè)PON的組網(wǎng)方案中有大量的無源器件，可擺脫管廊中環(huán)境導(dǎo)致的供電限制；

采用光纖作為傳輸介質(zhì)，可提供最遠20公里的傳輸距離，適合管廊的長距離傳輸。4.

工業(yè)光網(wǎng)在油氣行業(yè)的應(yīng)用（1）網(wǎng)絡(luò)的特點和面臨的挑戰(zhàn)油氣行業(yè)也在進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，要實現(xiàn)“數(shù)字化”，首先需要將油氣生產(chǎn)現(xiàn)場的資產(chǎn)和設(shè)備連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中以實現(xiàn)生產(chǎn)的自動監(jiān)控和診斷，之后需要連通不同的站場/作業(yè)區(qū)以及產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)方，實現(xiàn)生產(chǎn)、運輸、物流、倉儲的統(tǒng)一化管理。數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來了接入節(jié)點數(shù)量的增多，對網(wǎng)絡(luò)的帶寬容量有了更高的需求。此外油氣行業(yè)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入點位置分散、部分接入點位距離可達十幾公里，不同的作業(yè)區(qū)之間更可達幾十公里，因此需要在接入網(wǎng)支持業(yè)務(wù)遠距離接入的能力、在骨干網(wǎng)支持大跨段傳輸。另外油氣行業(yè)對網(wǎng)絡(luò)部署環(huán)境比較敏感，要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有抗電磁干擾、防爆、防腐蝕的能力，也需要提供網(wǎng)絡(luò)保護策略。（2）工業(yè)光網(wǎng)的應(yīng)用在某油氣田網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目中，用戶通過工業(yè)光網(wǎng)搭建了油氣田21的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，其組網(wǎng)架構(gòu)見圖7。圖7

工業(yè)光網(wǎng)在油氣行業(yè)的應(yīng)用組網(wǎng)圖油氣田采用多級管理，包含分公司、氣礦、作業(yè)區(qū)、中心站、分站等。在組網(wǎng)架構(gòu)方面，作業(yè)區(qū)到中心站、中心站到分站采用樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，大部分距離小于20KM，以星型網(wǎng)絡(luò)為主。而作業(yè)區(qū)間跨段距離可達幾十公里，采用環(huán)網(wǎng)部署，具體工業(yè)光網(wǎng)的部署方案包括：

在分站與中心站間采用工業(yè)PON技術(shù)部署。其中將分站的每個接入點（PLC數(shù)據(jù)輸出點、環(huán)境監(jiān)控數(shù)據(jù)采集點等）接入22到工業(yè)ONU，每個ONU可接入多個接入點數(shù)據(jù)，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模在每個分站設(shè)置多個接入點位；

在中心站放置OLT設(shè)備，數(shù)據(jù)通過分站的工業(yè)ONU接入到中心站的OLT設(shè)備，并通過OLT設(shè)備匯聚上送至數(shù)據(jù)管理平臺；

在接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全方面，接入點采用工業(yè)PON的TypeC手拉手保護功能，提供端到端的雙鏈路備份傳輸，遇到光纖中斷可實現(xiàn)毫秒(ms)級的鏈路切換；

不同的站場/作業(yè)區(qū)間采用OTN技術(shù)組建環(huán)網(wǎng)互聯(lián)，可以提供大帶寬的同時又能保證網(wǎng)絡(luò)的安全性和生存能力，以滿足未來數(shù)字油田建設(shè)對高帶寬的需求。

在骨干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全方面，通過配置OTN網(wǎng)絡(luò)采用SNCP的保護方式。可以支持環(huán)網(wǎng)50ms的保護倒換時間。（3）為客戶實現(xiàn)的價值

工業(yè)光網(wǎng)的工業(yè)PON技術(shù)采用中心到邊緣的樹形組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，非常匹配油氣行業(yè)作業(yè)區(qū)內(nèi)的主站到分站的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。不同作業(yè)區(qū)間采用OTN網(wǎng)絡(luò)以支持大帶寬傳輸，滿足公司對多氣礦的統(tǒng)一管理，并且網(wǎng)絡(luò)具有良好的擴展性；

接入點的工業(yè)ONU和OLT和之間最大距離可達20km，可以滿足不同分站不同點位的接入需求；OTN環(huán)網(wǎng)兩節(jié)點間跨段支持100km以上，可以滿足不同距離的作業(yè)區(qū)組環(huán)的要求；

工業(yè)級的OTN/OLT/ONU設(shè)置可支持-40~70度工業(yè)寬溫、工業(yè)級防護、雙電源保護等，使油氣室外應(yīng)用更加可靠;23

油氣傳輸距離遠，工業(yè)光網(wǎng)具備豐富的光路診斷和檢測能力，可進行m級精準斷纖檢測機制，精確管理網(wǎng)絡(luò)和報障維護；

工業(yè)光網(wǎng)可提供端到端的雙鏈路備份傳輸，光纖中斷后可實現(xiàn)ms級的鏈路切換，具有很高的可靠性。5.

工業(yè)光網(wǎng)在搭建光產(chǎn)品自動化測試平臺的應(yīng)用（1）網(wǎng)絡(luò)的特點和面臨的挑戰(zhàn)工業(yè)自動化產(chǎn)品測試平臺是工業(yè)企業(yè)針對生產(chǎn)的產(chǎn)品在制造階段性能測試環(huán)節(jié)搭建的自動化工具。它將產(chǎn)品性能測試環(huán)節(jié)所需要的儀器儀表和被測的生產(chǎn)件通過網(wǎng)絡(luò)進行連接，采用集中控制的方式操作儀器儀表進行遠程測試，并可以通過配置自動化腳本實現(xiàn)對生產(chǎn)件的自動測試和定時測試，測試的數(shù)據(jù)可以在平臺中存儲、分析。搭建工業(yè)自動化產(chǎn)品測試平臺時需要做到：生產(chǎn)無間斷，消除儀表因素對生產(chǎn)的影響；縮短整體測試時間，規(guī)避人員操作因素的影響，加速產(chǎn)品及資金周轉(zhuǎn)；高效利用昂貴的光儀表，既充分發(fā)揮各項功能，又實現(xiàn)更好地維護保養(yǎng)。（2）工業(yè)光網(wǎng)的應(yīng)用某企業(yè)通過工業(yè)光網(wǎng)搭建的海量光產(chǎn)品調(diào)試、測量自動化平臺（光儀表云），很好的解決了企業(yè)在制造階段產(chǎn)品性能測試環(huán)節(jié)的生產(chǎn)瓶頸問題。通過工業(yè)光網(wǎng)搭建工業(yè)自動化測試平臺的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖見圖

8，網(wǎng)絡(luò)部署方案包括：24圖

8

光儀表云總體架構(gòu)圖

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中將儀表形成儀表云，按需調(diào)用，改善之前被測品光指標測試要經(jīng)過多個工位才能完成。周轉(zhuǎn)次數(shù)多，操作復(fù)雜，重復(fù)動作多的問題。在邏輯功能上劃分為儀表云本身及配套的光路選擇兩部分；

物理上將可集中部署的儀表統(tǒng)一放置在控溫控濕的儀表室內(nèi)，由專業(yè)人員統(tǒng)一管理維護及定期標定，以確保儀表處于正常工作狀態(tài)。對于光纖連接采用熔接/纏繞包裹等方式，以降低光纖連接損耗；

通過工業(yè)光網(wǎng)的全光交換技術(shù)搭建自動化測試平臺連接儀表云中的測試儀表與被測裝備，通過云儀表服務(wù)器控制采用全光交換隨選路徑，以使用儀表云中的儀表對裝備執(zhí)行測試；

一臺光儀表具備多項功能，在測試時往往需要處理上傳測試數(shù)據(jù)后才能進行下一項工作，這導(dǎo)致在測試多項指標時出現(xiàn)等待，延長了整體測試時間?？蓪x表通過虛擬化，分解為25多項邏輯功能。通過對多臺儀表邏輯功能的小顆?；{(diào)度，可以實現(xiàn)對同一設(shè)備多項指標不間斷的測試，節(jié)約測試時間。同時一臺儀表也可被動態(tài)調(diào)用于不同設(shè)備的測試，提高了儀表利用率；

由于不同產(chǎn)線的工位數(shù)量不同，測試項目也有不同，需要結(jié)合儀表云的能力做各工序的編排，采用人工事前預(yù)配置效率低，采用固定編排也不適應(yīng)產(chǎn)線柔性工作，靈活性差。通過自動化測試平臺對測試儀表和被測裝備進行全連接后，結(jié)合智能編排算法，通過令牌環(huán)動態(tài)分配儀表的邏輯功能、按預(yù)測總用時最短的組合編排測試過程，從而實現(xiàn)最優(yōu)編排。（3）為客戶實現(xiàn)的價值

通過儀表云化，將昂貴的光儀表資源池化，規(guī)避了儀表故障/維修/保養(yǎng)對生產(chǎn)操作的影響，保證整體產(chǎn)線的稼動率最優(yōu)；

在組網(wǎng)技術(shù)上，通過工業(yè)光網(wǎng)的全光交換技術(shù)搭建的工業(yè)自動化測試平臺將全廠區(qū)（2km內(nèi))光檢測需求集中，并通過虛擬化，將儀表分解多個可獨立調(diào)度的邏輯功能，實現(xiàn)儀表資源供給池化。此外通過智能隨需編排功能，實現(xiàn)需求的自動預(yù)測與資源的自動編排，簡化了操作，節(jié)約了整體測試時間；

光產(chǎn)品自動化測試平臺（儀表云）運行多年，相應(yīng)制造/測試工序無間斷；相比傳統(tǒng)的測試檢驗環(huán)節(jié)，其平均測試時間縮短了10%,

加快了相應(yīng)產(chǎn)品的成本和資金周轉(zhuǎn)率；新的制造、測試工序上線時間僅為之前的50%；節(jié)約了儀表采購/維26護費。方案具有很好的參考借鑒價值。三、工業(yè)光網(wǎng)的典型技術(shù)（一）工業(yè)

OTN1.

技術(shù)背景OTN

是光傳送網(wǎng)（Optical

Transport

Network）的簡稱，是繼SDH

和

WDM

技術(shù)之后的新一代大顆粒光網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用在運營商網(wǎng)絡(luò)和行業(yè)專網(wǎng)。OTN

技術(shù)是電域和光域技術(shù)的融合，其中電域采用基于容器的業(yè)務(wù)承載方式，支持大顆粒業(yè)務(wù)的直接映射。光域以

WDM（波分復(fù)用）技術(shù)為基礎(chǔ)，引入了豐富的光層管理維護開銷，可根據(jù)用戶的實際應(yīng)用需求選擇。工業(yè)

OTN

不僅具有

OTN

光域和電域的技術(shù)特點，還可適用于復(fù)雜的工業(yè)場景，需要針對高低溫范圍、濕度、防塵、供電方式等進行相應(yīng)的加強和改進，以便為工業(yè)企業(yè)提供可靠的大容量、遠距離傳輸，此外在一些工業(yè)場景下還可以應(yīng)用其小顆粒技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)提供精細化的承載和維護管理能力。272.

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中的位置圖

9

工業(yè)

OTN

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中的位置工業(yè)

OTN

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中的位置見圖

9。根據(jù)

OTN技術(shù)的特點，在工業(yè)園區(qū)內(nèi)可通過工業(yè)

OTN

構(gòu)建園區(qū)骨干網(wǎng)絡(luò)，提供企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和園區(qū)公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)及云數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)。在工業(yè)園區(qū)間，OTN

技術(shù)可用于不同園區(qū)間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、園區(qū)與公有云/公用客戶網(wǎng)絡(luò)的連接。一些工業(yè)園區(qū)在其前期的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)部署了基于

SDH/MSTP

技術(shù)的業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)，但隨著生產(chǎn)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，自動化設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備的增加等，需要對業(yè)務(wù)傳送網(wǎng)進行升級和擴容，工業(yè)

OTN

可作為優(yōu)選的解決方案。3.

針對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需求的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用

支持業(yè)務(wù)透明承載工業(yè)OTN的接口定義遵循國際標準ITU-T

G.709的規(guī)定，支持多種業(yè)務(wù)類型信號的映射封裝，支持大顆粒業(yè)務(wù)直接映射的幀適配方式，傳輸效率高。此外工業(yè)OTN不對數(shù)據(jù)幀封裝的業(yè)務(wù)進行任何更改，28保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹巴该鞫取保瑵M足工業(yè)企業(yè)對生產(chǎn)信息的安全性要求。

保護機制豐富工業(yè)

OTN

設(shè)備提供了豐富的可靠性和網(wǎng)絡(luò)生存性機制，不僅硬件設(shè)備可以滿足復(fù)雜工業(yè)場景的環(huán)境和應(yīng)用要求，在組網(wǎng)上還具有多種保護機制，可以分別基于

OTN

網(wǎng)絡(luò)的光層、電層執(zhí)行鏈路的保護與恢復(fù)策略，且保護恢復(fù)時間滿足電信級要求，小于

50ms。

OSU

OTN工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)中，傳統(tǒng)E1/2M等小顆粒業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的直接承載，需要通過多次映射后進行傳輸。OSU

OTN技術(shù)在現(xiàn)有的OTN架構(gòu)體系的基礎(chǔ)上，定義了靈活彈性的新容器，可以提供小顆粒度業(yè)務(wù)（顆粒度可達2M）的直接映射，從而簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提高了帶寬利用率，這對傳輸2M業(yè)務(wù)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)具有很好的適用性。4.

為用戶實現(xiàn)的價值

滿足園區(qū)互聯(lián)帶寬需求工業(yè)OTN可以提供大帶寬的傳輸通道，支持100G以上的接口速率，能夠滿足工業(yè)園區(qū)骨干網(wǎng)絡(luò)或園區(qū)間協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)帶寬需求。

提供低時延/低抖動的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時延穩(wěn)定性是低時延網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)保障，缺乏穩(wěn)定性的時延，片刻的故障甚至抖動都會給用戶帶來不可預(yù)計的損失。工業(yè)OTN在提供高帶寬的同時，可以保證端到端網(wǎng)絡(luò)的低時延/低抖動穩(wěn)定性。

靈活組網(wǎng)29針對工業(yè)園區(qū)骨干網(wǎng)絡(luò)或園區(qū)間協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜的工業(yè)應(yīng)用場景，工業(yè)OTN支持多種組網(wǎng)拓撲，包括環(huán)形、鏈型、環(huán)帶鏈等組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并可提供光層業(yè)務(wù)調(diào)度、電層業(yè)務(wù)調(diào)度和混合業(yè)務(wù)調(diào)度，支持靈活的組網(wǎng)方式。

運維便捷提供統(tǒng)一運維管理平臺，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視化：直觀顯示業(yè)務(wù)狀態(tài)信息，實時監(jiān)控和顯示業(yè)務(wù)時延數(shù)據(jù)；業(yè)務(wù)下發(fā)自動化：自動部署，集中調(diào)度資源，業(yè)務(wù)快速開通；運維智能化：自動檢查網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，提供資源健康、故障風(fēng)險識別等報表，提升運維效率。（二）

工業(yè)

PON1.

技術(shù)背景工業(yè)

PON

系統(tǒng)由局端

OLT(光線路終端)、用戶端

ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)、連接局端和用戶端設(shè)備的

ODN(光分配網(wǎng)絡(luò))組成，具體架構(gòu)可見圖

10，采用單纖雙向、點到多點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。下行方向（OLT

到ONU）為廣播選收，上行方向（ONU

到

OLT）采用時分多址接入（TDMA）方式對各

ONU

的數(shù)據(jù)發(fā)送進行調(diào)度。ODN

由光纖和一個或者多個無源光分路器等無源光器件組成，在

OLT

和

ONU

之間采用光纖連接。30圖

10

工業(yè)

PON

系統(tǒng)參考架構(gòu)相較于傳統(tǒng)銅纜以太網(wǎng)技術(shù)，PON

技術(shù)具有以下優(yōu)點：通過無源器件組網(wǎng)，受電磁干擾和雷電影響較小；采用自愈形網(wǎng)絡(luò)支持并聯(lián)，切換時間短、抵抗失效能力強；點到多點傳輸架構(gòu)，終端并行接入，部署靈活；僅需單根光纖傳輸，最遠可覆蓋

20

公里范圍。在工業(yè)

PON

系統(tǒng)中，除具有傳統(tǒng)

PON

系統(tǒng)的功能外，接入網(wǎng)關(guān)（ONU）還可以作為開放平臺，配置多種嵌入式數(shù)據(jù)采集功能，包括OPC

數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等，支持網(wǎng)關(guān)與

PLC、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)裝備的通信。同時，ONU

支持集成開源或者客戶定制化的工業(yè)應(yīng)用，進行個性化工業(yè)數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換處理，并與工業(yè)云平臺進行交互。在部署工業(yè)

PON

系統(tǒng)時，OLT

設(shè)備提供集中化的數(shù)據(jù)處理、交換和控制功能。ONU

設(shè)備處于終端側(cè)，可以提供以太網(wǎng)

RJ45、Wi-Fi

等多種常規(guī)網(wǎng)絡(luò)用戶側(cè)接口，以及

RS485/RS232、CAN

等多種工業(yè)類型的業(yè)務(wù)接口。ONU

設(shè)備采集的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過

ODN

網(wǎng)絡(luò)匯聚到

OLT設(shè)備側(cè)，由

OLT

設(shè)備北向接口傳輸給企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的上層實體（如云平臺服務(wù)器、MES

系統(tǒng)等），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)指令下達等功能。312.

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中的位置圖

11

工業(yè)

PON

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中的位置工業(yè)

PON

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中的位置見圖

11，參考工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（版本

2.0）》白皮書和《工業(yè)

PON2.0》白皮書。工業(yè)

PON

技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中的車間級網(wǎng)絡(luò)位置。即通過工業(yè)級接入網(wǎng)關(guān)（ONU）設(shè)備實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)到設(shè)備層的連接，通過光分配網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等到匯聚網(wǎng)關(guān)（OLT）的集中，最終通過匯聚網(wǎng)關(guān)（OLT）與企業(yè)

IT

網(wǎng)絡(luò)的對接，從而實現(xiàn)企業(yè)

OT

和

IT融合組網(wǎng)及工業(yè)數(shù)據(jù)的可靠有效傳輸。此外，工業(yè)

PON

也可應(yīng)用在工廠級網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)辦公網(wǎng)中，用于承載企業(yè)的管理信息數(shù)據(jù)，并按需將數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的骨干節(jié)點。323.

針對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需求的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用

低時延技術(shù)工業(yè)PON系統(tǒng)下行采用廣播選收機制，可以保證穩(wěn)定的傳輸時延，一般可達100μs量級；上行方向的TDMA機制經(jīng)過優(yōu)化以后，也可達到200μs量級的時延能力；未來通過進一步的傳輸機制優(yōu)化，將具備更低時延的性能。

數(shù)據(jù)安全機制工業(yè)PON的ONU終端接入需要網(wǎng)管系統(tǒng)進行統(tǒng)一認證注冊，避免了仿冒終端接入的安全隱患；數(shù)據(jù)傳輸支持多種加密算法（國密、AES等），具備成熟可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸安全傳輸機制。

網(wǎng)絡(luò)切片工業(yè)PON具備網(wǎng)絡(luò)切片能力，一臺物理OLT設(shè)備可以虛擬化為多個邏輯OLT設(shè)備切片，每個切片之間的網(wǎng)絡(luò)資源分配、系統(tǒng)管理權(quán)限相互獨立，在用戶角度來看等同于多臺獨立的物理設(shè)備，這種網(wǎng)絡(luò)切片可以用于對工業(yè)企業(yè)多種業(yè)務(wù)子網(wǎng)的融合承載。

邊緣計算工業(yè)PON設(shè)備可支持基于通用硬件架構(gòu)和軟件平臺的邊緣計算能力，將工業(yè)產(chǎn)線的數(shù)據(jù)計算處理能力轉(zhuǎn)移到邊緣側(cè)，并通過結(jié)合特有的深度學(xué)習(xí)算法，在邊緣測進行模型推理，可有效降低傳輸時延。針對一些機器視覺類業(yè)務(wù)，還可以降低視頻類數(shù)據(jù)傳輸帶寬，提升計算效率。

開放平臺技術(shù)33工業(yè)PON提供開放的軟硬件平臺架構(gòu)，通過容器和應(yīng)用分離技術(shù)賦能多廠商協(xié)同實現(xiàn)工業(yè)協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，完成異構(gòu)通信協(xié)議到統(tǒng)一協(xié)議的映射。工業(yè)PON

ONU設(shè)備開放平臺的架構(gòu)見圖12。圖

12

ONU

側(cè)開放平臺的架構(gòu)接入網(wǎng)關(guān)(ONU)軟件由平臺軟件和應(yīng)用軟件組成。平臺軟件支持容器功能和應(yīng)用軟件管理功能。平臺容器提供軟件支撐環(huán)境，應(yīng)用軟件（插件）實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換及其它工業(yè)數(shù)據(jù)處理及分析功能，支持多個廠家協(xié)同實現(xiàn)特定協(xié)議到統(tǒng)一協(xié)議的轉(zhuǎn)換或多種協(xié)議互轉(zhuǎn)。開放軟件平臺基于容器技術(shù)為第三方應(yīng)用提供運行空間和所需的運行資源，并提供統(tǒng)一的

API

接口，屏蔽不同硬件的差異，保證第三方應(yīng)用的跨硬件可用性。4.

為用戶實現(xiàn)的價值

滿足車間級應(yīng)用的帶寬承載需求工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)中的ONU設(shè)備支持上下行最大10Gbit/s的傳輸速率，可滿足車間級應(yīng)用的多業(yè)務(wù)承載；未來還具備向50Gbit/s速率演進的能力。34

支持復(fù)雜的工業(yè)場景應(yīng)用工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)采用無源器件組網(wǎng)，不會受到電磁干擾和雷電影響；網(wǎng)絡(luò)部署時支持采用自愈環(huán)形網(wǎng)絡(luò)部署，切換時間短、抵抗失效能力強。

網(wǎng)絡(luò)部署便捷采用點到多點傳輸架構(gòu)，支持終端設(shè)備并行接入，最遠可覆蓋20公里范圍，并且工業(yè)PON采用的預(yù)置連接頭、光電混合纜等技術(shù)使施工現(xiàn)場無需熔纖，布線和施工簡便快捷。此外工業(yè)PON具有無源光網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備特點，光分配網(wǎng)絡(luò)無需取電，降低了網(wǎng)絡(luò)的部署難度和要求。

提供網(wǎng)絡(luò)保障策略為保障工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)安全可靠，工業(yè)PON技術(shù)具備多種等級的保護倒換方案，可以在一路ODN網(wǎng)絡(luò)或者PON設(shè)備端口發(fā)生故障導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷時，快速進行主備鏈路切換和業(yè)務(wù)恢復(fù)，保證工業(yè)場景對于系統(tǒng)高可靠性的要求。（三）工業(yè)光總線1.

技術(shù)背景目前工廠內(nèi)現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)連接，在一些強電干擾環(huán)境下存在可靠性不高、維護方式落后的問題。另一方面，機器視覺等新興技術(shù)開始廣泛應(yīng)用；用戶不斷變化的需求也促使傳統(tǒng)制造方式向柔性制造轉(zhuǎn)變，產(chǎn)線組合變化加快，靈活性要求高，同時又要兼顧帶寬的提35升和傳統(tǒng)現(xiàn)場級的高精度控制能力。這些變化對網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求。實際工業(yè)應(yīng)用中，工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場級控制網(wǎng)絡(luò)對時延/抖動的要求最高，其中，運動控制業(yè)務(wù)通常要求小于

100

微秒級的低時延、小于

100

納秒級的低抖動以及

99.9999%極的高可靠性，而隨著機器視覺、AI

等新興技術(shù)的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)帶寬需求迅速增加，其中高清晰度視覺檢測業(yè)務(wù)便可產(chǎn)生高達

2Gbit/s

的峰值帶寬。針對當前現(xiàn)場級工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)靈活性、帶寬需求逐步增加、時延和抖動要求高的趨勢，工業(yè)光網(wǎng)在

PLC

以下定義了工業(yè)光總線。工業(yè)光總線是將工業(yè)總線技術(shù)與光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合以提供現(xiàn)場級終端設(shè)備總線互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。不只是將傳統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場總線與光纖媒質(zhì)簡單組合，而是為實現(xiàn)更高帶寬、高靈活性和低時延的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標，采用光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對數(shù)據(jù)傳輸方式和交互機制進行優(yōu)化，從而為現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)提供更具競爭力的性能指標，以滿足企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型對網(wǎng)絡(luò)提出的更高要求。362.

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中的位置圖

13

工業(yè)光總線在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中的位置在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中，工業(yè)光總線技術(shù)定位在現(xiàn)場級控制網(wǎng)絡(luò)（見圖

13）。圖中所示的新型工業(yè)光總線技術(shù)采用在主站

PLC側(cè)內(nèi)置光頭端模組，在從站伺服、IO、工業(yè)相機等設(shè)備中內(nèi)置光終端模組的方式，并通過星型結(jié)構(gòu)光分配網(wǎng)絡(luò)進行組網(wǎng)，實現(xiàn)主站PLC

到從站設(shè)備控制數(shù)據(jù)的有效傳輸。工業(yè)光總線技術(shù)優(yōu)化了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸方式，其中數(shù)據(jù)鏈路層將原有工業(yè)協(xié)議的串行通信機制改為并行，并通過縮短數(shù)據(jù)傳輸周期來降低物理鏈路層的時延。新型的工業(yè)光總線技術(shù)有以下兩種工作模式：37工作模式一：工業(yè)光總線技術(shù)定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸方式，但對原有的工業(yè)協(xié)議進行透傳，不改變原有工業(yè)協(xié)議中的各類數(shù)據(jù)，如

Modbus，EtherCAT，ProfiNet，ProfiBus，CC-LINK

等。僅將數(shù)據(jù)載入到總線通信報文的凈荷中傳送到對端。受限于原有的上層工業(yè)協(xié)議交互機制，此工作模式對降低系統(tǒng)總時延的改進有限。工作模式二：工業(yè)光總線技術(shù)定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸方式，同時在應(yīng)用層采用優(yōu)化后的新工業(yè)協(xié)議，其關(guān)鍵的改進為：優(yōu)化后的應(yīng)用層工業(yè)協(xié)議，配合底層的并行通信機制，降低了

PLC

的循環(huán)周期，從而達到未來工業(yè)應(yīng)用要求的確定性時延和可靠性傳輸。3.

針對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需求的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用

全光連接采用光纖傳輸并可通過光分配網(wǎng)絡(luò)的多級分光技術(shù)組網(wǎng)。主站和主站、主站和從站間通過光纖、分光器等無源器件連接，抗干擾性強，并提供了工業(yè)現(xiàn)場終端的靈活接入能力。

并行數(shù)據(jù)處理在優(yōu)化的工業(yè)總線協(xié)議中，通過優(yōu)化數(shù)據(jù)鏈路層，每個時隙內(nèi)，每個從站均可并行向上發(fā)送數(shù)據(jù)到主站。將單個從站與主站的串行通信機制，改為多個從站與主站的并行通信，使得PLC的循環(huán)周期降低。

確定性低時延保證工業(yè)現(xiàn)場級設(shè)備的控制要求，實現(xiàn)主站與從站之間確定性38低時延的傳輸，并可采用針對性的業(yè)務(wù)傳送機制，如多Burst突發(fā)（將原有數(shù)據(jù)通信的固定周期時隙劃分的更小，如將125us時隙按4Burst劃分成31.25us的更小時隙）、優(yōu)化的QoS、光同步技術(shù)等低時延、低抖動技術(shù)，提供更優(yōu)的現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)性能。4.

為用戶實現(xiàn)的價值

帶寬平滑演進：根據(jù)場景的應(yīng)用和業(yè)務(wù)發(fā)展，主站上下行帶寬支持便捷的擴展升級，且現(xiàn)場設(shè)備的連線無需改變，僅需替換主站光網(wǎng)關(guān)模組的光模塊；

支持從站遠距離接入：主站和從站間通過分光器、光纖連接，支持遠距離傳輸數(shù)據(jù)；

多從站接入：單主站支持多從站的接入；

生態(tài)友好：支持現(xiàn)有工業(yè)協(xié)議的透傳，如Modbus，EtherCAT，ProfiNet，ProfiBus，CC-LINK等；

安全可靠：工業(yè)光總線方案通過無源器件組網(wǎng)，具備多種組網(wǎng)保護方式，同時，光纖不受到電磁干擾和雷電影響，光器件/光模組遵從工業(yè)級環(huán)境和散熱標準。（四）其他1.

全光交換技術(shù)全光交換技術(shù)采用光矩陣提供不同光傳輸方向之間光信號的交換能力。在工業(yè)領(lǐng)域可用于構(gòu)建工業(yè)企業(yè)的自動化測試和巡檢平臺。39全光交換主要由光支路單元、光線路單元、光交叉連接矩陣功能單元和管理控制單元組成，各部分的連接示意圖見

14。圖

14

全光交換結(jié)構(gòu)示意圖圖中光矩陣為光支路單元、光線路單元提供了全連接的光層交換的能力，從而可將業(yè)務(wù)信號向任意方向交換。光支路單元提供了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的光信號的快速接入能力，并通過光矩陣調(diào)度到任意方向的光線路單元實現(xiàn)線路傳輸。光線路單元提供了光信號在線路方向上的傳送能力，每個線路單元代表不同的傳輸方向，并且相互保持隔離。管理控制單元提供對光矩陣、光支路單元和光線路單元的數(shù)字化監(jiān)控能力，實現(xiàn)業(yè)務(wù)傳輸信息可視化，簡化了運維。隨著工業(yè)企業(yè)進行數(shù)字化生產(chǎn)和智能化網(wǎng)絡(luò)改造，企業(yè)對生產(chǎn)環(huán)境的按期檢測是保證生產(chǎn)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的檢測方式是將檢測儀表經(jīng)過多個待檢的工位以完成檢測，周期次數(shù)多，操作復(fù)雜。通過全光交換技術(shù)搭建自動化的測試平臺。只需將全部檢測儀表統(tǒng)一集中在儀表室與工業(yè)全關(guān)交換節(jié)點相連，運維人員通過網(wǎng)管遠程配置光開關(guān)通道進行快速選路，選擇測試儀器連接希望被測的終端設(shè)備，即可完成檢測任務(wù)?；谌饨粨Q構(gòu)建的自動化測試平臺特點如下：

提高了生產(chǎn)管理自動化水平，易用性強40通過全光交換技術(shù)構(gòu)建的測試平臺采用自動化遠程操作代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢測的生產(chǎn)管理方式，可對接入測試點的數(shù)據(jù)進行集中存儲和分析。在使用方面，基于全光交換技術(shù)的自動化測試平臺采用了板卡式內(nèi)部集成的全光互聯(lián)的設(shè)計方法，避免了需要運維人員手動連接光纖配置測試方向，提高了易用性。

業(yè)務(wù)透明交換，保證信息安全全光交換可支持多維度的信號交換，可以實現(xiàn)多被測點和測試儀器的接入，信號在光層即可完成多維度的交換，無需解析到電層進行處理，實現(xiàn)了對測試數(shù)據(jù)的透明傳送?？梢詽M足工業(yè)企業(yè)對生產(chǎn)信息安全的要求。

降低功耗，節(jié)約成本全光交換在光層實現(xiàn)業(yè)務(wù)的調(diào)度和交換降低了設(shè)備整體功耗，節(jié)約了能源，節(jié)省了成本。

核心器件可靠性高，自主可控全光交換的核心器件采用成熟的

LCoS（硅基液晶）技術(shù)。該技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈成熟，器件產(chǎn)能、可靠性穩(wěn)定，且自主可控。2.

ODN

簡化部署和運維技術(shù)ODN

是光分配網(wǎng)絡(luò)的簡稱，是工業(yè)光網(wǎng)

PON

設(shè)備中連接光線路終端

OLT

和光網(wǎng)絡(luò)單元

ONU

之間的光纖和設(shè)備的總稱，其作用是實現(xiàn)點（OLT）對多點（ONU）的連接，并根據(jù)接入節(jié)點數(shù)量合理分配光功率，在

OLT

和

ONU

之間提供光信號傳輸?shù)奈锢硗ǖ?。ODN

主要由光纖光纜、光衰減器、光纖接頭、光連接器、分光器等無源器件組成。結(jié)構(gòu)如圖

15

所示：41圖

15

ODN

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)部署

ODN

時。為保證快速部署并降低維護的難度。需要快捷、易操作的部署方式和智能、準確的管理運維方法。ODN

在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的簡化部署和運維技術(shù)如下：

預(yù)置連接頭由于

ODN

網(wǎng)絡(luò)采用點到多點的拓撲，網(wǎng)絡(luò)中接續(xù)節(jié)點多。為避免在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)部署時再進行光纖熔接，加快部署速度，可進行光纖連接頭的端到端預(yù)連接，使在工業(yè)現(xiàn)場部署

ODN

網(wǎng)絡(luò)時可以實現(xiàn)光纖的即插即用。

不等比分光工業(yè)光網(wǎng)

PON

采用點到多點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但在一些工業(yè)場景下（如管廊、井下等），需要長距離鏈式組網(wǎng)并提供對鏈路的保護。采用不等比分光組網(wǎng)可以支持多級串聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)合手拉手的設(shè)備連接方式可以提供可靠的鏈路保護。

超柔蝶形光纖蝶

形

光

纖

（

微

光

纜

）

兩

側(cè)

有

纖

維

加

強

筋

，

可

承

受

拉

力

達70~200N。該光纖采用

G.657B3

標準，最小彎曲半徑為

5mm，可靈活42適應(yīng)布線施工過程中常見的多種轉(zhuǎn)彎角情形，能有效滿足各類工程環(huán)境的要求。

光電混合纜光電混合纜是一種新型的接入方式，它集成了光纖和饋電線于一體，同時解決了光纖通信和設(shè)備用電的問題，并且在傳輸過程中光信號與電信號不會發(fā)生相互的干擾現(xiàn)象，既保留了普通光纖的傳輸特性還能滿足輸電電纜的相關(guān)要求。在工業(yè)光網(wǎng)中應(yīng)用時，可降低網(wǎng)絡(luò)布線的工作量，降低施工難度。

網(wǎng)絡(luò)拓撲實時可視可管提供統(tǒng)一運維管理平臺，實現(xiàn)對

ODN

網(wǎng)絡(luò)拓撲整體資源、設(shè)備端口占用狀態(tài)、下掛設(shè)備及用戶信息等信息的可視可管，并支持按需劃分管理范圍。四、工業(yè)光網(wǎng)的建設(shè)建議（一）建設(shè)目標工業(yè)光網(wǎng)的建設(shè)目標是幫助企業(yè)構(gòu)建全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈互聯(lián)互通的新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，著重滿足工業(yè)企業(yè)實際生產(chǎn)和管理需求，從建設(shè)場景上看，適用于工廠新建網(wǎng)絡(luò)和工廠網(wǎng)絡(luò)升級改造兩種情況。

從建設(shè)的覆蓋范圍上看，工業(yè)光網(wǎng)的建設(shè)范圍可覆蓋企業(yè)/園區(qū)內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)以及企業(yè)/園區(qū)外的國家骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，可建設(shè)全網(wǎng)端到端的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)體系。43（二）