工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書

打造先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)加速工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展白皮書前言工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書白皮書在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(AlI)IPv6+特設(shè)組的指導(dǎo)下完成指導(dǎo)組成員田輝(中國信通院)聯(lián)合編寫單位及編寫組成員：李興、唐新兵、徐前鋒、韋乃文趙峰、馬丹尼張志瀚、趙君、丁榮旺、陳世昌呂煒旻、趙俊前言工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)。2021年初，工信部發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃(2021-2023年)》將“網(wǎng)絡(luò)體系強(qiáng)基行動”列為首要任務(wù)，再次體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展的重要性。2021年4月，中國信通院、華為、中國第一汽車集團(tuán)有限公司、上海汽車集團(tuán)股份有限公司乘用車公重點實驗室八家單位共同發(fā)布了《網(wǎng)絡(luò)體系強(qiáng)基展望白皮書》,明確提出了“打造先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，加速工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展”。白皮書指工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新發(fā)展，離不開互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP協(xié)議)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的IP化不是一蹴而就的，而是一個由外向內(nèi)、自上而下現(xiàn)了IP化，工廠內(nèi)網(wǎng)的IP化正在自上而下逐步推進(jìn)，推動信息技術(shù)(IT)網(wǎng)絡(luò)與車間和生產(chǎn)線，實現(xiàn)遠(yuǎn)程集控，孵化現(xiàn)場少一網(wǎng)到底的先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是智能制造的關(guān)鍵進(jìn)程。2021年7月，網(wǎng)信辦、發(fā)改委、工信部印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版(IPv6)規(guī)模部署和應(yīng)用工作的通知》,要求強(qiáng)化物聯(lián)網(wǎng)終端IPv6部署應(yīng)換，明確了物聯(lián)網(wǎng)IPv6連接數(shù)2023年達(dá)到2億、2025年達(dá)到4億的目標(biāo)。2021年劃(2021-2023年)》,要求加速推進(jìn)全面感知、泛在連接、安全可信的“物聯(lián)網(wǎng)新型基礎(chǔ)設(shè)施”,推進(jìn)IPv6在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，2023年物聯(lián)網(wǎng)的連接了支撐網(wǎng)絡(luò)IP化的新技術(shù)、以及IP化實施路徑及實施架構(gòu)，對企業(yè)的工廠網(wǎng)絡(luò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書目錄目錄1.1工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化，加速工業(yè)數(shù)字化發(fā)展P011.1.1實現(xiàn)數(shù)據(jù)無縫流轉(zhuǎn)，加速智能化制造P011.2他山之石：網(wǎng)絡(luò)IP化煥發(fā)行業(yè)創(chuàng)新活力P052.1工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化面臨的挑戰(zhàn)P072.1.1推動工業(yè)終端加速向智能化演進(jìn)P072.2IPv6+技術(shù)創(chuàng)新加速工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化P092.2.2確定性IP技術(shù)P104.1工廠外網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)P164.2工廠內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)P194.2.2存量模式下的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)P204.2.3融合模式下的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)P21驅(qū)動IPv6+技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用5.2金川集團(tuán)構(gòu)建多元數(shù)據(jù)融合的統(tǒng)—IP網(wǎng)絡(luò)P25工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化快速發(fā)展工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化快速發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)過程全要素的建模、分析、優(yōu)化和預(yù)測工業(yè)生產(chǎn)過程全要素的建模、分析、優(yōu)化和預(yù)測數(shù)據(jù)全面深度感知實時數(shù)據(jù)交換快速計算處理圖1-1:數(shù)據(jù)無縫流轉(zhuǎn)，加速智能化制造某礦業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，環(huán)節(jié)眾多，各個系統(tǒng)采用的協(xié)議及接口各不相同、協(xié)同配合復(fù)雜度高，導(dǎo)致企業(yè)各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)非常困難。為了打通各個系統(tǒng)，集團(tuán)下決心建設(shè)了一張多元數(shù)據(jù)融合的統(tǒng)—IP網(wǎng)絡(luò)，將礦山現(xiàn)場采掘設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、固定值守設(shè)備等連接起來，實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)的高效采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換、實時處理，實現(xiàn)各個IT/OT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合、生產(chǎn)系統(tǒng)和管理執(zhí)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合。1.1.2支持遠(yuǎn)程集控，助力現(xiàn)場少人化、無人化生產(chǎn)傳統(tǒng)工廠的工業(yè)生產(chǎn)控制室分三個層次，分別是現(xiàn)場的操作室、廠部的調(diào)度室、基地的總調(diào)度室，其中操作室處于生產(chǎn)一線的現(xiàn)場?；?、冶金等很多行業(yè)的現(xiàn)場操作環(huán)境惡劣、或者危險，采用遠(yuǎn)程集控模式實現(xiàn)現(xiàn)場操作少人化、無人化，已經(jīng)成為趨勢。但現(xiàn)有的工業(yè)控制系統(tǒng)普遍采用工業(yè)以太、工業(yè)總線等局域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，無法滿足遠(yuǎn)程集控的訴求。只有采用IP協(xié)議組成聯(lián)接海量設(shè)備的大型網(wǎng)絡(luò)，才能滿足遠(yuǎn)程集控需要的遠(yuǎn)程連接、大規(guī)模組網(wǎng)等需求。L4/L3L4/L3總調(diào)度室跨園區(qū)接)入交換機(jī)園區(qū)采用IP技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)網(wǎng)絡(luò)PLC主站上移至調(diào)度室跨園區(qū)圖1-2:遠(yuǎn)程集控助力現(xiàn)場少人化、無人化生產(chǎn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化快速發(fā)展工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書寶武集團(tuán)提出了“四個一律”的智慧制造理念，也就是“操作室一律集中、操作崗位一律機(jī)器人、運(yùn)維一律遠(yuǎn)程、服務(wù)環(huán)節(jié)一律上線”。在“四個一律”理念的指導(dǎo)下，寶鋼股份在智慧制造示范試點項目中，在機(jī)組入口拆捆、鋅鍋撈渣、出口取樣、打捆和貼標(biāo)等作業(yè)場景全部應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)，通過車間網(wǎng)絡(luò)的IP化聯(lián)接，實現(xiàn)了車間管控的集控化、庫區(qū)管理和鋼卷駁運(yùn)等物流作業(yè)無人化，試點產(chǎn)線的噸鋼能耗下降了15%,綜合污染物噸鋼下降30%,勞動效率提升30%,產(chǎn)能提升20%,加工成本下降10%。1.1.3打破工控網(wǎng)絡(luò)七國八制，降低建網(wǎng)成本傳統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)主要是采用現(xiàn)場總線、或工業(yè)以太技術(shù)，歷史上各個行業(yè)的獨(dú)立發(fā)展造成了多種各自不同的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如ProfBus/ProfiNet、EtherCAT等。這些不同的工業(yè)以太網(wǎng)雖然都是基于IEEE802.3的以太網(wǎng)架構(gòu)，但其在協(xié)議棧設(shè)計上并沒有完全遵循TCP/IP協(xié)議棧模型，往往只是簡單地借用以太網(wǎng)報文的幀格式，并且對數(shù)據(jù)鏈路層或多或少地做了硬件修改或軟件修改，已經(jīng)不是IEEE802.3的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)了。這也是各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議難以互聯(lián)互通的根本原因。非標(biāo)準(zhǔn)的L2,特點幾ms級別圖1-3:工業(yè)以太的協(xié)議棧圖1-4:工業(yè)以太的分類IP技術(shù)是一種設(shè)備端到設(shè)備端的通信協(xié)議，天然就可以實現(xiàn)各種異構(gòu)介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，而無需中間的協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。隨著工業(yè)智能逐步深入工業(yè)現(xiàn)場，控制和智能的融合、實時數(shù)據(jù)流和非實時數(shù)據(jù)流的融合正在驅(qū)動工控系統(tǒng)向下一代智能工業(yè)控制架構(gòu)發(fā)展。而IT和OT融合的架構(gòu)也需要一個更加靈活、更加開放的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。采用標(biāo)準(zhǔn)的IP協(xié)議和以太網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)，不僅可以滿足下一代智能工業(yè)控制架構(gòu)的需求，實現(xiàn)算力按需部署、實現(xiàn)數(shù)據(jù)直采，加速數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、消除網(wǎng)關(guān)壁壘，而且通用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也降低了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本和運(yùn)維成本。展望未來，下一代智能工業(yè)控制架構(gòu)將必然消除當(dāng)前工業(yè)現(xiàn)場OT網(wǎng)絡(luò)的“七國八制”問題，打通傳統(tǒng)工控網(wǎng)絡(luò)的信息孤島，降低工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的信息損耗，降低邊緣算力部署難度，實現(xiàn)“數(shù)據(jù)上得來、算力下得去”。1.1.4加速生產(chǎn)系統(tǒng)分級上云，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同云計算、大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了生產(chǎn)系統(tǒng)(ERP、MES等)上云，不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互也越來越頻繁。生產(chǎn)管理類系統(tǒng)，比如排產(chǎn)系統(tǒng)，需要結(jié)合銷售預(yù)測數(shù)據(jù)、零部件供應(yīng)計劃、現(xiàn)場生產(chǎn)效率、物流風(fēng)險等多種因素進(jìn)行精準(zhǔn)計算。現(xiàn)代企業(yè)集團(tuán)的總部與多基地之間，需要網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，把分散在不同地區(qū)的生產(chǎn)設(shè)備資源、算力資源和各種核心工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化快速發(fā)展能力通過平臺的方式集聚，從而實現(xiàn)高質(zhì)量、低成本的工業(yè)生產(chǎn)。這就需要在總部、多基地以及上下游供應(yīng)鏈合作伙伴之間構(gòu)筑IP化的廣域網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，實現(xiàn)信息實時互通、MES/ERP系統(tǒng)分級上云，使能集團(tuán)內(nèi)部的跨多基地銷售預(yù)測、供應(yīng)計劃、智能排產(chǎn)。生產(chǎn)系統(tǒng)分級上云云邊協(xié)同需求公有云云邊協(xié)同生產(chǎn)基地(邊)產(chǎn)線(端)物流邊端協(xié)同：私有云邊緣云圖1-5:生產(chǎn)系統(tǒng)分級上云促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同國內(nèi)某汽車集團(tuán)采用了典型的“雙總部+多基地”的生產(chǎn)布局，為實現(xiàn)全局管理優(yōu)化，集團(tuán)采用私有云方式進(jìn)行跨基地的生產(chǎn)管理與排產(chǎn)優(yōu)化；和生產(chǎn)控制強(qiáng)相關(guān)的排產(chǎn)模塊則部署到工廠的邊緣云，與生產(chǎn)控制、數(shù)據(jù)采集分析共部署；同時，汽車產(chǎn)品CAD設(shè)計與仿真的峰值算力，從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)選擇了公有云，因此還需要公有云和私有云之間的靈活聯(lián)接。該集團(tuán)采用 “IPv6+”新技術(shù)構(gòu)建了一張聯(lián)接總部、多基地、公網(wǎng)的智能云網(wǎng)，實現(xiàn)廣域聯(lián)接的確定性業(yè)務(wù)保障，使能該集團(tuán)的打通工程、生產(chǎn)制造、供應(yīng)鏈和企業(yè)管理各個環(huán)節(jié)的先進(jìn)制造系統(tǒng)，實現(xiàn)全局管理優(yōu)化，生產(chǎn)效率大幅提升，其生產(chǎn)基地達(dá)成了60JPH(一分鐘一輛車)的生產(chǎn)節(jié)拍目標(biāo)。1.1.5提升客戶參與感，促進(jìn)服務(wù)化延伸服務(wù)化延伸是利用信息管理、智能終端和平臺集成等技術(shù)，實現(xiàn)傳統(tǒng)工業(yè)智能化改造，提升產(chǎn)業(yè)價值、優(yōu)化服務(wù)資源和激發(fā)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，實現(xiàn)定制化服務(wù)、增值服務(wù)、運(yùn)維服務(wù)、升級服務(wù)、培訓(xùn)服務(wù)、咨詢服務(wù)和實施服務(wù)等，例如，通過IT/OT融合的網(wǎng)絡(luò)，將生產(chǎn)現(xiàn)場狀態(tài)個性化地推送到訂購產(chǎn)品的客戶界面，一些汽車生產(chǎn)企業(yè)就可以讓客戶第一時間了解自己所訂購產(chǎn)品的生產(chǎn)狀態(tài)，提升客戶參與感；或者將企業(yè)產(chǎn)品的解決方案、特點、特性通過互聯(lián)網(wǎng)的方式呈現(xiàn)給上下游的合作伙伴、將工程實施方案的咨詢建議、建設(shè)狀態(tài)呈現(xiàn)給客戶等，可以幫助企業(yè)保持客戶聯(lián)接度，這在疫情防控期間尤為重要。某車企給用戶提供“實時了解訂單交付狀態(tài)”的新服務(wù)，填補(bǔ)了用戶下單到提車階段的服務(wù)空白，提升了消費(fèi)體驗，也讓用戶感受到車企的管理品質(zhì)和技術(shù)實力。這就需要打通企業(yè)多個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，將用戶所定車輛的排產(chǎn)信息、關(guān)鍵工藝過點時間、部分工位的裝配過程和車輛物流信息推送給用戶，而支撐海量數(shù)據(jù)跨系統(tǒng)、跨地域流轉(zhuǎn)的網(wǎng)絡(luò)就是基于“PV6+”新技術(shù)的IP化網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化快速發(fā)展工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書公有云圖1-6:透明工廠重構(gòu)客戶體驗1.2他山之石：網(wǎng)絡(luò)IP化煥發(fā)行業(yè)創(chuàng)新活力傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的IP化，已經(jīng)給其他行業(yè)帶來了顯著的進(jìn)步。電信網(wǎng)絡(luò)在PSTN和GSM時代也曾經(jīng)是架構(gòu)落后、創(chuàng)新乏力、…工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化快速發(fā)展工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化快速發(fā)展視頻制播行業(yè)一直采用SD接口(數(shù)字分量串行接口)作為視頻信號的輸入和輸出接口。進(jìn)入超高清時代，視頻制播系統(tǒng)的帶寬、性能要求增長了4倍以上，如果繼續(xù)采用SD技術(shù)已經(jīng)難以為繼，IP技術(shù)的全面引入勢在必行。以建設(shè)一套支持2000路4K超高清電視信號的制播系統(tǒng)為例，如果采用傳統(tǒng)SD技術(shù)，制播矩陣需要32個機(jī)柜，而改用IP技術(shù)新架構(gòu)，則只需要2個機(jī)柜，減少了16倍；同時物理連線也從4噸同軸線纜減少到100公斤的光纖，重量相差40倍，施工、維護(hù)都更容易。2021年春晚8K節(jié)目播出時，已經(jīng)使用了IP架構(gòu)的制播交換矩陣，這標(biāo)志著視頻制播行業(yè)的IP化已經(jīng)進(jìn)入規(guī)模商用階段，未來十年將是視頻制播行業(yè)全面IP化的時代，而新技術(shù)、新架構(gòu)的引入，也為中國視頻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。只能支持?jǐn)?shù)百路4K無壓縮信號IP化制播交換矩陣：支持?jǐn)?shù)干路以上4K無壓縮信號，支持5G、新媒體融合調(diào)度需求圖1-8:制播網(wǎng)絡(luò)從SDI向IP化演進(jìn)IP化的技術(shù)本質(zhì)，是通用技術(shù)替代傳統(tǒng)的專用技術(shù)。TDM、SDI等傳統(tǒng)專用技術(shù)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、趨于萎縮，而IP技術(shù)是通用的主流技術(shù)，投資力度大、創(chuàng)新迭代快。產(chǎn)業(yè)規(guī)模優(yōu)勢決定了IP技術(shù)的發(fā)展節(jié)奏更快、性能更高、業(yè)務(wù)能力更靈活。過的能力集，使之可以滿足行業(yè)特色需求，從而加速了電信網(wǎng)絡(luò)、廣電媒資網(wǎng)絡(luò)、以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的IP化。如，電信網(wǎng)絡(luò)IP化的過程中，一系列IP技術(shù)創(chuàng)新提升了IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性、實時性和可維護(hù)性，使之可以滿足電信網(wǎng)絡(luò)的需求。視頻制播系統(tǒng)的IP化，其中一個關(guān)鍵技術(shù)突破是"基于通用IP交換矩陣的凈切換",確保導(dǎo)播切換鏡頭時視頻畫面不會出現(xiàn)馬賽克。面向工業(yè)數(shù)字化場景的IP技術(shù)創(chuàng)新開始發(fā)力，未來將逐步滿足工業(yè)場景下嚴(yán)格的SLA需求，具備工業(yè)級的確定性、安全性、可靠性。展望未來，IP化的先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)IT與OT端到端靈活組網(wǎng)，打造萬物智聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基座，讓“數(shù)據(jù)上得來、智能下得去”,為工業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。 44工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化的挑戰(zhàn)與機(jī)遇2.1.2IP網(wǎng)絡(luò)需要滿足工業(yè)對確定性時延的需求傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)主要服務(wù)于辦公互聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)，基本沒有考慮工業(yè)領(lǐng)域的自動化控制、運(yùn)動控制等場景，在數(shù)據(jù)傳輸時延、抖動、可靠性等方面需要有新的技術(shù)突破，才能滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的嚴(yán)格要求比如，現(xiàn)場級的自動化控制系統(tǒng)對確定性的時延要求非常嚴(yán)格，在一些高精度機(jī)床上的運(yùn)動控制的指標(biāo)甚至要求達(dá)到1ms以下。指標(biāo)(時延)指標(biāo)(抖動)運(yùn)動控制(高精度)如：高精度機(jī)床等工業(yè)以太/總線<20字節(jié)運(yùn)動控制(中精度)工業(yè)以太/總線<40字節(jié)運(yùn)動控制(低精度)如：碼垛機(jī)等工業(yè)以太/總線<50字節(jié)流程閉環(huán)控制根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，控制器決定設(shè)置動作開關(guān)的控制系統(tǒng)，對時延和確定性有要求工業(yè)以太/總線20字節(jié)不同工業(yè)控制器之間的通信。需要同步和交換實時數(shù)據(jù)工業(yè)以太/總線<250字節(jié)(現(xiàn)場控制系統(tǒng)控制)求。對產(chǎn)線起到配置、監(jiān)控、調(diào)試、控制與維護(hù)等功能工業(yè)以太/總線<250字節(jié)工廠級AGV自動導(dǎo)向機(jī)器人或者平臺<250字節(jié)生產(chǎn)過程的傳感器數(shù)據(jù)采集，以便深入了解流程、環(huán)境條件等?？赡苁菧囟取毫?、流量等等信息1500字節(jié)/資產(chǎn)管理資產(chǎn)、物料庫存情況的監(jiān)控，以滿足生產(chǎn)過程的需要1500字節(jié)/遠(yuǎn)程接入和維護(hù)通過遠(yuǎn)程的集控中心對現(xiàn)場設(shè)備的訪問和維護(hù)。如：軟件更新、收集維護(hù)信息等1500字節(jié)/表2-2:工業(yè)場景的通信SLA需求“IPv6+”技術(shù)體系在確定性體驗保障方面有新的創(chuàng)新突破，可以在大規(guī)模、跨多園區(qū)的網(wǎng)絡(luò)中滿足工業(yè)控制裝備互聯(lián)等業(yè)務(wù)場景的確定性聯(lián)接需求。2.1.3運(yùn)維管理需要更加智能隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模、復(fù)雜性也越來越大，需要聯(lián)接的人、機(jī)、物越來越多。據(jù)測算，到2030年，全球聯(lián)接數(shù)將增加到3000億。與此同時，工業(yè)牛產(chǎn)領(lǐng)域的少人化、無人化發(fā)展促進(jìn)了機(jī)器人、機(jī)器視覺、視頻監(jiān)控等新業(yè)務(wù)的廣泛應(yīng)用，這對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)也提出了更高的要求，不僅需要帶寬更大、時延更短、抖動更小，也要求更易運(yùn)維管理。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理的一個基本原則就是“0”工作量：簡單直接，不能給工業(yè)生產(chǎn)帶來額外的負(fù)擔(dān)。1)首先，工業(yè)終端要做到即插即用，“0”配置；這勢必要求未來的工業(yè)終端遵循一個開放、標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議棧體系。2)其次，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)必須是服務(wù)化的軟件定義網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)控制器的北向接口的開放，按需提供自動化的聯(lián)接服務(wù)，實現(xiàn)機(jī)器與人、機(jī)器與機(jī)器之間的無縫聯(lián)接和業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)的融合；工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化的挑戰(zhàn)與機(jī)遇工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書3)第三，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字孿生也是智慧工廠數(shù)字孿生的一部分，采用隨路網(wǎng)絡(luò)測量、大數(shù)據(jù)分析、智能化預(yù)測等新技術(shù)，預(yù)測故障的可能發(fā)生點，提前消除風(fēng)險、快速解決問題，降低運(yùn)維復(fù)雜度。傳統(tǒng)的園區(qū)IP網(wǎng)絡(luò)主要服務(wù)于辦公網(wǎng)絡(luò)，雖然在易用性、可靠性以及故障處理方面有一些措施，但是面向工業(yè)生產(chǎn)還需要進(jìn)一步增強(qiáng)這些能力。很多工業(yè)終端還不支持IP地址的自動獲取，導(dǎo)致設(shè)備無法即插即用；在可靠性方面，工業(yè)現(xiàn)場的控制往往都在ms級，這樣就要求保護(hù)倒換要更快，甚至要達(dá)到亞毫秒級。目前針對工業(yè)場景，也出現(xiàn)了很多新的IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：包括基于IPv6的源路由技術(shù)、隨路網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)控制器中的意圖引擎、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等等，可以有效應(yīng)對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維挑戰(zhàn)。2.1.4物聯(lián)終端的安全風(fēng)險需要有效應(yīng)對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)威脅面前同樣無法幸免，通過物聯(lián)終端入侵工控系統(tǒng)的案例也屢見不鮮，包括終端身份仿冒、終端木馬劫持、病毒橫向擴(kuò)散等。隨著物聯(lián)終端數(shù)量持續(xù)增加、使用場景日益廣泛，其安全風(fēng)險也需要有效應(yīng)對。除了防火墻、網(wǎng)閘等傳統(tǒng)邊界防護(hù)手段之外，采用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的入網(wǎng)、聯(lián)接、通信等行為模式進(jìn)行分析，可以有效識別和應(yīng)對潛在安全風(fēng)險，實現(xiàn)終端防仿冒、防劫持、阻斷病毒擴(kuò)散等。針對普通物聯(lián)終端，業(yè)界已經(jīng)有較為成熟的方案，對于工業(yè)物聯(lián)終端場景，這些方案可以借鑒和進(jìn)一步加強(qiáng)。2.2.1靈活以太網(wǎng)技術(shù)靈活以太網(wǎng)技術(shù)(FlexE)是在Ethernet技術(shù)基礎(chǔ)上，為滿足高速傳送、帶寬配置靈活等需求而發(fā)展的技術(shù)。通過在構(gòu)定義，可以支持任意多個不同子接口(FlexEClient)在任意一組PHY(FlexEGroup)上的映射和傳輸，從而實現(xiàn)端口捆綁、通道化及子速率等功能。其中通道化(Channelization)實現(xiàn)了多路低速率MAC數(shù)據(jù)流共享一路或者多路PHY,如在100GE物理鏈路上承載25GE、35GE、20GE與20GE的四路MAC數(shù)據(jù)流。通道化提供了接口級不構(gòu)建端到端網(wǎng)絡(luò)分片的重要基礎(chǔ)技術(shù)?；贔lexE構(gòu)建的端到端網(wǎng)絡(luò)切片，可以實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的精細(xì)化管理和統(tǒng)一承載。如在鋼鐵制造場景，軋鋼車間內(nèi)既有視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，又有軋鋼設(shè)備控制業(yè)務(wù)。這二者的業(yè)務(wù)流可以承載在同一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，在此設(shè)備上部署2個FlexE切片，一個切片承載視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，另一個切片承載軋鋼控制業(yè)務(wù)，可實現(xiàn)二種業(yè)務(wù)流量轉(zhuǎn)發(fā)過程中的物理隔離，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的流量突發(fā)不會對軋鋼控制業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化的挑戰(zhàn)與機(jī)遇IP路徑而圖2-3:FlexE切片原理示意圖2.2.2確定性IP技術(shù)工業(yè)領(lǐng)域自動化控制、運(yùn)動控制等許多場景需要網(wǎng)絡(luò)提供端到端確定性時延保障，傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)無法實現(xiàn)，特別是在多跳網(wǎng)絡(luò)中。每一跳轉(zhuǎn)發(fā)中因為統(tǒng)計復(fù)用、排隊緩存帶來的時延抖動會逐跳累積，使得端到端IP聯(lián)接的時延抖動沒有上限，從理論機(jī)制上無法保障數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的高精度確定性時延。這對于自動化控制系統(tǒng)的工程設(shè)計來說是不可接受的。DIP(DeterministicIP)技術(shù)在繼承傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計復(fù)用優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，引入了網(wǎng)絡(luò)演算、周期調(diào)度等技術(shù)，可以在承載傳統(tǒng)業(yè)務(wù)流量的IP網(wǎng)絡(luò)中，將端到端時延抖動控制在一定范圍之內(nèi)，實現(xiàn)確定性時延保障服務(wù)，以滿足自動化系統(tǒng)的工程設(shè)計要求。以調(diào)度周期10us為例，端到端IP聯(lián)接的時延抖動為10us,且與網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)的跳數(shù)無關(guān)，可以支持跨廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的確定性IP聯(lián)接服務(wù)。這為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的IP化、寬帶化奠定了良好的基礎(chǔ)，將顯著加速IT/OT網(wǎng)絡(luò)的融合化進(jìn)程。5跳網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)時延上限(us)圖2-4:DIP時延與普通IP時延對比基于DIP技術(shù)的廣域云化PLC工業(yè)控制系統(tǒng)原型試驗，已經(jīng)可以在超過600公里距離、4跳設(shè)備組成的遠(yuǎn)距離IP網(wǎng)絡(luò)中為工控業(yè)務(wù)IP流量提供確定性IP網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接服務(wù)，在重度背景IP流量沖擊下，工控業(yè)務(wù)流實現(xiàn)4ms平均時延、小于20us的時延抖動，保障了云化PLC控制遠(yuǎn)端機(jī)械臂等運(yùn)動裝置正常工作。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化的挑戰(zhàn)與機(jī)遇工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書2.2.3SRv6源路由技術(shù)SegmentRouting(SR)是一種源路由技術(shù)，它為每個節(jié)點或鏈路分配段(Segment),頭節(jié)點把這些段組合起來形成“段序列(Segment路徑)”,指引報文按照“段序列”進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的編程能力，如指定轉(zhuǎn)發(fā)路徑、優(yōu)化傳輸時延。1)面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)可編程，段ID不僅可以指示網(wǎng)元節(jié)點或鏈路，還可以指示業(yè)務(wù)功能(ServiceFunction),從而可以基于業(yè)務(wù)定義轉(zhuǎn)發(fā)行為。3)協(xié)議簡化、彈性擴(kuò)展。SRv6的段ID采用IPv6地址格式，有利于維持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定自治和故障隔離。SRv6可以統(tǒng)一工廠內(nèi)網(wǎng)和工廠外網(wǎng)的承載技術(shù)，提供端到端的業(yè)務(wù)路徑規(guī)劃，實現(xiàn)跨園區(qū)的端到端網(wǎng)絡(luò)保障。SRv6技術(shù)也可以和確定性IP技術(shù)相結(jié)合，使用段ID標(biāo)識特定的需要提供確定性時延保障的業(yè)務(wù)流(如PLC的控制業(yè)務(wù)流),實現(xiàn)大規(guī)模的無狀態(tài)業(yè)務(wù)路徑編排，大幅提升確定性網(wǎng)絡(luò)部署的靈活性。CBBD行業(yè)云公有云ACA圖2-5:SRv6靈活選路例如建立從A到B的IP網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，使用SRv6技術(shù)，可以讓一部分流量從A經(jīng)過C到B,另一部分流量從A經(jīng)過D到B。2.2.4隨路網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)網(wǎng)絡(luò)性能檢測技術(shù)一直是網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究熱點和難點，它通過監(jiān)控、測量、采集網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析、評價、控制、調(diào)整，以提供長期穩(wěn)定、可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基礎(chǔ)。包括被動檢測、主動檢測和混合檢測等不區(qū)別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)測量方法，iFIT(In-situFlowInfomationTelemetry)檢測是一種隨路網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)，其不產(chǎn)測報文，而是將OAM的指令攜帶在用戶報文中，中間的網(wǎng)元需根據(jù)報文中的OAM指令信息收集數(shù)據(jù)并處理。iFIT通過對實際業(yè)務(wù)流進(jìn)行特征標(biāo)記(染色),網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)染色標(biāo)識進(jìn)行丟包、時延測量并上送控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)實現(xiàn)端到端或逐跳的業(yè)務(wù)丟包、亂序和時延的檢測。相對于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)測量方法，iFIT測量的結(jié)果更準(zhǔn)確，且不會對業(yè)務(wù)實際流量模型產(chǎn)生影響，尤其適用于和確定性IP技術(shù)配合使用。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化的挑戰(zhàn)與機(jī)遇在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，基于iFIT技術(shù)，可以獲得真實的終端、網(wǎng)關(guān)、控制系統(tǒng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)間信息流訪問關(guān)系，構(gòu)建報文級流量訪問矩陣，實現(xiàn)全業(yè)務(wù)流精準(zhǔn)畫像。例如，使用iFIT技術(shù)，可以精確畫出園區(qū)內(nèi)特定視頻流的路徑，當(dāng)存在任意報文丟包時，能準(zhǔn)確感知視頻報文在網(wǎng)絡(luò)中的丟包位置。T1:收到5個T2:收到4個檢測周期1檢測周期20T1:收5個，發(fā)5個T2:收5個，發(fā)4個檢測周期1檢測周期2報文統(tǒng)計：T1:發(fā)5個T2:發(fā)5個運(yùn)維系統(tǒng)圖2-6:iFIT質(zhì)差感知定界原理隨著企業(yè)數(shù)字化的不斷發(fā)展，接入終端類型呈現(xiàn)持續(xù)多樣化和復(fù)雜化。接入終端除了PC、手機(jī)等辦公終端外，還有溫度傳感器、壓力傳感器、IP攝像頭等大量物聯(lián)終端，對園區(qū)網(wǎng)絡(luò)終端管理帶來了很多挑戰(zhàn)。如：1)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)只能查看接入終端的IP和MAC,無法感知終端類型，無法對網(wǎng)絡(luò)終端做更精細(xì)的可視化管理；2)不同類型的終端權(quán)限不同，管理員需要手動配置不同的業(yè)務(wù)配置和策略，操作復(fù)雜且繁瑣。3)終端推陳出新速度快，傳統(tǒng)的終端識別方案無法及時更新。針對上述挑戰(zhàn)，可以基于AI技術(shù)建立設(shè)備指紋庫，提升終端管理水平，識別仿冒終端，進(jìn)一步消減物聯(lián)終端帶來的安全威脅。設(shè)備指紋是指可以用于唯一標(biāo)識出該設(shè)備的特征集合，如設(shè)備型號、設(shè)備IP、MAC、流量行為等。相同型號的終端，其指紋相似度很高。引入新型終端時，可以由用戶進(jìn)行少量標(biāo)注(即對少量未知終端標(biāo)注其類型廠商型號等信息),系統(tǒng)自動將其他指紋高度相似的終端“聯(lián)想”為已標(biāo)注的終端。例如當(dāng)有人拔下銀行室外ATM機(jī)的網(wǎng)線插頭，插入自己的PC,仿冒ATM的MAC地址，試圖入侵銀行內(nèi)網(wǎng)。若僅使用MAC認(rèn)證，則無法識別仿冒行為。但使用AI指紋識別技術(shù)，通過識別PC業(yè)務(wù)流特征和ATM業(yè)務(wù)流特征不同，可以準(zhǔn)確識別仿冒行為，并及時阻斷和預(yù)警。該方案同樣適用于工業(yè)物聯(lián)場景，提升工業(yè)物聯(lián)終端的安全防護(hù)能力。安全管理系統(tǒng)安全管理系統(tǒng)流量識別用設(shè)備指紋(IP、MAC等)流量指紋(廠商白名單)視頻協(xié)議(SIP、28181等)漏洞檢測冒端仿終流量識別流量識別?圖2-7:終端仿冒AI指紋檢測原理工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化的實施路徑工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的IP化不是一蹴而就的，而是一個由外向內(nèi)、自上而下的發(fā)展過程，工廠外網(wǎng)首先IP化，工廠內(nèi)網(wǎng)的IP化正在自上而下逐步推進(jìn)。同時，由于新增工業(yè)設(shè)備、物聯(lián)終端絕大部分都已經(jīng)支持IP協(xié)議，因此，可以采用新網(wǎng)絡(luò)IP化、老網(wǎng)絡(luò)逐步改造的方式。長遠(yuǎn)來看，還是要根據(jù)控制和智能融合、實時和非實時的融合趨勢，推進(jìn)下一代智能工控系統(tǒng)架構(gòu)，雖然目前還有部分企業(yè)采用傳統(tǒng)的MSTP的方式建設(shè)工廠外網(wǎng)，但是從總體發(fā)展趨勢來看，工廠外網(wǎng)的IP化改造、建設(shè)是不可逆趨勢，并且在逐漸向IPv6/Pv6+演進(jìn)，持續(xù)提升工廠外網(wǎng)的靈活性、安全性、可靠性。工廠內(nèi)網(wǎng)工廠內(nèi)網(wǎng)工廠外網(wǎng)品IP化改造：由外向內(nèi)光銅圖3-1:工廠網(wǎng)絡(luò)IP化由外向內(nèi)建設(shè)工廠內(nèi)網(wǎng)IP化的進(jìn)程是一個漸進(jìn)的過程，這個過程的主要決定因素不是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP化，而是工業(yè)控制現(xiàn)場的終端以及基地云園區(qū)匯聚基地云網(wǎng)關(guān)機(jī)器終端機(jī)器終端機(jī)器終端機(jī)器終端機(jī)器終端層級4:企業(yè)資源層統(tǒng)等)層級3:生產(chǎn)管理層(MES,生產(chǎn)調(diào)度和維護(hù))層級2:過程監(jiān)控層和監(jiān)控)網(wǎng)關(guān)圖3-2:工廠內(nèi)網(wǎng)IP化自上而下逐步推進(jìn)視頻監(jiān)控、AO1光學(xué)質(zhì)檢等IP化的新業(yè)務(wù)、新場景，可以直接一步到位采用新方案，落實IPv6優(yōu)先部署的原則，直接應(yīng)用IPv6技術(shù)建設(shè)高質(zhì)量的確定性網(wǎng)絡(luò)。中心云跨區(qū)域互聯(lián)園區(qū)匯聚中心云車間級現(xiàn)場級車間級現(xiàn)場級車間級現(xiàn)場級層級4:企業(yè)資源層層級4:企業(yè)資源層統(tǒng)等)層級3:生產(chǎn)管理層和維護(hù))層級2:過程監(jiān)控層和監(jiān)控)層級1:現(xiàn)場控制層(分布式控制DCS和邏輯控制PLC)層級0:現(xiàn)場設(shè)備層(傳感器，執(zhí)行器)企業(yè)過程監(jiān)控層現(xiàn)場控制層圖3-3:工業(yè)內(nèi)網(wǎng)新場景IPv6一步到位工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化的實施路徑工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書云底座容器SCADA等監(jiān)測控制管理層工業(yè)云平臺(工廠數(shù)據(jù)中心)云邊端圖3-4:下一代智能工業(yè)體系架構(gòu)回顧一下電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史，可以發(fā)現(xiàn)歷史都是驚人的相似。電信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)經(jīng)歷了“接口IP化、內(nèi)核IP化、架構(gòu)IP系著企業(yè)生產(chǎn)的命脈，對時延與可靠性更為敏感；透明工廠業(yè)務(wù)的高清視頻回傳，對帶寬的要求更高，一路高清視頻 (1080P)至少需要5Mbit/s,1000路視頻實時傳輸需要5Gbit/s帶寬；未來PLC業(yè)務(wù)云化部署后，需要工廠外網(wǎng)提供工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化的實施架構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書工廠外網(wǎng)自建骨干模式集團(tuán)型企業(yè)自建骨干網(wǎng)絡(luò)，連接多個制造基地與私有云，基地間業(yè)務(wù)互訪可采用SRv6技術(shù)，實現(xiàn)入網(wǎng)即入云，提供多業(yè)務(wù)的靈活快速接入與質(zhì)量保障。分支園區(qū)則可以采用SD-WAN技術(shù)，通過Intemet/5G接入集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)。)私有云生產(chǎn)基地1公有云分支機(jī)構(gòu)cPE圖4-1:企業(yè)自建工廠外網(wǎng)架構(gòu)一跳入云路徑調(diào)優(yōu)智能運(yùn)維基于SRv6技術(shù)構(gòu)建的先進(jìn)的工業(yè)骨干網(wǎng)，在不同業(yè)務(wù)路徑之間可通過SRv6Policy進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源；對于OT、IT等業(yè)務(wù)，基于FlexE等技術(shù)構(gòu)建多個網(wǎng)絡(luò)切片，提供業(yè)務(wù)安全隔離；對高優(yōu)先級業(yè)務(wù)，基于DIP技術(shù)提供確定性IP聯(lián)接服務(wù)，進(jìn)行差異化質(zhì)量保障；在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維領(lǐng)域，基于SDN+AI技術(shù)，提供業(yè)務(wù)快速發(fā)放、故障快速恢復(fù)、預(yù)測性運(yùn)維等能力，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全生命周期自動化智能化管理。工廠外網(wǎng)租用云網(wǎng)模式國內(nèi)運(yùn)營商均在深化云網(wǎng)融合戰(zhàn)略，提升云網(wǎng)服務(wù)能力。企業(yè)也可利用運(yùn)營商的資源，租用運(yùn)營商的云網(wǎng)服務(wù)，實現(xiàn)企業(yè)自身的多云連接業(yè)務(wù)。公有云公有云工業(yè)分支機(jī)構(gòu)私有云圖4-2:企業(yè)租用運(yùn)營商云網(wǎng)架構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化的實施架構(gòu)相比傳統(tǒng)的運(yùn)營商專線業(yè)務(wù)，工廠外網(wǎng)業(yè)務(wù)對運(yùn)營商的云網(wǎng)服務(wù)提出了更高要求：·一線多業(yè)務(wù)：工廠單一出口線路支持與多個公有云、行業(yè)云和企業(yè)基地互聯(lián)。·確定性網(wǎng)絡(luò)保障：運(yùn)營商使用網(wǎng)絡(luò)切片等技術(shù)，實現(xiàn)一張物理網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行多個企業(yè)邏輯業(yè)務(wù)專網(wǎng)，為企業(yè)提供多業(yè)務(wù)質(zhì)量保障與安全隔離。運(yùn)營商提供的工廠外網(wǎng)需要連接眾多行業(yè)和企業(yè)，必須具備K級切片的能力，方能服務(wù)全國工業(yè)互聯(lián)上云。·網(wǎng)絡(luò)服務(wù)化能力：企業(yè)租用運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)工廠外網(wǎng)，需要運(yùn)營商提供電商式服務(wù)，提供快速業(yè)務(wù)開通和運(yùn)維能力。先進(jìn)工廠外網(wǎng)的價值工業(yè)外網(wǎng)承擔(dān)了打通供應(yīng)鏈上下游信息流動、支撐生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)的跨系統(tǒng)流動、實現(xiàn)設(shè)備性能感知、過程優(yōu)化、智能排產(chǎn)等遠(yuǎn)程化和集中化的功能。先進(jìn)的工廠外網(wǎng)本質(zhì)上是一個提供多云、多園區(qū)互聯(lián)的智能云網(wǎng)，通過云網(wǎng)協(xié)同，可以把分散在不同地區(qū)的生產(chǎn)設(shè)備資源、算力資源和各種核心能力通過平臺的方式集聚；從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)在云間的無縫流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制，為生產(chǎn)無人化創(chuàng)造條件，支撐智能化制造、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個性化定制、服務(wù)化延伸、數(shù)字化管理的目標(biāo)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化的實施架構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書4.2工廠內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)結(jié)合工廠內(nèi)網(wǎng)的工業(yè)設(shè)備、物聯(lián)終端的聯(lián)接現(xiàn)狀及IP化的實施路徑，給出三種工廠內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)架構(gòu)：新增模式、存量模式、融合模式。(1)新增模式：因新業(yè)務(wù)(如：AO1光學(xué)質(zhì)檢、視頻監(jiān)控、智能倉儲物流、ARVR應(yīng)用等)在工廠的廣泛應(yīng)用，新業(yè)務(wù)對帶寬、容量、時延等有更高的要求，需要新建一張網(wǎng)絡(luò)，承載多種新業(yè)務(wù)。不影響原有的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。(2)存量模式：現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)存在大量非IP化終端，同時又要解決數(shù)據(jù)采集的問題。因此通過數(shù)采網(wǎng)關(guān)+協(xié)議轉(zhuǎn)換、(3)融合模式：IT/OT網(wǎng)絡(luò)完全融合，工業(yè)生產(chǎn)控制、辦公、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)運(yùn)行在一張IP網(wǎng)絡(luò)上，通過DIP等關(guān)鍵技術(shù)保障關(guān)鍵業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的需求。4.2.1新增模式下的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)越來越多的企業(yè)在工廠里采用AO光學(xué)質(zhì)檢來提升產(chǎn)品質(zhì)量，采用AGV小車來代替人力搬運(yùn)，通過AR來進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)助。這些新技術(shù)在不同層面提升了生產(chǎn)效率。但是這些新技術(shù)設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時延等都有一定的要求，例如基于AOl光學(xué)質(zhì)檢需要上行100Mbps以上的帶寬以及50ms以內(nèi)的時延，AGV小車在工廠移動的過程中不能有指令丟包等。工廠里傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)很難滿足這些技術(shù)需求，一種比較簡單的方案是新建一張承載網(wǎng)，既不影響工廠原來的生產(chǎn)網(wǎng)，又能滿足未來新技術(shù)疊加對網(wǎng)絡(luò)的需求。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化的實施架構(gòu)總部由N視頻監(jiān)控√光學(xué)檢測<圖匯聚國回他虛擬網(wǎng)絡(luò)…產(chǎn)區(qū)域一生產(chǎn)域N區(qū)圖4-3:工廠內(nèi)網(wǎng)IP化架構(gòu)(新增模式)團(tuán)總部的數(shù)據(jù)中心或云端，這就需要工業(yè)設(shè)備的數(shù)據(jù)最終能以IP化的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。當(dāng)前PLC的北向接口大多是支持IP工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化的實施架構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書工廠外網(wǎng)工廠外網(wǎng)國核心數(shù)據(jù)采集電機(jī)器人其他設(shè)備A工廠內(nèi)網(wǎng)生產(chǎn)區(qū)域生產(chǎn)區(qū)域一生產(chǎn)區(qū)域N壓機(jī)圖4-4:工廠內(nèi)網(wǎng)IP化架構(gòu)(存量模式)4.2.3融合模式下的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)融合模式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是下一代智能工控體系架構(gòu)的必然選擇，下一代智能工業(yè)體系架構(gòu)不僅僅是架構(gòu)上從五層簡化為三層，并且真正實現(xiàn)了設(shè)備終端的的全智能、全互聯(lián)，數(shù)據(jù)的直采。集中式ERP與MES向數(shù)字孿生驅(qū)動的生產(chǎn)要素管理與決策一體化系統(tǒng)發(fā)展，融合成為“管理與決策一體化的智能化系統(tǒng)”;在廠部/車間，隨著集控化的發(fā)展，制造流程全局優(yōu)化的需求，驅(qū)動控制系統(tǒng)向高性能智能自主控制系統(tǒng)發(fā)展，驅(qū)動單元自動化系統(tǒng)向全流程多工序協(xié)同優(yōu)化控制系統(tǒng)發(fā)展，驅(qū)動本地監(jiān)控向遠(yuǎn)程移動可視化監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展，從而傳統(tǒng)的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)和控制系統(tǒng)將被分布式的“智能化自主控制系統(tǒng)”所替代。在生產(chǎn)現(xiàn)場，傳統(tǒng)的工業(yè)裝備、終端逐漸被智能化的裝備、終端所替代。企業(yè)企業(yè)資源計劃 制造執(zhí)行系統(tǒng)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)2智能化自主控制系統(tǒng)1智能化智能化智能化圖4-5:從ISA-95到云-邊-端的工控架構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化的實施架構(gòu)下一代工業(yè)控制體系的變化不是偶然的，這也與業(yè)務(wù)的發(fā)展變化分不開的。社會經(jīng)濟(jì)、科技的發(fā)展使得工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模，復(fù)雜性越來越大；傳統(tǒng)以現(xiàn)場操作為主的局域網(wǎng)方式不能適應(yīng)以集控為主的大規(guī)模生產(chǎn)的訴求；新業(yè)務(wù)的加入，也使得傳統(tǒng)的低帶寬的工控網(wǎng)絡(luò)面臨改造；大數(shù)據(jù)分析帶來的算力下沉，要求現(xiàn)場終端提供更多的數(shù)據(jù)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)僅僅是工業(yè)園區(qū)的一部分，未來在整個工業(yè)園區(qū)中，辦公、生產(chǎn)、物流倉儲將是一個有機(jī)的整體，工業(yè)園區(qū)的網(wǎng)絡(luò)也將是一網(wǎng)多用、滿足多種業(yè)務(wù)融合承載的網(wǎng)絡(luò)。.環(huán)網(wǎng)劃工業(yè)控制云平臺A匯聚管理區(qū)雙發(fā)選收辦公>N物聯(lián)VN生產(chǎn)√N(yùn)@圖4-6:工廠內(nèi)網(wǎng)IP化遠(yuǎn)期階段——網(wǎng)到底的IP化1)園區(qū)內(nèi)一張網(wǎng)同時承載生產(chǎn)、辦公業(yè)務(wù)，實現(xiàn)OT/T全面融合。園區(qū)內(nèi)有線網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一、無線網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一，接入終端完全I(xiàn)P化。園區(qū)內(nèi)全面部署無線網(wǎng)絡(luò)和IPv6協(xié)議，提供任意終端設(shè)備就近入網(wǎng)能力和一跳入云能力。2)生產(chǎn)現(xiàn)場區(qū)，工控系統(tǒng)使用有線接入網(wǎng)絡(luò)，并使用防火墻和外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離。數(shù)據(jù)采集和移動辦公共享接入?yún)R聚網(wǎng)絡(luò)，在安全管理區(qū)或云端實現(xiàn)業(yè)務(wù)互通。在辦公區(qū)，辦公物聯(lián)、監(jiān)控安防和辦公I(xiàn)T共享接入?yún)R聚網(wǎng)絡(luò)，在安全管理區(qū)或云端實現(xiàn)業(yè)務(wù)互通。在接入層使用M-LAG、Wi-F雙發(fā)選收等技術(shù)，提供5個9的可靠性保障，網(wǎng)絡(luò)側(cè)部署FlexE+DIP實現(xiàn)關(guān)鍵業(yè)務(wù)資源物理隔離和確定性保障。展望未來，先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是匹配下一代工控體系架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，通過一網(wǎng)多用實現(xiàn)工業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)、辦公物聯(lián)、安防等多種業(yè)務(wù)的融合承載，IT/OT融合的網(wǎng)絡(luò)充分打通了現(xiàn)場設(shè)備和云/邊計算體系的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)通道，充分實現(xiàn)了數(shù)據(jù)上得來，算力下得去，上下游貫通，為智能生產(chǎn)保駕護(hù)航。產(chǎn)業(yè)實踐工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書05產(chǎn)業(yè)實踐中國寶武以“智慧制造+智慧服務(wù)”雙輪驅(qū)動創(chuàng)新，提升產(chǎn)業(yè)鏈全要素生產(chǎn)率，提出智慧制造“四個一律”:操作室一律集中、操作崗位一律機(jī)器人、運(yùn)維一律遠(yuǎn)程、服務(wù)環(huán)節(jié)一律上線，用遠(yuǎn)程集控、遠(yuǎn)程運(yùn)維等方式將員工從“汗流浹背、煙熏火燎”中解放出來，員工工作環(huán)境以及企業(yè)智能化水平都得到了極大提升。馬鋼集團(tuán)：以IPv6+創(chuàng)新應(yīng)用打造先進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，加速實現(xiàn)遠(yuǎn)程集控作為中國寶武的重要成員，馬鋼集團(tuán)在落實智慧制造戰(zhàn)略的過程中設(shè)立了集中運(yùn)營管控中心，強(qiáng)化多專業(yè)的調(diào)度業(yè)務(wù)整全新的IP化網(wǎng)絡(luò)來支撐遠(yuǎn)程集控業(yè)務(wù)，并引入了SRv6源路由、FlexE網(wǎng)絡(luò)切片等多項IPv6+創(chuàng)新應(yīng)用，構(gòu)筑了一張覆蓋全公司多廠區(qū)、采用100GE端口互聯(lián)的IP骨干網(wǎng)，包括5個主節(jié)點，17個匯聚節(jié)點，可滿足馬鋼未來5-10年業(yè)務(wù)發(fā)展需求。IP化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)絡(luò)分片方式，同時承載IT(辦公類)和OT(生產(chǎn)類)業(yè)務(wù)，以及支持各種生產(chǎn)線OT業(yè)務(wù)的多樣化時延的部分業(yè)務(wù)并進(jìn)一步采用SRv6源路由技術(shù)進(jìn)行了時延優(yōu)化，滿足了不同業(yè)務(wù)的場景化需求。IP化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)讓各集控系統(tǒng)快速上線，與傳統(tǒng)的光纖直拉方式相比，成本更低、擴(kuò)展更容易。集控中心數(shù)據(jù)中心日智能管理云網(wǎng)管控--------------統(tǒng)一承載網(wǎng)--------基于SRv6、FlexE網(wǎng)絡(luò)切片實現(xiàn)業(yè)務(wù)路徑、優(yōu)先級保障圖5-1:馬鋼集團(tuán)通過IPv6+實現(xiàn)遠(yuǎn)程集控工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接IP化技術(shù)與實踐白皮書產(chǎn)業(yè)實踐寶信軟件是中國寶武集團(tuán)所屬的工業(yè)信息化和自動化領(lǐng)域龍頭企業(yè)，已實現(xiàn)中大型PLC產(chǎn)品的全自主設(shè)計、本地化制造和廣泛商用，并在冶金行業(yè)最高控制要求的多機(jī)架連軋機(jī)及高速處理線機(jī)組中得到成功驗證。2021年7月，寶信軟件在發(fā)布自主研發(fā)的大型PLC產(chǎn)品時表示，未來將基于IEC61499分布式工業(yè)控制軟件國際標(biāo)準(zhǔn)和確定性IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，規(guī)劃設(shè)計新一代工業(yè)控制系統(tǒng)---云化PLC,全面覆蓋傳統(tǒng)PLC、DCS等應(yīng)用場景，實現(xiàn)軟硬件解耦和多語言集成的開發(fā)環(huán)境，達(dá)到IT/OT數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)的真正融合。確定性IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是IPv6+創(chuàng)新應(yīng)用的重要成果之一，可以在同時承載辦公、生產(chǎn)業(yè)務(wù)流量的IP