工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代信息通信技術(shù)與工業(yè)經(jīng)濟(jì)深度融合下的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、新型應(yīng)用模式和全新工業(yè)生態(tài)。網(wǎng)絡(luò)作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)三大功能體系之一，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通過構(gòu)建工業(yè)環(huán)境下人、機(jī)、物全面互聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等產(chǎn)業(yè)全要素的泛在互聯(lián)。
2020年4月，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正式發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.0》，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)作為重要組成部分，在原有網(wǎng)絡(luò)體系框架基礎(chǔ)上，深入開展面向?qū)嵤┞涞氐墓δ芗軜?gòu)和實(shí)施架構(gòu)的研究。
網(wǎng)絡(luò)功能框架明確體系功能組成
網(wǎng)絡(luò)體系由網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、數(shù)據(jù)互通和標(biāo)識(shí)解析三部分組成。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)完成數(shù)據(jù)的端到端可靠安全傳輸;數(shù)據(jù)互通實(shí)現(xiàn)對(duì)消息的建模、理解和互操作;標(biāo)識(shí)解析用于實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)全要素的識(shí)別、解析、管理等。其中標(biāo)識(shí)解析部分本文將不做介紹分析。
支持多種方式接入、實(shí)現(xiàn)多層次QoS是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)包括工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)和工廠外網(wǎng)絡(luò)兩部分，根據(jù)協(xié)議層次由底向上可以分為多方式接入、網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)發(fā)和傳輸層傳送。多方式接入包括有線接入和無線接入，通過現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)PON、TSN等有線方式，以及5G/ 4G、 WiFi/WiFi6、WIA、WirelessHART、ISA100.11a等無線方式，將工廠內(nèi)的各種要素，包括人員(如生產(chǎn)人員、設(shè)計(jì)人員、外部人員)、機(jī)器(如裝備、辦公設(shè)備)、材料(如原材料、在制品、制成品)、環(huán)境(如儀表、監(jiān)測(cè)設(shè)備)等，接入工廠內(nèi)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)發(fā)和傳輸層傳送重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的端到端傳輸功能。工業(yè)非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸主要完成無時(shí)延同步要求的采集信息數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的傳輸。工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸主要完成生產(chǎn)控制過程中有實(shí)時(shí)性要求的控制信息和需要實(shí)時(shí)處理的采集信息的傳輸。
數(shù)據(jù)互通是實(shí)現(xiàn)跨廠商、跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成的關(guān)鍵。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)互通實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息在各要素、各系統(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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互操作與信息集成。數(shù)據(jù)互通包括應(yīng)用層通信、信息模型和語義互操作等功能。應(yīng)用層通信通過OPC UA、MQTT、HTTP等協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸安全通道的建立、維持、關(guān)閉，以及對(duì)支持工業(yè)數(shù)據(jù)資源模型的裝備、傳感器、遠(yuǎn)程終端單元、服務(wù)器等設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理。信息模型是通過OPC UA、MTConnect、YANG等協(xié)議，提供完備、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)對(duì)象表達(dá)、描述和操作模型。語義互操作功能通過OPC UA、PLCopen、AutoML等協(xié)議，實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)信息的發(fā)現(xiàn)、采集、查詢、存儲(chǔ)、交互等功能，以及對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)信息的請(qǐng)求、發(fā)布、訂閱等功能。
網(wǎng)絡(luò)實(shí)施框架指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在企業(yè)落實(shí)部署
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)是構(gòu)建全要素、全系統(tǒng)、全產(chǎn)業(yè)鏈互聯(lián)互通的新型基礎(chǔ)設(shè)施。從實(shí)施架構(gòu)來看，在設(shè)備層和邊緣層建設(shè)高可靠、高安全、高融合的生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò);在企業(yè)層建設(shè)高可靠、全覆蓋、大帶寬的企業(yè)與園區(qū)網(wǎng)絡(luò);在產(chǎn)業(yè)層建設(shè)低時(shí)延、高可靠、大帶寬的國(guó)家骨干網(wǎng)絡(luò)。
建設(shè)高可靠、高安全、高融合的生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)是智能化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的難點(diǎn)在于，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的選擇往往受制于設(shè)備層工業(yè)裝備支持的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。因此在建設(shè)實(shí)施過程中需要結(jié)合設(shè)備實(shí)際情況，制定針對(duì)性策略。總體而言，主要有兩種模式。疊加模式：在已有控制網(wǎng)絡(luò)難以滿足新業(yè)務(wù)需求時(shí)，疊加新建支撐新業(yè)務(wù)流程的網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)設(shè)備，構(gòu)建原有控制網(wǎng)絡(luò)之外另一張網(wǎng)絡(luò)。例如，在已有的自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，部署新的監(jiān)測(cè)設(shè)備、傳感設(shè)備、執(zhí)行設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、分析和優(yōu)化。升級(jí)模式：對(duì)已有工業(yè)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和能力升級(jí)。例如，在流程制造現(xiàn)場(chǎng)，通過用支持4G/5G智能儀表更新替換原有的模擬式儀表，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)智能采集匯聚和危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)的無人化。
高可靠、全覆蓋、大帶寬的企業(yè)與園區(qū)網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)化改造的具體實(shí)踐。當(dāng)前企業(yè)層的網(wǎng)絡(luò)往往以園區(qū)的形式存在，大型工業(yè)企業(yè)規(guī)模大、占地廣，建設(shè)自有的私有園區(qū)網(wǎng)絡(luò);中小工業(yè)企業(yè)一般位于各類園區(qū)內(nèi)，可以充分使用公有園區(qū)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。
企業(yè)與園區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)敏捷的網(wǎng)絡(luò)管理、無死角的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、無縫的云邊協(xié)同。一是采用大二層的扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、部署SDN技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)“柔性”和“極簡(jiǎn)”的網(wǎng)絡(luò)管理，大幅降低工業(yè)企業(yè)/園區(qū)管理網(wǎng)絡(luò)的難度和工作量。二是利用運(yùn)營(yíng)商的5G和NB-IoT網(wǎng)絡(luò)、部署WiFi網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)無死角網(wǎng)絡(luò)覆蓋，工業(yè)企業(yè)可根據(jù)自身業(yè)務(wù)需求和預(yù)算，選擇5G和WiFi6綜合構(gòu)建具備可靠性、大帶寬、高性價(jià)比的無線網(wǎng)絡(luò)。三是采用云邊協(xié)同技術(shù)，支持企業(yè)辦公和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的云化部署，實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、高效匯集、分析和交互。
低時(shí)延、高可靠、大帶寬的國(guó)家骨干網(wǎng)絡(luò)支撐跨域的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同業(yè)務(wù)。工業(yè)企業(yè)使用國(guó)家骨干網(wǎng)絡(luò)主要是普通互聯(lián)網(wǎng)連接和高質(zhì)量專線連接兩類。普通互聯(lián)網(wǎng)連接是企業(yè)通過“盡力而為”的互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)最基本的商務(wù)、客戶、用戶和產(chǎn)品聯(lián)系;高質(zhì)量專線連接是企業(yè)通過基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬專線(SD-WAN、IPsec等)、物理隔離的專線(MPLS VPN、SDH、OTN等)、5G切片網(wǎng)絡(luò)等，實(shí)現(xiàn)高可靠、高安全、高質(zhì)量的業(yè)務(wù)部署。
在企業(yè)與園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的出口路由器上，根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)需求，引導(dǎo)流量去往不同的網(wǎng)絡(luò)連接。工業(yè)企業(yè)應(yīng)梳理自身業(yè)務(wù)的要求，形成層次化的網(wǎng)絡(luò)需求。例如企業(yè)與客戶的信息溝通、面向大眾的客戶服務(wù)等可采用普通互聯(lián)網(wǎng)連接，高價(jià)值產(chǎn)品的遠(yuǎn)程運(yùn)維和服務(wù)可采用基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬專線或5G切片網(wǎng)絡(luò)，分支機(jī)構(gòu)使用總部私有云資源和云化業(yè)務(wù)系統(tǒng)可使用物理隔離的專線。
網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新模式新業(yè)態(tài)發(fā)展的基礎(chǔ)，建設(shè)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)該成為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展的優(yōu)先行動(dòng)，因此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系框架、功能框架、實(shí)施框架對(duì)指導(dǎo)企業(yè)升級(jí)改造網(wǎng)絡(luò)具有現(xiàn)實(shí)意義。企業(yè)可以通過網(wǎng)絡(luò)功能框架明確支撐業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的功能，包括基本要素、功能模塊、交互關(guān)系和作用范圍;通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)施框架明確系統(tǒng)實(shí)施的層級(jí)結(jié)構(gòu)、承載實(shí)體、關(guān)鍵軟硬件和作用關(guān)系，明確設(shè)備/邊緣/企業(yè)/產(chǎn)業(yè)各層級(jí)中工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)軟硬件和應(yīng)用的部署;實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)，創(chuàng)新業(yè)務(wù)應(yīng)用水平提升。
數(shù)字化要一盤棋更要各自為戰(zhàn)
分享到微信 ×
打開微信，點(diǎn)擊底部的“發(fā)現(xiàn)”，
使用“掃一掃”即可將網(wǎng)頁分享至朋友圈。