工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0白皮書(shū) （2022年）

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0白皮書(shū)

（2022年）

前言

牽頭編寫(xiě)單位：

在全球第四次工業(yè)革命的浪潮下，人機(jī)物需要通過(guò)

中國(guó)信息通信研究院

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)彼此交互，相互協(xié)同，形成更為高效智能的

運(yùn)作系統(tǒng)。以5G、TSN、邊緣計(jì)算、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、

人工智能為代表的新一代信息通信技術(shù)將與工業(yè)自動(dòng)化參與編寫(xiě)單位：

技術(shù)形成合力，實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)在設(shè)計(jì)、采購(gòu)、生產(chǎn)、倉(cāng)中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所

儲(chǔ)、物流、運(yùn)營(yíng)、銷售各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)作北京交通大學(xué)

為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，需要具備接入海量設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)北京郵電大學(xué)

互聯(lián)互通、端到端確定性傳輸、網(wǎng)絡(luò)資源智能調(diào)度等能網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室

力，新一代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)呼之欲出。清華大學(xué)

本白皮書(shū)由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織，中國(guó)信息通鵬城實(shí)驗(yàn)室

信研究院牽頭行業(yè)內(nèi)相關(guān)單位編寫(xiě)，通過(guò)對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)中國(guó)移動(dòng)通信研究院

展歷程梳理，導(dǎo)引工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0概念及愿景，就其目標(biāo)中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院

架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)及演進(jìn)路線進(jìn)行分析，旨在為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)

中國(guó)電信股份有限公司研究院

的演進(jìn)和發(fā)展方向進(jìn)行拋磚引玉。

北京科技大學(xué)

在本白皮書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中，得到了聯(lián)盟成員及國(guó)內(nèi)

機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)

外眾多企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)、高校的大力支持，為白皮書(shū)的

研究所

觀點(diǎn)形成與編寫(xiě)提供了有力支撐。后續(xù)我們將根據(jù)業(yè)界

華為技術(shù)有限公司

的實(shí)踐情況和各界的反饋意見(jiàn)，在持續(xù)深入研究的基礎(chǔ)

北京航空航天大學(xué)

上適時(shí)修訂和發(fā)布的新版本。

浪潮通信技術(shù)有限公司

編寫(xiě)組成員（排名不分先后）：

張恒升、朱瑾瑜、陳潔、李棟、楊冬、成劍、朱海龍、黃

韜、林思雨、盧云龍、楊錚、任杰、張華宇、李慶、賀驍武、

馮景斌、詹雙平、黃震寧、魏彬、黃蓉、裴郁杉、金嘉亮、孫

雷、王健全、趙艷領(lǐng)、公彥杰、李方健、王童童、包華杰、胡

慧敏、喬雷、陳曉光、劉艷強(qiáng)、王曄彤、高嫻

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟公眾號(hào)

一、愿景

（一）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程

人類大致經(jīng)歷了四個(gè)工業(yè)革命階段，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)與后三次工業(yè)革

命相對(duì)應(yīng)。

19世紀(jì)末20世紀(jì)初，隨著以電力為動(dòng)力的第二次工業(yè)革命的出現(xiàn)，以

反饋系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)控制方法及技術(shù)于20世紀(jì)40年代開(kāi)始廣泛應(yīng)用

于工業(yè)系統(tǒng)領(lǐng)域，工業(yè)系統(tǒng)中的通訊主要依賴于電路系統(tǒng)的模擬電子線路

信號(hào)實(shí)現(xiàn)，可以視為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的雛形或者前身。

20世紀(jì)下半葉，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的第三次工業(yè)革命出現(xiàn)，數(shù)字通

信成為第三次工業(yè)革命新動(dòng)能。從最初的模數(shù)混合起步，基于已有的模擬

線路實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信。20世紀(jì)80年代，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在不同行業(yè)興起，以全

數(shù)字化、雙向串行、多點(diǎn)連接通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器、傳感器以

及變送器等多設(shè)備互聯(lián)。90年代末，隨著工業(yè)控制應(yīng)用和管理應(yīng)用對(duì)于承

載需求的進(jìn)一步提升，具有更高傳輸效率、更大帶寬、更好兼容性的工業(yè)

以太網(wǎng)逐步興起，開(kāi)始從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展向生產(chǎn)管理延伸。進(jìn)

入新世紀(jì)，工業(yè)無(wú)線引入工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)工業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)形成有效補(bǔ)充。

各類工業(yè)總線和工業(yè)以太等工業(yè)網(wǎng)絡(luò)誕生于不同行業(yè)領(lǐng)域，形成了以IEC

61158、IEC61784等為代表的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系列標(biāo)準(zhǔn)。

21世紀(jì)開(kāi)始，在美國(guó)、德國(guó)、中國(guó)等科技大國(guó)逐漸出現(xiàn)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

的概念，新的工業(yè)應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，工業(yè)控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)信息交互模式

出現(xiàn)變革。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，工業(yè)智能化、一體化的趨勢(shì)愈發(fā)明顯，

在人工智能、清潔能源、無(wú)人控制技術(shù)、量子信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技

術(shù)的推動(dòng)下，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)正在進(jìn)行全新的技術(shù)革命。

—1—

（二）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)

最初的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)基于工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，只包含工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。

而隨著工業(yè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化、信息化進(jìn)程不斷推進(jìn)、升級(jí)，通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)和信

息系統(tǒng)將生產(chǎn)管控、物料管理、事務(wù)處理、現(xiàn)金流動(dòng)、客戶交易等業(yè)務(wù)流

程加工成信息資源。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展，涵蓋了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)信息

網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)層次。前者主要負(fù)責(zé)工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)部以及系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，

承載工業(yè)測(cè)量、控制信號(hào)及系統(tǒng)相關(guān)的監(jiān)控、診斷、管理等相關(guān)業(yè)務(wù)；后

者主要支撐原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息后，應(yīng)用于業(yè)務(wù)分析系統(tǒng)、并實(shí)現(xiàn)控制反

饋的數(shù)據(jù)互通，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)分別各自演進(jìn)，形成了分層分域的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

在新技術(shù)的推動(dòng)下，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)逐漸呈現(xiàn)融合趨勢(shì)，

具備支持多業(yè)務(wù)、多協(xié)議、多廠商設(shè)備和數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通、共網(wǎng)承載以及

高質(zhì)量傳輸能力已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必然的演進(jìn)方向。具備高實(shí)時(shí)、高可靠、

廣覆蓋、高安全等特點(diǎn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，例如時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）、工

業(yè)5G、OPCUA、工業(yè)光網(wǎng)、單對(duì)雙絞線、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等，正在逐步成為工業(yè)

網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)技術(shù)，形成新一代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

圖1工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展圖

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總而言之，第二次工業(yè)革命時(shí)期，在生產(chǎn)系統(tǒng)中，面向基礎(chǔ)自動(dòng)控制

設(shè)備，以模擬信號(hào)通信為主的自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)，稱之為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)1.0。在第

三次工業(yè)革命時(shí)期，在車間中，面向數(shù)字化工業(yè)設(shè)備及信息化自控系統(tǒng)，

以數(shù)據(jù)通信為主的工業(yè)總線和工業(yè)以太網(wǎng)，稱之為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)2.0。隨著第

四次工業(yè)革命的來(lái)臨，面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)要素全連接、生產(chǎn)過(guò)程高智能

的目標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍從局域擴(kuò)展到廣域，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0應(yīng)運(yùn)而生。

（三）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0的內(nèi)涵

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0是面向2030年及未來(lái)，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)，支撐

人、機(jī)、平臺(tái)協(xié)同創(chuàng)新應(yīng)用，技術(shù)高融合、部署高靈活、服務(wù)可度量、接

口可編程的新型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0以先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，以泛在

互聯(lián)、確定承載、智能極簡(jiǎn)、高效低碳為目標(biāo)，全面支撐機(jī)器與平臺(tái)、人

與平臺(tái)、人與機(jī)器的互聯(lián)互通互操作。

泛在互聯(lián)是基本要求。在新一輪科技革命的驅(qū)動(dòng)下，新一代信息技術(shù)

正深刻影響制造業(yè)發(fā)展，工業(yè)數(shù)據(jù)的橫向與縱向集成正不斷擴(kuò)展延伸，工

業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0的范圍不斷擴(kuò)展。一是傳統(tǒng)的“聾”“啞”設(shè)備將被數(shù)字化網(wǎng)

絡(luò)化設(shè)備替代，人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)實(shí)現(xiàn)全面的無(wú)死角網(wǎng)絡(luò)覆蓋和連

接，從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)到云端將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和數(shù)據(jù)互通，構(gòu)建一套可互操作、

可移植的開(kāi)放架構(gòu)體系。二是泛在安全成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)生屬性，通過(guò)增

強(qiáng)主動(dòng)防御、智能感知、協(xié)同處理等能力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可

靠、安全可信。

確定承載是核心訴求。采集、傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)能力，更

好的承載能力、確定的服務(wù)性能成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0的核心能力。一是通過(guò)

各類新型網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)端到端融合承載，面向不同垂直行業(yè)，多種業(yè)務(wù)

混合傳輸需求，按需提供確定性網(wǎng)絡(luò)保障。二是實(shí)現(xiàn)多層級(jí)、廣范圍的確

定性傳輸。車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延達(dá)到亞毫秒級(jí)，機(jī)械制造類的機(jī)臺(tái)內(nèi)部網(wǎng)

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絡(luò)端到端通信響應(yīng)時(shí)間縮減到微秒級(jí)。園區(qū)級(jí)網(wǎng)絡(luò)反饋控制類業(yè)務(wù)的端到

端傳輸時(shí)延達(dá)到毫秒級(jí)。城域級(jí)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到TB級(jí)別的傳輸帶寬，確定性端到

端時(shí)延達(dá)到10毫秒級(jí)，承載接入和器規(guī)模達(dá)到百萬(wàn)級(jí)以上。

智能極簡(jiǎn)是內(nèi)生需求。數(shù)字化節(jié)點(diǎn)的快速增加，靈活化生產(chǎn)的規(guī)模擴(kuò)

大，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系復(fù)雜度日益增加，人工輔組甚至無(wú)人化的“建、運(yùn)、管、

維”成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0的必然要求。一是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)全生命周期智能化，通

過(guò)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、部署、運(yùn)維、優(yōu)化各環(huán)節(jié)構(gòu)建感知洞察能力、優(yōu)化分析能

力、決策部署能力等，實(shí)現(xiàn)人員成本降低、操作失誤減少、故障快速定位

解決，大幅提升工業(yè)網(wǎng)絡(luò)支撐能力。二是服務(wù)接口極簡(jiǎn)化，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，

以場(chǎng)景為導(dǎo)向、以算法為支撐，配合大數(shù)據(jù)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，免除繁

瑣的應(yīng)用安裝、部署、維護(hù)過(guò)程，降低工業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)的難度

和技術(shù)門(mén)檻，實(shí)現(xiàn)人對(duì)系統(tǒng)接口的簡(jiǎn)潔化。

高效低碳是更高追求。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量的的爆發(fā)式增長(zhǎng)將導(dǎo)致網(wǎng)

絡(luò)能源消耗的大幅增加，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0要實(shí)現(xiàn)效率與節(jié)能水平的同步提升。

一是通過(guò)新型轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)和管控技術(shù)，提高網(wǎng)絡(luò)對(duì)各種工業(yè)應(yīng)用的適配支撐

能力，一網(wǎng)多用，減少重復(fù)建設(shè)；提高網(wǎng)絡(luò)流量的負(fù)載水平，重復(fù)利用鏈

路帶寬，物盡其用。二是通過(guò)綠色節(jié)能技術(shù)降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能耗，實(shí)現(xiàn)設(shè)備

級(jí)的高能效；通過(guò)設(shè)備間的協(xié)作平衡，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級(jí)的高能效；利用可再生

能源為系統(tǒng)供能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的高能效。

（四）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展驅(qū)動(dòng)力

業(yè)務(wù)和技術(shù)是推動(dòng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的主要驅(qū)動(dòng)力。

在業(yè)務(wù)上，隨著智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0將以業(yè)

務(wù)服務(wù)質(zhì)量為核心，為工業(yè)企業(yè)提供百萬(wàn)級(jí)接入能力、10Gbps連接速率、

微秒級(jí)時(shí)延/抖動(dòng)的確定性保證，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)同，業(yè)務(wù)質(zhì)量智能優(yōu)化，

同時(shí)為網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)超百倍的能效提升及單比特成本降低。未來(lái)工業(yè)將與IT技

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術(shù)更加深入地融合，智能工廠內(nèi)建立有線+無(wú)線、實(shí)時(shí)+非實(shí)時(shí)、局域+廣

域的異質(zhì)異構(gòu)生產(chǎn)管理和控制網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與消費(fèi)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)互通，

實(shí)現(xiàn)真正的“一網(wǎng)到底”，與此同時(shí)，必須解決“信息安全”的問(wèn)題。

在技術(shù)上，從控制、采集等基礎(chǔ)能力，向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人、機(jī)、平臺(tái)全

面互聯(lián)場(chǎng)景演進(jìn)。從解決產(chǎn)線內(nèi)部連接單一傳輸?shù)墓I(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向業(yè)

務(wù)驅(qū)動(dòng)的全融合、智能化網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0以數(shù)字化業(yè)務(wù)為中心構(gòu)

建全方位通信生態(tài)系統(tǒng)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0將通過(guò)無(wú)縫融合的方式，便捷地實(shí)

現(xiàn)人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器之間的智能互聯(lián)，使數(shù)據(jù)及信息交互突破空間及

距離的限制，完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)到工業(yè)知識(shí)的華麗轉(zhuǎn)變，為工業(yè)生產(chǎn)注入智能

化的新活力。其中，高清機(jī)器視覺(jué)、大模型智能的大規(guī)模網(wǎng)聯(lián)化推動(dòng)機(jī)器

人對(duì)高帶寬和高時(shí)效性的需求，多機(jī)器人協(xié)作和高速運(yùn)動(dòng)車輛需要穩(wěn)定的

高帶寬、低延遲低抖動(dòng)無(wú)線通信技術(shù)。確定性網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將會(huì)在兼容現(xiàn)

有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上提供高帶寬、低延遲、高可靠的通信能力，將極大的減小

使用網(wǎng)絡(luò)的難度，降低部署和運(yùn)維成本。泛在連接將推動(dòng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0呈

現(xiàn)消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的大連接、大融合、大數(shù)據(jù)的新型業(yè)態(tài)。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深度融合，可以催生更多工業(yè)創(chuàng)新業(yè)務(wù)，有效

提升工業(yè)生產(chǎn)效率及產(chǎn)品品質(zhì)，降低勞動(dòng)成本，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供廣闊的前景。

二、場(chǎng)景需求

（一）應(yīng)用場(chǎng)景

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0應(yīng)滿足產(chǎn)線、車間、工廠、工業(yè)園區(qū)、戶外作業(yè)場(chǎng)景等

各類區(qū)域生產(chǎn)全要素接入和互聯(lián)需求實(shí)現(xiàn)機(jī)器與平臺(tái)、人與平臺(tái)、人與機(jī)

器的互聯(lián)互通互操作。

—5—

1、機(jī)器與平臺(tái)

機(jī)器與平臺(tái)的連接是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0的核心應(yīng)用場(chǎng)景。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0的確

定承載能力能夠支撐未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)中跨產(chǎn)線、跨車間，跨工廠乃至跨地域

的生產(chǎn)協(xié)同、遠(yuǎn)程控制場(chǎng)景。無(wú)人化、少人化是未來(lái)智能工廠發(fā)展的重要

特征之一，大量的AGV、機(jī)械臂、數(shù)控設(shè)備等工業(yè)智能化設(shè)備通過(guò)云平臺(tái)

或者邊緣計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、配料、運(yùn)輸?shù)葓?chǎng)景中數(shù)據(jù)互聯(lián)互通和協(xié)同管

控。

基于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0的協(xié)同管控系統(tǒng)需要通過(guò)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)工廠

或某一特定區(qū)域內(nèi)的機(jī)器人、車輛、設(shè)備、貨物及人員的綜合調(diào)度，通過(guò)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和分析，做出最優(yōu)決策，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制/決策指令在

設(shè)備間的可靠同步傳輸，保證多機(jī)器間、機(jī)器到平臺(tái)之間運(yùn)行的可操作性、

精準(zhǔn)性和靈活性，實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)機(jī)器集群編隊(duì)、多機(jī)器協(xié)同流水作業(yè)等應(yīng)用。

圖2機(jī)器與平臺(tái)連接主要場(chǎng)景示意圖

—6—

基于控制器到設(shè)備（C2D）通信模型是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0的基礎(chǔ)應(yīng)用，主要

包括邏輯控制（如：PLC到IO的控制）和運(yùn)動(dòng)控制（如機(jī)床內(nèi)部主控到伺

服電機(jī)的控制）兩大類業(yè)務(wù)。隨著工業(yè)應(yīng)用的不斷升級(jí)發(fā)展，遠(yuǎn)程控制、

智能控制等新型業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)。

基于控制器到控制器（C2C）通信模型的多機(jī)器協(xié)同是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0的

重要應(yīng)用。多機(jī)器的集群并不是簡(jiǎn)單的設(shè)備疊加或功能拼湊，而是要實(shí)現(xiàn)

機(jī)器設(shè)備間的互聯(lián)互通、狀態(tài)共享、資源協(xié)同及群體決策等功能，進(jìn)而實(shí)

現(xiàn)“1+1>2”的群體智能效應(yīng)，去完成更加復(fù)雜的協(xié)同制造任務(wù)，從而提

升產(chǎn)線的智能化及柔性化生產(chǎn)水平。相比于傳統(tǒng)機(jī)器，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0時(shí)代

的機(jī)器將由機(jī)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、傳感器、控制裝備及應(yīng)用軟件等幾個(gè)部分組

成，隨著智能機(jī)器網(wǎng)絡(luò)的激增，數(shù)據(jù)創(chuàng)建過(guò)程將會(huì)加速，智能機(jī)器直接相

互對(duì)話，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)承載及數(shù)據(jù)處理方式都面臨巨大挑戰(zhàn)。

2、人與平臺(tái)

人與平臺(tái)的連接是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0的關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景。數(shù)據(jù)是智能工廠構(gòu)

建的基礎(chǔ)要素，平臺(tái)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理的主要載體，是智能化工廠的大腦。

平臺(tái)針對(duì)用戶的具體交互請(qǐng)求提供信息呈現(xiàn)、配置下發(fā)、操作管控等功能。

平臺(tái)提供有線和無(wú)線接入方式，提供VPN技術(shù)，根據(jù)授權(quán)等級(jí)支持物理隔

離、軟件隔離、本地和遠(yuǎn)程操控。平臺(tái)應(yīng)具備智能化學(xué)習(xí)能力，能記錄和

學(xué)習(xí)人的合規(guī)合理操作，編制自動(dòng)化操作樣本或案例，最終目標(biāo)是降低人

為操作帶來(lái)的不確定性，使平臺(tái)自動(dòng)化、自主化、智能化管理整個(gè)工業(yè)網(wǎng)

絡(luò)。但無(wú)論發(fā)展到何種階段，人始終具備最高的管理控制權(quán)限。因此，平

臺(tái)應(yīng)建立人類教學(xué)-機(jī)器訓(xùn)練的系統(tǒng)，讓機(jī)器逐步替代人類的管控操作。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0將實(shí)現(xiàn)人與平臺(tái)的充分連接。支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在工

藝優(yōu)化、質(zhì)量管控、智能維護(hù)、信息管理等多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景輔助工作人員作

出決策。通過(guò)對(duì)設(shè)備的信息采集、處理、分析、統(tǒng)一管控，集中管控為工

—7—

業(yè)用戶提供統(tǒng)一的管理平臺(tái)，消除信息孤島,全面直觀的幫助工業(yè)用戶采

集多種工業(yè)數(shù)據(jù)、快速定位故障。集中管控平臺(tái)支持多源數(shù)據(jù)采集、設(shè)備

自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)組態(tài)式配置方式，結(jié)合基本策略和安全策略能夠?qū)崿F(xiàn)批量

下發(fā)與集中快速部署。支持現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備-網(wǎng)絡(luò)-應(yīng)用三級(jí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，快速發(fā)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)中各種潛在的安全隱患，將傳統(tǒng)人工巡檢的被動(dòng)方式變?yōu)榧惺奖O(jiān)控

+主動(dòng)報(bào)警方式。全面感知工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)，幫助工業(yè)用戶建立快

速有效的事件預(yù)測(cè)—發(fā)現(xiàn)—評(píng)估—處置的閉環(huán)機(jī)制，由被動(dòng)的故障處置轉(zhuǎn)

為主動(dòng)的預(yù)警預(yù)測(cè)與防護(hù)。

圖3人與平臺(tái)連接主要場(chǎng)景示意圖

—8—

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0將實(shí)現(xiàn)人與平臺(tái)的泛在連接。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0將實(shí)現(xiàn)海量傳

感數(shù)據(jù)、標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)、數(shù)控信息、安全信息等全連接，基于邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)或

者云計(jì)算平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)對(duì)生產(chǎn)流程、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)

行在線實(shí)時(shí)分析，為人提供信息集中、操作便利的平臺(tái)，具備多種交互方

式和信息呈現(xiàn)形式，支持泛在安全能力。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0將實(shí)現(xiàn)人與平臺(tái)的全面連接。提供獲取工業(yè)全流程、生

產(chǎn)全域數(shù)據(jù)的能力，結(jié)合人工智能技術(shù)，將能夠感知市場(chǎng)信息、生產(chǎn)情況

和制造過(guò)程的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，通過(guò)自學(xué)習(xí)和自優(yōu)化決策，實(shí)現(xiàn)人與智能優(yōu)

化決策系統(tǒng)之間的協(xié)同，使決策者能在動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境中準(zhǔn)確優(yōu)化決策；

并能夠?qū)Q策過(guò)程動(dòng)態(tài)性能的遠(yuǎn)程移動(dòng)可視化監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合生

產(chǎn)指標(biāo)、計(jì)劃調(diào)度指標(biāo)、制造生產(chǎn)全流程生產(chǎn)指標(biāo)、運(yùn)行指標(biāo)、生產(chǎn)指標(biāo)、

控制指令的綜合優(yōu)化決策，并對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行全程的管控及回溯，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)

品質(zhì)量在生產(chǎn)全過(guò)程的有效管理。

工業(yè)數(shù)字孿生將作為未來(lái)智能工廠的重要數(shù)字工具，提升智能工廠設(shè)

備設(shè)計(jì)、上線及運(yùn)行效率。基于生產(chǎn)全流程歷史數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，

結(jié)合廠房、設(shè)備、產(chǎn)線、工裝、物料等物理模型，將能夠?qū)I(yè)設(shè)備進(jìn)行

高精度數(shù)字化重構(gòu)，創(chuàng)建數(shù)字孿生虛擬模型。工業(yè)3.0網(wǎng)絡(luò)由于具備低時(shí)

延、高可靠及確定性特征，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)控制/決

策數(shù)據(jù)向執(zhí)行設(shè)備的傳輸，從而構(gòu)建數(shù)字世界與物理世界的數(shù)字化交互“橋

梁”。利用傳感器、設(shè)備運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)結(jié)合廠房、設(shè)備、產(chǎn)線、工裝、物料

等物理模型，利用傳感器采集數(shù)據(jù)、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，針對(duì)真實(shí)產(chǎn)線進(jìn)行高

精度數(shù)字化重構(gòu)，創(chuàng)建數(shù)字孿生虛擬模型。通過(guò)建立產(chǎn)品虛擬模型，可以

在產(chǎn)品研發(fā)環(huán)節(jié)，分析產(chǎn)品性能，使用場(chǎng)景及有效功能，數(shù)字化展現(xiàn)產(chǎn)品

模型優(yōu)化過(guò)程；通過(guò)建立生產(chǎn)環(huán)境的虛擬模型，使企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)在正式投

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產(chǎn)前，對(duì)產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)、生產(chǎn)流程、工藝參數(shù)進(jìn)行仿真，測(cè)試及優(yōu)化。結(jié)合VR

和數(shù)字孿生技術(shù)可以為運(yùn)維工程師進(jìn)行預(yù)測(cè)性及遠(yuǎn)程運(yùn)維提供便利。

3、人與機(jī)器

人與機(jī)器的連接是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0的重要應(yīng)用場(chǎng)景。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，

實(shí)現(xiàn)基于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行監(jiān)測(cè)、

設(shè)備遠(yuǎn)程集中操控、設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維等場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)及惡劣工作環(huán)境下

的無(wú)人化及少人化操作，切實(shí)提升生產(chǎn)保障能力及生產(chǎn)效率成為重要需求，

構(gòu)建全新遠(yuǎn)程化人機(jī)交互應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化新手段延展人類視聽(tīng)及觸

覺(jué)體驗(yàn)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0將為人與機(jī)器的多種交互方式（包括鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、

觸摸屏、VR、AR、語(yǔ)音、手勢(shì)等）提供連接。

基于高清機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)場(chǎng)景可大幅度提高

生產(chǎn)安全性、生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。在此場(chǎng)景中，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)4K/8K

相機(jī)系統(tǒng)和質(zhì)檢系統(tǒng)/安全告警系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)通信，保證高清視頻的實(shí)時(shí)

無(wú)損傳輸。如在港口天車、物料運(yùn)輸行車等場(chǎng)景中，人員需要長(zhǎng)時(shí)間高空

作業(yè)，工作環(huán)境較為惡劣且危險(xiǎn)。通過(guò)高清視頻及遠(yuǎn)程操控技術(shù)，將能夠

實(shí)現(xiàn)高空無(wú)人化操作，將操作臺(tái)設(shè)置于地面集中監(jiān)控室，通過(guò)設(shè)備上裝配

的高清攝像頭實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，保證遠(yuǎn)程操控的精準(zhǔn)性。

基于VR/AR的設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行監(jiān)測(cè)及運(yùn)維正逐步成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新型應(yīng)

用。在工業(yè)生產(chǎn)中，一線生產(chǎn)工人將較難處理設(shè)備出現(xiàn)的復(fù)雜故障或工藝

問(wèn)題?；诟咔鍞z像頭的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，將能清晰、直觀地地將問(wèn)題反饋

給具有豐富經(jīng)驗(yàn)的專家，后方專家通過(guò)VR/AR等技術(shù)將能很好地呈現(xiàn)給現(xiàn)

場(chǎng)工作人員，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工作人員完成設(shè)備故障的檢測(cè)、排除等較為復(fù)雜的

任務(wù)，從而降低故障響應(yīng)時(shí)間，降低運(yùn)行維護(hù)成本。結(jié)合AR/VR技術(shù)，采

用計(jì)算機(jī)模擬合成方法實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)字孿生，結(jié)合生產(chǎn)環(huán)境及設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)

的實(shí)時(shí)采集，并可在視覺(jué)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)全維度實(shí)時(shí)生產(chǎn)環(huán)境感知，可以更好

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幫助生產(chǎn)管理人員實(shí)時(shí)了解車間工作進(jìn)度，質(zhì)量狀況，設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)根

據(jù)各種狀況進(jìn)行反饋調(diào)整。支持更加智能的設(shè)計(jì)、操作、維護(hù)，優(yōu)質(zhì)的服

務(wù)及高水平生產(chǎn)安全

基于數(shù)字觸覺(jué)技術(shù)的工業(yè)遠(yuǎn)程操控被認(rèn)為將成為工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的方

向。在工業(yè)遠(yuǎn)程操控的部分應(yīng)用場(chǎng)景中，被操控物體對(duì)于精度和靈敏度要

求較高，此時(shí)完全依賴實(shí)時(shí)高清音視頻數(shù)據(jù)難以達(dá)到設(shè)備與環(huán)境的精準(zhǔn)測(cè)

量與精準(zhǔn)感知。數(shù)字觸覺(jué)技術(shù)未來(lái)將會(huì)廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人，通過(guò)能夠

對(duì)力矩、壓覺(jué)、滑覺(jué)等精細(xì)化傳感器，能夠檢測(cè)來(lái)自機(jī)械刺激、溫度和疼

痛的刺激，而檢測(cè)信號(hào)需要經(jīng)過(guò)具有低時(shí)延、高可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸后，能夠

在源端實(shí)時(shí)向操作人反饋，并呈現(xiàn)相應(yīng)生物感覺(jué)。具有數(shù)字觸覺(jué)的工業(yè)機(jī)

器人能夠檢測(cè)物體的存在，確定零件的形狀、位置、方向，并能借助壓力、

滑感等完成物體表面紋理的檢測(cè)、接頭檢查或損壞檢測(cè)，從而能夠配合遠(yuǎn)

程操控完成精準(zhǔn)化的動(dòng)作反饋和操作。

（二）業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)

面向2030年及未來(lái)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要進(jìn)一步滿足大數(shù)據(jù)接入工業(yè)

系統(tǒng)的需求，促進(jìn)物理與數(shù)字世界的深度融合，實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域關(guān)鍵業(yè)務(wù)的

更新升級(jí)。主要面臨如下四個(gè)方面的挑戰(zhàn)：

（1）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)ISA-95層次化架構(gòu)無(wú)法滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新需求

超遠(yuǎn)距離機(jī)器控制、浸入式在線生產(chǎn)管理、工業(yè)數(shù)字孿生、基于機(jī)器

學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)性維護(hù)、機(jī)器視覺(jué)輔助質(zhì)檢等業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)控制、預(yù)測(cè)性

維護(hù)、企業(yè)業(yè)務(wù)上云等存量業(yè)務(wù)的改造升級(jí)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下，面向機(jī)

器視覺(jué)、XR維護(hù)、數(shù)字孿生等智能機(jī)器創(chuàng)新型業(yè)務(wù)的層出不窮，業(yè)務(wù)云化

和終端虛擬化，智能設(shè)備直接對(duì)話將顛覆全網(wǎng)流量模型，云算網(wǎng)協(xié)同勢(shì)在

必行，原有的OT、IT分層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)難以全面適應(yīng)新業(yè)務(wù)的。

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業(yè)務(wù)創(chuàng)新需要更為彈性和智能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)需要及時(shí)探知應(yīng)用需

求，實(shí)時(shí)響應(yīng)應(yīng)用指標(biāo)要求，“泛在互聯(lián)、智能極簡(jiǎn)”的新型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架

構(gòu)在未來(lái)將成為重要需求。

（2）工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來(lái)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的快速膨脹

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用將會(huì)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸速率大幅度提升。例如機(jī)器視

覺(jué)輔助質(zhì)檢所需要的8K圖像/視頻，經(jīng)百倍壓縮后傳輸速率仍達(dá)千兆bps，

浸入式在線故障診斷所用到的XR技術(shù)，不僅對(duì)上下行數(shù)據(jù)傳輸速率提出挑

戰(zhàn)，同時(shí)也對(duì)時(shí)延/抖動(dòng)提出了“無(wú)感知”的苛刻要求。

增強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的感知力是工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的迫切需要，可以預(yù)

見(jiàn)，未來(lái)十年將有海量設(shè)備接入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的連接將變得無(wú)處

不在，隨著智能機(jī)器、傳感器、標(biāo)識(shí)部署的普及，網(wǎng)絡(luò)終端連接數(shù)，連接

密度激增，數(shù)據(jù)創(chuàng)建速度也將會(huì)加快。

（3）面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系尚不完善

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量體系與消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)存在巨大差異，當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)還是面向

人類認(rèn)知設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，例如視頻內(nèi)容的幀率選擇考慮到人類對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的

視覺(jué)感知力，定義為30幀/秒，采集的音頻也利用了人類認(rèn)知系統(tǒng)的掩蓋

效應(yīng)機(jī)制。對(duì)于人類的認(rèn)知，這樣的編碼質(zhì)量可以被認(rèn)為是精細(xì)的質(zhì)量，

但是對(duì)于需要超越人類的用例則遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，如機(jī)器人的監(jiān)控系統(tǒng)可以從超

過(guò)人類可聽(tīng)頻率的聲音中檢測(cè)到異常。普通人看到事件時(shí)的響應(yīng)速度約為

100ms，因此很多應(yīng)用基于這個(gè)時(shí)延進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是人類之外的應(yīng)用，如

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，則需要進(jìn)一步縮短響應(yīng)時(shí)間。

面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是以人機(jī)物全面互聯(lián)為主體的通信，需要

注重差異化提供更好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量及用戶體驗(yàn)。不同的行業(yè)不同應(yīng)用場(chǎng)

景，專用網(wǎng)絡(luò)和專用設(shè)備增加網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維、運(yùn)營(yíng)壓力，時(shí)延、抖動(dòng)、丟包

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傳輸確定性要求有很大差異，同樣是機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用，在質(zhì)量檢測(cè)場(chǎng)景，端

到端響應(yīng)在面向機(jī)器控制的場(chǎng)景下，端到端響應(yīng)時(shí)間縮減到10ms。

（4）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)帶來(lái)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)能耗的升高

權(quán)威機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年數(shù)字業(yè)務(wù)帶來(lái)的流量將達(dá)到612ZB，是

2020年的13倍。1如果按照當(dāng)前能效水平自然演進(jìn)，能耗與對(duì)應(yīng)的碳排放將

增長(zhǎng)2.3倍。ICT行業(yè)到2030年至少需要減碳45%，2才能達(dá)成階段目標(biāo)。華

為瑞典研究院數(shù)據(jù)稱，2020年全球ICT產(chǎn)業(yè)的能耗約2萬(wàn)億千瓦時(shí)，占全球

總耗電量的4%，預(yù)計(jì)到2030年ICT產(chǎn)業(yè)全球耗電量最高將增長(zhǎng)61%。ICT行

業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型已經(jīng)刻不容緩。但未來(lái)世界流量的增長(zhǎng)是大勢(shì)所趨，如何

解決它所帶來(lái)的能耗提升和節(jié)能減排之間的矛盾，這將是一個(gè)“世界性難

題”。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)共享，

工廠內(nèi)和工廠件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)，將極大提升企業(yè)乃至行業(yè)的

生產(chǎn)效率，但同時(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)也將呈現(xiàn)規(guī)模大，復(fù)雜度高的特點(diǎn)，相關(guān)成本

也將同步升高。因此如何實(shí)現(xiàn)高效低碳也是新一代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)面臨的一大挑

戰(zhàn)。一方面提升企業(yè)整體信息系統(tǒng)效率，資源共享，數(shù)據(jù)互通，帶來(lái)的業(yè)

務(wù)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)能效的大幅提升；另一方面降低網(wǎng)絡(luò)本身能耗，支持網(wǎng)絡(luò)資

源的共享和彈性伸縮，目的是在動(dòng)態(tài)工作負(fù)載情況下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算資源

的高效利用，如支持資源動(dòng)態(tài)線性擴(kuò)展的能力。

（三）關(guān)鍵指標(biāo)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)典型場(chǎng)景涉及產(chǎn)線、車間、園區(qū)、辦公樓宇、倉(cāng)儲(chǔ)等各種

區(qū)域，這些區(qū)域涉及到生產(chǎn)、研發(fā)、物流、辦公等各類業(yè)務(wù)，這些場(chǎng)景中，

要考慮工業(yè)控制、高清視頻監(jiān)控、AR質(zhì)檢、智慧倉(cāng)儲(chǔ)、數(shù)字孿生等工業(yè)互

1DigitalEconomyCompass2020.Statista.2020

2國(guó)際電聯(lián)ITU-L.1470建議書(shū)“遵守《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》（UNFCCC）的ICT行業(yè)溫室氣體（GHG）排放軌跡"

—13—

聯(lián)網(wǎng)典型業(yè)務(wù)，并結(jié)合各場(chǎng)景應(yīng)用用戶的分布，需要同時(shí)考慮承載確定性、

設(shè)備移動(dòng)性、用戶接入密度、定位精度、超大帶寬等特征，可能對(duì)網(wǎng)絡(luò)系

統(tǒng)造成的影響。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0階段，為滿足應(yīng)用場(chǎng)景及應(yīng)對(duì)業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)，網(wǎng)

絡(luò)指標(biāo)應(yīng)有更高要求，主要包括業(yè)務(wù)保證速率、應(yīng)用端到端時(shí)延、傳輸抖

動(dòng)、連接數(shù)密度、連接可用性及業(yè)務(wù)接入帶寬、定位精度等，詳情參見(jiàn)下

表：

表1工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0關(guān)鍵指標(biāo)表

名稱描述

業(yè)務(wù)保證速率（bps）真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下工業(yè)終端可獲得的最低傳輸速率

指定通信關(guān)系中，要求傳輸?shù)膽?yīng)用數(shù)據(jù)量。

注：

周期性通信業(yè)務(wù)中，表示應(yīng)用數(shù)據(jù)包在傳輸周期內(nèi)

應(yīng)用數(shù)據(jù)量（）1)

Byte發(fā)送的數(shù)據(jù)量。

2）非周期性通信業(yè)務(wù)中，表示單次業(yè)務(wù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)

量。

每秒內(nèi)業(yè)務(wù)要求的最大應(yīng)用數(shù)據(jù)量。

注：

最大應(yīng)用數(shù)據(jù)量1)沒(méi)有固定傳輸周期和應(yīng)用數(shù)據(jù)量的業(yè)務(wù)填寫(xiě),如視

（MBytes）頻、圖片、文件等

2)雙向通信時(shí)，若上下行要求不一樣，需區(qū)分上行和

下行需求給出。

每秒內(nèi)業(yè)務(wù)要求的最小應(yīng)用數(shù)據(jù)量。

注：

最小應(yīng)用數(shù)據(jù)量1)沒(méi)有固定傳輸周期和應(yīng)用數(shù)據(jù)量的業(yè)務(wù)填寫(xiě),如視

（MBytes）頻、圖片、文件等。

2)雙向通信時(shí)，若上下行要求不一樣，需區(qū)分上行和

下行需求給出。

應(yīng)用端到端時(shí)延(ms)應(yīng)用數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)進(jìn)入發(fā)送轉(zhuǎn)發(fā)流程到進(jìn)入

工業(yè)控制中周期業(yè)務(wù)中需要抖動(dòng)需要就有上限，與發(fā)

傳輸抖動(dòng)（）

us送周期相關(guān)聯(lián)。

連接數(shù)密度（/km^2）單位面積接入網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)終端數(shù)量

針對(duì)工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，考慮多條鏈路之間存在業(yè)務(wù)相關(guān)

性，系統(tǒng)連接可用性，在網(wǎng)絡(luò)中，可用性與可靠

連接可用性5GA

性度量指標(biāo)MTBF、可維修性度量指標(biāo)MTTR關(guān)系如

下：

—14—

名稱描述

MTBF

A＝

MTBFMTTR

業(yè)務(wù)接入帶寬單用戶可獲得的最高速率

定位能力(m)移動(dòng)設(shè)備實(shí)時(shí)位置信息精度要求

經(jīng)時(shí)間同步后被授時(shí)時(shí)鐘輸出的時(shí)間與授時(shí)時(shí)鐘輸

時(shí)鐘同步精度（）,

us出的時(shí)間的一致性程度

根據(jù)商定的QoS交付端到端通信服務(wù)的時(shí)間量除以在

業(yè)務(wù)可用性特定區(qū)域中根據(jù)規(guī)范預(yù)期交付端到端服務(wù)的時(shí)間量的

百分比值。

工業(yè)應(yīng)用在沒(méi)有收到預(yù)期消息的情況下可以繼續(xù)運(yùn)行

生存時(shí)間

(ms)的最大時(shí)間

傳輸周期(ms)工業(yè)應(yīng)用傳輸周期性應(yīng)用數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔

確定性周期性業(yè)務(wù)、確定性非周期性業(yè)務(wù)、非確定性

業(yè)務(wù)特征

業(yè)務(wù)

區(qū)域范圍移動(dòng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)需要覆蓋的范圍

運(yùn)動(dòng)速度終端運(yùn)動(dòng)的速度

三、關(guān)鍵能力

（一）目標(biāo)架構(gòu)

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜個(gè)性的應(yīng)用需求，越來(lái)越龐大

的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，種類多樣的終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，需要從功能、服務(wù)、部署

三個(gè)維度對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上進(jìn)行重構(gòu)，達(dá)到自適應(yīng)按需滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全

場(chǎng)景應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)需求的目標(biāo)。

1、功能架構(gòu)

圍繞著“泛在互聯(lián)、確定承載、智能極簡(jiǎn)、高效低碳”的整體愿景，

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0的功能架構(gòu)分為四個(gè)主要層次。

—15—

圖4工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0功能架構(gòu)圖

應(yīng)用層負(fù)責(zé)識(shí)別上層業(yè)務(wù)提出的需求并將其轉(zhuǎn)換為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的各

種服務(wù)指標(biāo)。編排層包含上下兩個(gè)部分，行業(yè)應(yīng)用平臺(tái)根據(jù)應(yīng)用層所理解

的具體需求，對(duì)復(fù)雜任務(wù)進(jìn)行拆解并為不同業(yè)務(wù)建立特有的流量模型，同

時(shí)根據(jù)服務(wù)指標(biāo)監(jiān)控業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量；共性能力平臺(tái)則將工業(yè)控制能力

以及計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源融合為統(tǒng)一視圖，并基于流量模型對(duì)其進(jìn)行智能編排，

進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建?？刂茖痈兄?dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)并跨域管理網(wǎng)絡(luò)資

源，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)編排結(jié)果對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行管理配置，從而為上層業(yè)務(wù)提供資

源保障。網(wǎng)絡(luò)層提供了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)功能，其中，網(wǎng)絡(luò)OS配合控制層

的指令調(diào)整和監(jiān)控設(shè)備配置，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遙測(cè)與資源預(yù)留等功能；硬件設(shè)備

則從硬件層次上保障了網(wǎng)絡(luò)的確定性轉(zhuǎn)發(fā)與實(shí)時(shí)模態(tài)轉(zhuǎn)換，并將工業(yè)控制

能力集成進(jìn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)面臨深度交融的趨勢(shì)。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0需要在傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)確定性轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)上，通過(guò)功能架構(gòu)支

撐進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可靠多?；ヂ?lián)、深度智能網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生工業(yè)控

—16—

制。在時(shí)間同步、數(shù)據(jù)整形、協(xié)議轉(zhuǎn)換、多類型流量調(diào)度等技術(shù)的支持下，

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的、確定的跨模態(tài)跨協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，面

對(duì)柔性制造帶來(lái)的愈發(fā)多變的業(yè)務(wù)需求，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0將通過(guò)自適應(yīng)AI

學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)流量特征，從而針對(duì)不同需求進(jìn)行智能化地網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和資源分配。

此外，除了基本的數(shù)據(jù)通信功能，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0將計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、

和工業(yè)控制結(jié)合，通過(guò)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)融合調(diào)度、確定性計(jì)算和控制能力集成等

技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生的工業(yè)控制。

2、服務(wù)架構(gòu)

工業(yè)設(shè)備、應(yīng)用和平臺(tái)的上云是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，有利于降低

企業(yè)信息化建設(shè)成本，促進(jìn)制造業(yè)全過(guò)程、全產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)品全生命周期的

優(yōu)化，構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展生態(tài)。

圖5工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0服務(wù)架構(gòu)示意圖

傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用門(mén)檻較低，發(fā)展模式可復(fù)制性強(qiáng)，易于形成SaaS、

PaaS和IaaS等云服務(wù)模式。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)涉及應(yīng)用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)雜、專業(yè)化要求高，

難以找到普適性的發(fā)展模式，需要總結(jié)和凝練行業(yè)知識(shí)，形成專用的工業(yè)

SaaS、工業(yè)PaaS和工業(yè)IaaS云服務(wù)模式。

—17—

專用的工業(yè)SaaS通過(guò)網(wǎng)絡(luò)租用的形式提供多種工業(yè)專用軟件，包括機(jī)

器視覺(jué)類應(yīng)用、運(yùn)動(dòng)控制類應(yīng)用、泛在物聯(lián)類應(yīng)用、AR/VR類應(yīng)用、精準(zhǔn)

定位類應(yīng)用等。工業(yè)PaaS面向工業(yè)用戶及工業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)者，提供軟件運(yùn)行

的平臺(tái)環(huán)境和接口，包括業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)、服務(wù)編排、數(shù)據(jù)處理、建模分析、部

署管理等。工業(yè)IaaS面向整個(gè)企業(yè)或應(yīng)用的開(kāi)發(fā)者，提供基礎(chǔ)資源的支持，

包括服務(wù)器、存儲(chǔ)器、容器、虛擬化、操作系統(tǒng)等。

更重要的是，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0時(shí)代要求云網(wǎng)的深度融合。傳統(tǒng)的上云解

決了云與端的連通性問(wèn)題，端設(shè)備可以靈活使用云側(cè)的資源和服務(wù)，然而

由于工業(yè)應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性、可靠性的要求很高，需要云端協(xié)作通信時(shí)能

深度協(xié)調(diào)各種網(wǎng)絡(luò)資源，提供確定性通信保障。此外，隨著云端協(xié)同的應(yīng)

用場(chǎng)景日益多樣化，底層各種可用的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合并存發(fā)展，云網(wǎng)協(xié)同調(diào)

度適配日益復(fù)雜。為此，需要設(shè)計(jì)針對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)專用的“網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)”

（NaaS）的服務(wù)模式，引入高級(jí)智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)極簡(jiǎn)化的云網(wǎng)資源智慧適

配，為工業(yè)應(yīng)用提供高效、確定的云服務(wù)。

具體來(lái)看，工作在NaaS模式中的SDN控制器、CNC、NFV管理器等集中

控制器將各自管理域中的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行抽象聚合，同時(shí)將其網(wǎng)絡(luò)管理與控

制能力封裝為標(biāo)準(zhǔn)的API接口。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)用戶的應(yīng)用或業(yè)務(wù)通過(guò)NaaS獲取服

務(wù)時(shí)，可通過(guò)集中控制器標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)調(diào)用接口按需地使用網(wǎng)絡(luò)資源，從而

實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)的緊密融合。。網(wǎng)絡(luò)對(duì)業(yè)務(wù)的快速靈活響應(yīng)和快速業(yè)務(wù)創(chuàng)

新也是軟件定義網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)。在具體實(shí)現(xiàn)上，集中式的控制架構(gòu)和可編程

的底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)施是實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)”的基礎(chǔ)，是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0部署的重

要條件。

3、部署架構(gòu)

隨著人、機(jī)、平臺(tái)等連接數(shù)量的增加以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)的控

制也變得越來(lái)越復(fù)雜。工業(yè)3.0網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備網(wǎng)絡(luò)分層、集中管控、統(tǒng)一接

—18—

口和彈性智能等能力。在部署層次上，工業(yè)3.0網(wǎng)絡(luò)分為邊緣層、承載層、

互聯(lián)層。

圖6部署架構(gòu)圖

邊緣層是人、機(jī)、平臺(tái)三者緊密交互的主要區(qū)域。邊緣層現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)

網(wǎng)絡(luò)、工廠有線無(wú)線內(nèi)網(wǎng)，將融合成統(tǒng)一、高帶寬、靈活組網(wǎng)、具有確定

性的IT/OT共網(wǎng)承載能力的網(wǎng)絡(luò)。兼容以太網(wǎng)/IP協(xié)議、具備確定性能力的

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN及其演進(jìn)技術(shù)（如具備3層能力的TSN），將成為邊緣融

合網(wǎng)絡(luò)的主要有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；邊緣融合網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線部分將采用5G和

WIFI/WIFI6，通過(guò)TSN+5G、TSN+WIFI的融合，實(shí)現(xiàn)無(wú)線與有線TSN在數(shù)據(jù)

層面端到端同步和確定性承載，在控制層面的東西向協(xié)同和統(tǒng)一控制；已

有工業(yè)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無(wú)線網(wǎng)將通過(guò)通用網(wǎng)關(guān)連接到邊緣融合網(wǎng)

絡(luò)中。

—19—

承載層的目標(biāo)是打造企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)平臺(tái)，并基于平臺(tái)開(kāi)展數(shù)據(jù)

智能分析應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)企業(yè)智能化發(fā)展。企業(yè)為了打破信息孤島、提高運(yùn)營(yíng)

效率，會(huì)將原來(lái)分散部署在各服務(wù)器的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如MES、PLM、ERP、SCM

等，集中部署到工廠內(nèi)數(shù)據(jù)中心/企業(yè)云平臺(tái)。各聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、業(yè)務(wù)流程產(chǎn)

生的數(shù)據(jù)，都要能夠?qū)崟r(shí)匯聚到數(shù)據(jù)中心/企業(yè)云平臺(tái)，進(jìn)行聯(lián)合分析，

快速?zèng)Q策。承載層網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)各工廠邊緣平臺(tái)、企業(yè)云平臺(tái)/數(shù)據(jù)中心

等之間的內(nèi)部互聯(lián)，提供高帶寬、高速率和軟件定義網(wǎng)絡(luò)能力。

互聯(lián)層的目標(biāo)是通過(guò)構(gòu)建產(chǎn)業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，廣泛匯聚產(chǎn)業(yè)資源，

支撐開(kāi)展資源配置優(yōu)化和創(chuàng)新生態(tài)構(gòu)建?；ミB層網(wǎng)絡(luò)相比企業(yè)骨干網(wǎng)，其

覆蓋范圍更加廣泛、業(yè)務(wù)模式更加復(fù)雜。其部署方式與企業(yè)骨干網(wǎng)類似，

NFV管理器和網(wǎng)絡(luò)控制器分別將云和網(wǎng)的能力開(kāi)放給業(yè)務(wù)協(xié)同編排器

（Orchestrator），由其完成云和網(wǎng)的協(xié)同，建立一張?jiān)凭W(wǎng)融合的業(yè)務(wù)網(wǎng)。

區(qū)別在于跨地域分布的網(wǎng)絡(luò)連接需要借助運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)提供的專線服務(wù)如

MPLSVPN、OTN專線等或者SD-WAN等Overlay網(wǎng)絡(luò)。

在集中管控方面，除了邊緣、承載、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層有獨(dú)立的1個(gè)或多個(gè)

網(wǎng)絡(luò)集中控制器外，還需要全域集中的端到端網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，提供各層次

融合的、云邊端之間網(wǎng)絡(luò)資源的按需分配和靈活調(diào)度。

網(wǎng)絡(luò)管理接口方面，采用統(tǒng)一開(kāi)放南向和北向接口，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)即

插即用。

此外基于SDN/NFV技術(shù)構(gòu)建的各層次網(wǎng)絡(luò)設(shè)施為網(wǎng)絡(luò)提供了足夠的

靈活和彈性。SDN提升了網(wǎng)絡(luò)的可編程性，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理；NFV實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)元

功能的虛擬化，按需分配資源，彈性伸縮和自動(dòng)化部署。

（二）關(guān)鍵技術(shù)

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0需要適應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代要素全連接，數(shù)據(jù)全流轉(zhuǎn)，系

統(tǒng)智能化的趨勢(shì)，要解決工業(yè)網(wǎng)絡(luò)確定性從局域延伸到廣域，新型網(wǎng)絡(luò)技

—20—

術(shù)從園區(qū)下沉到產(chǎn)線，網(wǎng)絡(luò)對(duì)垂直行業(yè)的支撐從網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)到數(shù)據(jù)互通的訴

求。

圖7工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0關(guān)鍵技術(shù)圖譜

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0技術(shù)繼承工業(yè)網(wǎng)絡(luò)原有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（包括現(xiàn)場(chǎng)總線和工

業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無(wú)線及廣域網(wǎng)技術(shù)），在5G、TSN等新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，在轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)、管控技術(shù)及融合技術(shù)三個(gè)方面進(jìn)行進(jìn)一

步創(chuàng)新。在轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域以確定性承載為目標(biāo)，依賴TSN、5GURLLC、確

定性PON、單對(duì)雙絞線SPE、無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)、跨域確定性網(wǎng)絡(luò)、高可靠轉(zhuǎn)發(fā)技

術(shù)、增強(qiáng)確定性網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的演進(jìn)構(gòu)建內(nèi)生確定性承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；在管控

面技術(shù)領(lǐng)域以開(kāi)放自治為目標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)演算、算網(wǎng)融合、數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)等技

術(shù)的演進(jìn)發(fā)展智能原生的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維技術(shù)；此外以提升工業(yè)應(yīng)用服務(wù)體驗(yàn)為

目標(biāo)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0還將通過(guò)算網(wǎng)融合、通信感知融合、多源信息融合和

有線無(wú)線融合組網(wǎng)融合通信信息技術(shù)，推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)不斷演進(jìn)升級(jí)。

四、展望

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工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的進(jìn)程一直緩慢而穩(wěn)步在進(jìn)行中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將

加速這一進(jìn)程的推進(jìn)，工業(yè)企業(yè)將通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)更廣泛意義的智能

化，并逐步擁有更為強(qiáng)大的行業(yè)適應(yīng)能力及出眾效率。

現(xiàn)在是未來(lái)的起點(diǎn)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0并不是對(duì)當(dāng)前工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的顛覆，而

是以支撐工業(yè)企業(yè)數(shù)字化、智能化為目標(biāo)，基于業(yè)務(wù)需求，不斷融合新技

術(shù)，迭代重構(gòu)新架構(gòu)。

面向2030年及未來(lái)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0將重點(diǎn)支持

機(jī)器與平臺(tái)的確定性連接，人與平臺(tái)的隨心訪問(wèn)及人與機(jī)器的無(wú)縫交互場(chǎng)

景，將分別在以確定性為目標(biāo)的轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)、以開(kāi)放自治為目標(biāo)的管控技術(shù)

和以業(yè)務(wù)體驗(yàn)為目標(biāo)的融合技術(shù)三條技術(shù)路線進(jìn)行迭代演進(jìn)。

我們?cè)概c全球相關(guān)組織、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和高校加強(qiáng)合作，共同定義

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0概念及技術(shù)路線，合力推動(dòng)全球工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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附錄

（一）轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)

1、確定性PON技術(shù)

確定性PON源于ITU-T/IEEE/ETSI的PON標(biāo)準(zhǔn)體系，是一種全新

的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)用全光網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，已經(jīng)成為工業(yè)園區(qū)有線網(wǎng)絡(luò)的新

興解決方案。

附錄圖1確定性PON技術(shù)整體視圖

確定性PON技術(shù)，采用單幀多突發(fā)、上行注冊(cè)開(kāi)窗優(yōu)化、協(xié)同

DBA等新技術(shù)，優(yōu)化現(xiàn)有PON系統(tǒng)的上行時(shí)延和抖動(dòng)性能，增強(qiáng)PON

系統(tǒng)確定性傳輸?shù)哪芰Γ瑵M足工業(yè)行業(yè)對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)確定性的承載需

求。

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確定性PON技術(shù)，目前可以實(shí)現(xiàn)PON系統(tǒng)內(nèi)上行傳輸時(shí)延抖動(dòng)小

于50us，下行傳輸時(shí)延抖動(dòng)小于15us的能力?？梢詽M足工業(yè)場(chǎng)景大

部分業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能要求。同時(shí)，確定性PON技術(shù)繼承了工業(yè)

PON數(shù)據(jù)采集解析、邊云協(xié)同、網(wǎng)絡(luò)切片、智能化運(yùn)維等優(yōu)點(diǎn)，可以

實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)各類業(yè)務(wù)的確定性融合接入能力，助力工業(yè)企業(yè)向智能

制造轉(zhuǎn)型升級(jí)。

2、SPE技術(shù)

單線對(duì)以太網(wǎng)SPE（SinglePairEthernet）是近年來(lái)廣泛用于

工業(yè)控制、車載總線、樓宇控制領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)族。SPE在繼承原有

的海量單線對(duì)雙絞線物理介質(zhì)的基礎(chǔ)上，引入了以太網(wǎng)技術(shù)，極大地

提高了單線對(duì)雙絞線的數(shù)據(jù)傳輸能力，同時(shí)保持了其供電與數(shù)據(jù)傳輸

合一的優(yōu)勢(shì)。

附錄圖2APL協(xié)議棧示意圖

其中，由巴斯夫、西門(mén)子、恩特斯豪斯等歐洲廠商主導(dǎo)的APL

（advancedphysicallayer）技術(shù)，被率先用于流程工業(yè)儀表自動(dòng)

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化系統(tǒng)改造。APL包括了10BaseT1L物理層標(biāo)準(zhǔn)、和IEEE802.3cg數(shù)據(jù)

鏈路層協(xié)議在內(nèi)。APL將單線對(duì)雙絞線的數(shù)據(jù)傳輸率提高到10Mbps，

有線傳輸距離達(dá)到1000米，且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表、閥門(mén)等工業(yè)終端的本

安供電，適用于要求苛刻的過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用，有望成為流程工業(yè)智能

制造的底層使能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)流程儀表、閥門(mén)的遠(yuǎn)程運(yùn)維，和DCS系統(tǒng)

的預(yù)測(cè)性維護(hù)，同時(shí)大幅度降低從現(xiàn)場(chǎng)儀表到控制室的線纜布設(shè)成本

與定制化施工時(shí)間。

SPE技術(shù)的潛力尚未被徹底發(fā)掘出來(lái)，國(guó)內(nèi)頭部業(yè)主和廠商正在

APL的基礎(chǔ)上，致力于進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)傳輸率，同時(shí)降低對(duì)物理線纜

的標(biāo)準(zhǔn)要求，以便更好地支持我國(guó)流程工業(yè)智能制造的飛速發(fā)展。

3、增強(qiáng)確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（EnhancedDetNet，EDN）

為了能在3層網(wǎng)絡(luò)支持對(duì)時(shí)間確定性要求較高的工業(yè)等應(yīng)用，

IETF成立了確定性網(wǎng)絡(luò)工作組DetNet，采用資源預(yù)留、顯式路由、

業(yè)務(wù)保護(hù)來(lái)提供確定性傳輸。在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0階段，存在大規(guī)模組網(wǎng)

的端到端差異化的確定性服務(wù)的承載需求，給現(xiàn)有的Detnet架構(gòu)帶

來(lái)面向大規(guī)模組網(wǎng)多流并發(fā)控制、大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)端到端確定性時(shí)延抖動(dòng)

保障、多樣化確定性轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)共存等挑戰(zhàn)，為此IETFDetNet工作組

已于2022年7月正式修改工作組簡(jiǎn)章，將增強(qiáng)確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

（EnhancedDetNet，EDN）正式列入路標(biāo)工作計(jì)劃。

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附錄圖3增強(qiáng)確定性技術(shù)架構(gòu)示意圖

預(yù)計(jì)未來(lái)2年內(nèi)完成相關(guān)技術(shù)方案標(biāo)準(zhǔn)化。EDN技術(shù)在DetNet

架構(gòu)上進(jìn)行增強(qiáng)：從資源層，路由層和業(yè)務(wù)層三個(gè)維度增強(qiáng)Detnet

架構(gòu)，滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0等大規(guī)模確定性網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)需求。三個(gè)維度

的架構(gòu)具體包括下面的關(guān)鍵技術(shù)特性：

資源層支持大規(guī)模端到端的確定性資源管控和預(yù)留，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)

多樣化的確定性鏈路和子網(wǎng)的資源統(tǒng)一管控；

路由層提供大規(guī)模端到端確定性鏈路的路由能力，在路由層提

供資源層確定性鏈路和子網(wǎng)確定性路由轉(zhuǎn)發(fā)。

業(yè)務(wù)層具備大規(guī)模端到端確定性SLA承載服務(wù)，具備分類分級(jí)

的差異化SLA的確定性業(yè)務(wù)承載能力。

4、無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)

無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)是利用環(huán)境能量采集技術(shù)，將周圍可利用的信號(hào)與能

量轉(zhuǎn)化為可驅(qū)動(dòng)自身電路的電能，同時(shí)利用以反向散射為核心的通信

模式，實(shí)現(xiàn)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)傳遞信息的技術(shù)。其最顯著的特征是完全不依

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賴傳統(tǒng)電池供電，能夠很好地解決低功耗物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中的瓶頸問(wèn)

題，是下一代物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

工業(yè)場(chǎng)景具有作業(yè)環(huán)境特殊，時(shí)延敏感等特點(diǎn)，一般要求網(wǎng)絡(luò)通

信時(shí)延為十毫秒至百毫秒級(jí)，標(biāo)簽可支持多種傳感，且具備耐高/低

溫、抗腐蝕能力。

新型無(wú)源標(biāo)簽因其免電源、免維護(hù)的特性，可部署在以上制造工

廠特殊環(huán)境中，同時(shí)，有望基于環(huán)境能量采集技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳感器終端

的自供能。另外，其極低成本的特性，有助于實(shí)現(xiàn)“一碼到底”，打

通現(xiàn)代制造業(yè)從采購(gòu)、加工、流轉(zhuǎn)到報(bào)廢等各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程、

數(shù)據(jù)無(wú)縫對(duì)接，協(xié)同上下游部門(mén)管理，對(duì)資產(chǎn)庫(kù)存進(jìn)行精準(zhǔn)控制與及

時(shí)共享，避免“多采重復(fù)采”等問(wèn)題，加速生產(chǎn)效率。

5、跨域確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在使用多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行對(duì)接時(shí)需要多域多層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，

滿足業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)的統(tǒng)一和確定性保障方案的端到端貫通。

跨域確定性網(wǎng)絡(luò)，需要實(shí)現(xiàn)控制融合、業(yè)務(wù)融合及管理融合。

附錄圖4跨域確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及架構(gòu)示意圖

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這需要兩方面能力支撐：一方面，需要支持面向不同組網(wǎng)方式、

不同功能需求進(jìn)行跨域一體化設(shè)計(jì)，在架構(gòu)層面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組織的融合；

另一方面，需要支持構(gòu)建統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識(shí)解析、協(xié)議轉(zhuǎn)換機(jī)制，滿

足確定性能力的端到端實(shí)現(xiàn)；進(jìn)一步，需要支持確定轉(zhuǎn)發(fā)能力的縱向

穿越，滿足按照業(yè)務(wù)需求的靈活確定性轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)整和高效協(xié)同的管理機(jī)

制。

6、高可靠性技術(shù)

在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)全面融合，工業(yè)控制系統(tǒng)、工業(yè)信息系統(tǒng)共用一張網(wǎng)

絡(luò)的情況下，需要構(gòu)建高可靠能力，實(shí)現(xiàn)數(shù)十微妙故障探測(cè)、倒換，

保障工業(yè)業(yè)務(wù)在下一個(gè)業(yè)務(wù)周期內(nèi)完成業(yè)務(wù)恢復(fù)。網(wǎng)絡(luò)故障檢測(cè)時(shí)間

和倒換時(shí)間決定了網(wǎng)絡(luò)可靠性能力，在工業(yè)骨干環(huán)網(wǎng)層面，實(shí)現(xiàn)數(shù)十

微秒級(jí)探測(cè)故障、快速恢復(fù)，保障工控業(yè)務(wù)平穩(wěn)運(yùn)行。相比雙發(fā)選收，

既滿足了工控業(yè)務(wù)可靠性要求，又實(shí)現(xiàn)了更低的吞吐開(kāi)銷。

作為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備之間的橋梁，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)確?？刂浦噶?/p>

的準(zhǔn)確接收，才能實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持從設(shè)備

級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、業(yè)務(wù)級(jí)三個(gè)方面提供可靠性保障機(jī)制。其中，設(shè)備級(jí)可

靠性支持提供但設(shè)備維度的高可用，支持通過(guò)2N/N+1冗余設(shè)計(jì)、虛

機(jī)之間的反親和部署等方式保證設(shè)備內(nèi)模塊故障時(shí)的業(yè)務(wù)無(wú)損接替；

系統(tǒng)級(jí)可靠性應(yīng)支持通過(guò)設(shè)備間的負(fù)載分擔(dān)、異地容災(zāi)、主備等

容災(zāi)機(jī)制滿足，應(yīng)支持設(shè)備之間的業(yè)務(wù)倒換；

業(yè)務(wù)級(jí)可靠性應(yīng)支持通過(guò)鏈路冗余、雙發(fā)/多發(fā)選收等數(shù)據(jù)冗余

傳輸機(jī)制，將工業(yè)數(shù)據(jù)同時(shí)多次在一條/多條物理/邏輯鏈路上進(jìn)行發(fā)

送，提升端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

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（二）管控技術(shù)

1、網(wǎng)絡(luò)演算技術(shù)

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的控制類業(yè)務(wù)一般具備周期性特性，可以通過(guò)組態(tài)軟

件配置或者網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)感知倆種方法獲得。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的TSN或者

QoS調(diào)度服務(wù)能力也可以使用服務(wù)曲線公式表達(dá)，因此在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)

景中，基于網(wǎng)絡(luò)演算的同步異步混合資源調(diào)度和編排可做到精確布放

和動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)演算是用于分析如通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字電路、并行

程序等人造系統(tǒng)的一種數(shù)學(xué)方法，主要分析目標(biāo)是時(shí)延等“服務(wù)保障

（performanceguarantees）”，主要由流量建模、服務(wù)建模和計(jì)算

方法等關(guān)鍵部件組成，通過(guò)建立流量到達(dá)曲線和服務(wù)曲線，網(wǎng)絡(luò)演算

可以把復(fù)雜且非線性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐子诜治龅木€性系統(tǒng)，進(jìn)而計(jì)

算求解。網(wǎng)絡(luò)演算除了支持單點(diǎn)性能計(jì)算之外，也適用于多節(jié)點(diǎn)級(jí)聯(lián)

網(wǎng)絡(luò)的端到端時(shí)延上界的計(jì)算，并支持網(wǎng)絡(luò)中存在大量不同特征流量

互相交匯干擾的情況。具體地，需要應(yīng)用代數(shù)類、優(yōu)化類等算法進(jìn)行

求解。

附錄圖5時(shí)延上界與緩存上界

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2、柔性編排技術(shù)

柔性編排面向工業(yè)企業(yè)智能化、柔性化制造訴求，在工廠內(nèi)、跨

廠區(qū)/園區(qū)的協(xié)同場(chǎng)景，從業(yè)務(wù)的個(gè)性化且持續(xù)變化的訴求出發(fā)，以

靈活調(diào)整、按需編排的網(wǎng)絡(luò)管理控制能力，高效適配業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

轉(zhuǎn)發(fā)、資源管理等訴求，最大限度提高網(wǎng)絡(luò)調(diào)整效率、降低網(wǎng)絡(luò)管理

復(fù)雜度。

柔性編排將最大程度的利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)學(xué)習(xí)、簡(jiǎn)化管控的能力。

針對(duì)有規(guī)律可循的工業(yè)業(yè)務(wù)流，自動(dòng)學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)流特征，靈活調(diào)整拓?fù)洹?/p>

轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，快速完成端到端網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留及流編排；針對(duì)跨網(wǎng)絡(luò)層次、

并穿越不同速率的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)流，亦通過(guò)強(qiáng)化自學(xué)習(xí)，在相鄰網(wǎng)

絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建基于時(shí)間片周期映射關(guān)系的編排結(jié)果；針對(duì)跨產(chǎn)線、跨廠

區(qū)、跨園區(qū)等場(chǎng)景，以自學(xué)習(xí)活動(dòng)的業(yè)務(wù)流特征，合理選擇編排層級(jí)，

按需分配網(wǎng)絡(luò)切片資源，透明承載各類業(yè)務(wù)流；結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)特征，

合理設(shè)定編排參數(shù)、調(diào)度因子，并針對(duì)特定業(yè)務(wù)模塊有選擇地應(yīng)用網(wǎng)

絡(luò)級(jí)邏輯時(shí)鐘，降低業(yè)務(wù)之間相互影響，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)流量共網(wǎng)混跑，分

門(mén)別類保障各類業(yè)務(wù)流端到端QoS，確保各類業(yè)務(wù)互不干擾、平穩(wěn)運(yùn)

行，同時(shí)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理，挖掘網(wǎng)絡(luò)潛力、降低網(wǎng)絡(luò)管理成本，加速智

能化、柔性化制造在工業(yè)企業(yè)落地應(yīng)用。

3、數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)感知：研究搞性能網(wǎng)絡(luò)近似測(cè)量，實(shí)現(xiàn)近似零誤差測(cè)量。

構(gòu)筑建模層與預(yù)測(cè)層，構(gòu)造高精度近似仿真模型，研究通過(guò)網(wǎng)絡(luò)演算，

排隊(duì)論，提供有理論保障的SLA搞性能仿真。在控制管理方面，通過(guò)

快慢控制結(jié)構(gòu)理論求解網(wǎng)絡(luò)巨系統(tǒng)的資源分配與優(yōu)化問(wèn)題。

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在網(wǎng)元層面，從把AI用于運(yùn)維到應(yīng)用于網(wǎng)元算法和功能重構(gòu)，

實(shí)現(xiàn)AInative網(wǎng)元。針對(duì)網(wǎng)元設(shè)備的針對(duì)性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)AI進(jìn)

行實(shí)時(shí)處理及分析，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和優(yōu)化參數(shù)，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備算法精確度，

實(shí)時(shí)智能超寬帶，如認(rèn)知無(wú)線、認(rèn)知光網(wǎng)絡(luò)等，需要將設(shè)備計(jì)算能力

提升十倍。

（三）融合技術(shù)

1、算網(wǎng)融合技術(shù)

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化水平的增強(qiáng)，需要進(jìn)一步促進(jìn)面向工業(yè)網(wǎng)

絡(luò)的計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)產(chǎn)業(yè)深入融合。基于網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算深度融合的算網(wǎng)

一體發(fā)展是算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的目標(biāo)階段，是計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)兩大學(xué)科深度融

合形成的新型技術(shù)簇，是融合貫通多要素的一體化服務(wù)，是實(shí)現(xiàn)算力

網(wǎng)絡(luò)即取即用社會(huì)級(jí)服務(wù)愿景的重要途徑。

附錄圖6算網(wǎng)融合架構(gòu)體系示意圖

—31—

算網(wǎng)一體最基本的組成單元是計(jì)算設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，最初開(kāi)始從

設(shè)備層面呈現(xiàn)技術(shù)要素的融合（如上圖所示），并且隨著技術(shù)要素、

能力要素、資源要素的不斷驅(qū)動(dòng)，由設(shè)備一體向系統(tǒng)一體發(fā)展，最終

實(shí)現(xiàn)服務(wù)一體。從設(shè)備層次看，算網(wǎng)一體主要表現(xiàn)在設(shè)備既具備一定

信息處理功能，同時(shí)具備信息轉(zhuǎn)發(fā)能力；從服務(wù)層次看，算網(wǎng)一體服

務(wù)也將逐步呈現(xiàn)一體化，可以實(shí)現(xiàn)算力如水、電一般即取即用的社會(huì)

級(jí)服務(wù)。

2、通信感知融合技術(shù)

在通信感知融合網(wǎng)絡(luò)中，通信和感知功能可以共享相同的頻譜、

基帶和射頻資源。根據(jù)需求不同，一方面可利用現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)資源向

客戶提供感知業(yè)務(wù)，另一方面實(shí)時(shí)環(huán)境感知信息等也可輔助保障空口

傳輸穩(wěn)定性。通信信息和感知信息在相同架構(gòu)下的共享和高效融合處

理將使能通信系統(tǒng)原生提供面向人、車、裝備、物料等的擴(kuò)展感知業(yè)

務(wù)，有效降低工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)部署和協(xié)議轉(zhuǎn)換復(fù)雜度，提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的

業(yè)務(wù)服務(wù)能力。

附錄圖7通感算一體關(guān)鍵技術(shù)示意圖

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通信感知融合系統(tǒng)空口設(shè)計(jì)包括一體化波形設(shè)計(jì)、一體化波束賦

形技術(shù)、一體化干擾消除技術(shù)等，同時(shí)在系統(tǒng)層面引入邊緣計(jì)算等技

術(shù)。采用云、邊、端多級(jí)感知數(shù)據(jù)計(jì)算架構(gòu)，在綜合折算帶寬、實(shí)時(shí)

性、處理資源等基礎(chǔ)上，將實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行本地計(jì)算卸載處理，在

計(jì)算資源間進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算任務(wù)分配，最終用于支持工業(yè)控制決策

信息。另外，在通信感知融合設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)逐步引入機(jī)器學(xué)習(xí)、聯(lián)邦

學(xué)習(xí)等AI手段進(jìn)行性能優(yōu)化以及多節(jié)點(diǎn)協(xié)作優(yōu)化，因此需要引入設(shè)

計(jì)合理的分布式智能架構(gòu)和算法，在兼顧成本的情況下實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源

和算法層面的快速協(xié)同。

工業(yè)3.0將人、機(jī)、物等各種要素進(jìn)行協(xié)同，需要工業(yè)應(yīng)用與工

業(yè)網(wǎng)絡(luò)的深度融合，在公共網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上滿足更多工業(yè)應(yīng)用需求。

通信感知融合將是關(guān)鍵技術(shù)之一。通感融合可實(shí)現(xiàn)高精度定位，用于

智能機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、智能物流管理、人員/設(shè)備位置管理等應(yīng)用。

在智能工廠中，基于高頻的高分辨率成像技術(shù)可用于缺陷檢測(cè)和故障

檢測(cè)，有效降低機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)部署帶來(lái)的系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。

3、多源信息融合定位技術(shù)

目前GNSS、5G、Wi-Fi、藍(lán)牙、慣導(dǎo)等單系統(tǒng)定位技術(shù)存在著各

自的優(yōu)勢(shì)與不足，在場(chǎng)景差異、環(huán)境復(fù)雜的室內(nèi)僅使用一種方法進(jìn)行

定位面臨著較大的局限。為了充分發(fā)揮單系統(tǒng)定位的優(yōu)點(diǎn)，提高室內(nèi)

定位的性能，多源融合定位成為一種可靠的定位方法。多源融合定位

是將多種有互補(bǔ)特性的傳感器數(shù)據(jù)組合，獲得比單系統(tǒng)定位精度更高

的定位方法。根據(jù)場(chǎng)景自適應(yīng)融合的即插即用多源信息智能融合定位

是未來(lái)解決復(fù)雜場(chǎng)景高精度魯棒定位的有效途徑和發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)前，

—33—

多源融合定位面臨的首要問(wèn)題是時(shí)間同步問(wèn)題。第一個(gè)層面是傳感器

數(shù)據(jù)之間的時(shí)間同步問(wèn)題；第二個(gè)層面是來(lái)自不同定位源的定位結(jié)果

之間的時(shí)間同步問(wèn)題。確定性無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為傳感器數(shù)據(jù)時(shí)間同步和定位

結(jié)果時(shí)間同步提供了基礎(chǔ)，有助于實(shí)現(xiàn)多源信息融合定位。

在復(fù)雜、惡劣環(huán)境中往往存在著單節(jié)點(diǎn)信息不足、未監(jiān)測(cè)到節(jié)點(diǎn)

信息、節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)異常、添加或刪除某些節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)屬性關(guān)系等技術(shù)問(wèn)

題，嚴(yán)重影響了導(dǎo)航定位的精準(zhǔn)性。充分利用信號(hào)之間的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，

探尋信號(hào)之間的協(xié)同關(guān)系，基于有線與無(wú)線融合的工業(yè)確定性網(wǎng)絡(luò)的

精確時(shí)間同步機(jī)制構(gòu)建多終端、多用戶協(xié)同定位技術(shù)，有效解決惡劣

環(huán)境下傳感器部署、維護(hù)更新難題。

4、有線與無(wú)線融合的確定性組網(wǎng)技術(shù)

隨著AGV、機(jī)器人等工業(yè)智能設(shè)備的成熟及海量傳感器的應(yīng)用，

工業(yè)無(wú)線接入需求進(jìn)一步凸顯。而工業(yè)控制數(shù)據(jù)需要具有確定性的網(wǎng)

絡(luò)進(jìn)行承載，因此，有線與無(wú)線融合的確定性組網(wǎng)技術(shù)是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)

3.0確定性保障的關(guān)鍵技術(shù)之一。

在關(guān)鍵技術(shù)方面，TSN與5G、WiFi、VLC的融合成為關(guān)鍵，在實(shí)

現(xiàn)跨系統(tǒng)時(shí)間同步的基礎(chǔ)上，將TSN的差異化隊(duì)列管理機(jī)制及整形機(jī)

制應(yīng)用于無(wú)線通信系統(tǒng)中，并增強(qiáng)5G、WiFi等系統(tǒng)在接入、資源保

障方面對(duì)時(shí)間敏感類業(yè)務(wù)的保障，從而實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)傳輸?shù)拇_定性。

在頻譜方面，工業(yè)場(chǎng)景現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)線路復(fù)雜，工業(yè)無(wú)線技術(shù)選用的

電磁波譜段需要具備：大頻譜帶寬，借以使能冗余通信；高方向性，

避免隨機(jī)性的多徑到達(dá)和使能可控制的MIMO方案。

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目錄

一、愿景............................................................................................................1

（一）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程.........................................................................1

（二）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn).........................................................................2

（三）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)3.0的內(nèi)涵.......................................................................3

（四）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展驅(qū)動(dòng)力.....................................................................4

二、場(chǎng)景需求..................................................................................................5

（一）應(yīng)用場(chǎng)景..........................................................................................5

（二）業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)........................................................................................11

（三）關(guān)鍵指標(biāo)........................................................................................13

三、關(guān)鍵能力................................................................................................15

（一）目標(biāo)架構(gòu)........................................................................................15

（二）關(guān)鍵技術(shù)........................................................................................20

四、展望........................................................................................................21

附錄................................................................................................................23

（一）轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)........................................................................................23

（二）管控技術(shù)........................................................................................29

（三）融合技術(shù)........................................................................................31

一、愿景

（一）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程

人類大致經(jīng)歷了四個(gè)工業(yè)革命階段，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)與后三次工業(yè)革

命相對(duì)應(yīng)。

19世紀(jì)末20世紀(jì)初，隨著以電力為動(dòng)力的第二次工業(yè)革命的出現(xiàn)，以

反饋系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)控制方法及技術(shù)于20世紀(jì)40年代開(kāi)始廣泛應(yīng)用

于工業(yè)系統(tǒng)領(lǐng)域，工業(yè)系統(tǒng)中的通訊主要依賴于電路系統(tǒng)的模擬電子線路

信號(hào)實(shí)現(xiàn)，可以視為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的雛形或者前身。

20世紀(jì)下半葉，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的第三次工業(yè)革命出現(xiàn)，數(shù)字通

信成為第三次工業(yè)革命新動(dòng)能。從最初的模數(shù)混合起步，基于已有的模擬

線路實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信。20世紀(jì)80年代，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在不同行業(yè)興起，以全

數(shù)字化、雙向串行、多點(diǎn)連接通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器、傳感器以

及變送器等多設(shè)備互聯(lián)。90年代末，隨著工業(yè)控制應(yīng)用和管理應(yīng)用對(duì)于承

載需求的進(jìn)一步提升，具有更高傳輸效率、更大帶寬、更好兼容性的工業(yè)

以太網(wǎng)逐步興起，開(kāi)始從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展向生產(chǎn)管理延伸。進(jìn)

入新世紀(jì)，工業(yè)無(wú)線引入工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)工業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)形成有效補(bǔ)充。

各類工業(yè)總線和工業(yè)以太等工業(yè)網(wǎng)絡(luò)誕生于不同行業(yè)領(lǐng)域，形成了以IEC

61158、IEC61784等為代表的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系列標(biāo)準(zhǔn)。

21世紀(jì)開(kāi)始，在美國(guó)、德國(guó)、中國(guó)等科技大國(guó)逐漸出現(xiàn)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

的概念，新的工業(yè)應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，工業(yè)控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)信息交互模式

出現(xiàn)變革。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，工業(yè)智能化、一體化的趨勢(shì)愈發(fā)明顯，

在人工智能、清潔能源、無(wú)人控制技術(shù)、量子信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技

術(shù)的推動(dòng)下，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)正在進(jìn)行全新的技術(shù)革命。

—1—

（二）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)

最初的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)基于工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，只包含工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。

而隨著工業(yè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化、信息化進(jìn)程不斷推進(jìn)、升級(jí)，通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)和信

息系統(tǒng)將生產(chǎn)管控、物料管理、事務(wù)處理、現(xiàn)金流動(dòng)、客戶交易等業(yè)務(wù)流

程加工成信息資源。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展，涵蓋了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)信息

網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)層次。前者主要負(fù)責(zé)工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)部以及系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，

承載工業(yè)測(cè)量、控制信號(hào)及系統(tǒng)相關(guān)的監(jiān)控、診斷、管理等相關(guān)業(yè)務(wù)；后

者主要支撐原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息后，應(yīng)用于業(yè)務(wù)分析系統(tǒng)、并實(shí)現(xiàn)控制反

饋的數(shù)據(jù)互通，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)分別各自演進(jìn)，形成了分層分域的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

在新技術(shù)的推動(dòng)下，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)逐漸呈現(xiàn)融合趨勢(shì)，

具備支持