工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有架構(gòu)的梳理總結(jié)和未來(lái)運(yùn)營(yíng)商的發(fā)展策略

常潔，王藝，李潔，陳正文

（中國(guó)電信股份有限公司上海研究院，上海 200122）

工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有架構(gòu)的梳理總結(jié)和未來(lái)運(yùn)營(yíng)商的發(fā)展策略

常潔，王藝，李潔，陳正文

（中國(guó)電信股份有限公司上海研究院，上海 200122）

工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)向網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，已經(jīng)不能被視為簡(jiǎn)單的通信網(wǎng)絡(luò)，而是組成自動(dòng)化控制系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng)。從現(xiàn)有的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)出發(fā)，對(duì)工業(yè)模型進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，將其劃分為企業(yè)外部和企業(yè)內(nèi)部，現(xiàn)有的架構(gòu)主要集中于制造企業(yè)內(nèi)部工廠內(nèi)，主要參考ISA-95模型，包含現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、控制機(jī)、車(chē)間級(jí)和工廠級(jí) 4層，每層之間的網(wǎng)絡(luò)配置和管理策略相互獨(dú)立。然后詳細(xì)分析了現(xiàn)有的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系和面向制造業(yè)未來(lái)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)需求，最后提出通信運(yùn)營(yíng)商的發(fā)展策略。

工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)；發(fā)展策略；架構(gòu)梳理

1 引言

全球新一輪的工業(yè)革命正在孕育興起，未來(lái)制造業(yè)將建立在以互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之上，將更多的生產(chǎn)要素進(jìn)行更為科學(xué)的整合，使其變得更加自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。美國(guó)GE公司倡導(dǎo)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)指利用“智能設(shè)備”采集“智能數(shù)據(jù)”，利用“智能系統(tǒng)”進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和可視化展現(xiàn)，形成“智能決策”，為生產(chǎn)管理提供實(shí)時(shí)判斷參考，反過(guò)來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)，優(yōu)化制造工藝[1]；德國(guó)的工業(yè)4.0是制造業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化的一個(gè)體現(xiàn)，主要指在“智能工廠”以“智能生產(chǎn)”方式制造“智能產(chǎn)品”，整個(gè)過(guò)程貫穿以“網(wǎng)絡(luò)協(xié)同”，從而整合生產(chǎn)資源、提升生產(chǎn)效率、縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本[2]；我國(guó)政府相繼出臺(tái)的《中國(guó)制造 2025》[3]和《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》[4]，以推進(jìn)信息化和工業(yè)化深度融合為主線，大力發(fā)展智能制造和“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造，構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)條件下的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系和新型制造模式。

可以說(shuō)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0、中國(guó)制造2025一脈相承，都面向智能制造力圖實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造的縱向集成、橫向集成和端到端集成。在生產(chǎn)制造過(guò)程中，縱向集成是指基于智能工廠中的網(wǎng)絡(luò)化的制造體系，實(shí)現(xiàn)分散式生產(chǎn)，以替代傳統(tǒng)的集中式中央控制的生產(chǎn)流程，主要體現(xiàn)在工廠內(nèi)的科學(xué)管理上，從側(cè)重于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，走到了產(chǎn)品全生命周期的集成過(guò)程，建立有效的縱向生產(chǎn)體系，實(shí)現(xiàn)從企業(yè)管理、生產(chǎn)執(zhí)行、生產(chǎn)監(jiān)控到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的集成，縱向集成的主要效果是提升效率；橫向集成是指?jìng)鹘y(tǒng)的供應(yīng)鏈、工廠及銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)的直線型價(jià)值組織方式會(huì)逐漸聯(lián)網(wǎng)，形成網(wǎng)絡(luò)制造生態(tài)，原來(lái)集中的工廠組織模式將發(fā)生改變，工廠不僅僅是智能的，其生產(chǎn)單元也將變得更為細(xì)小，這樣才便于實(shí)現(xiàn)更為個(gè)性化的生產(chǎn)，從而給產(chǎn)品生產(chǎn)制造的傳統(tǒng)工藝帶來(lái)革命性的影響，其目的是重構(gòu)價(jià)值生態(tài)和創(chuàng)新商業(yè)模式；端到端集成包含研發(fā)、原材料采購(gòu)、物流、倉(cāng)儲(chǔ)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、交付和服務(wù)的產(chǎn)品全生命周期流程的靈活集成，尤其是在一個(gè)單一的產(chǎn)業(yè)鏈上完成端到端集成，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的更好體驗(yàn)和利益的最大化，從而提升產(chǎn)業(yè)鏈控制力，端到端集成是從工藝流程角度審視智能制造，主要體現(xiàn)在并行制造商，將由單元技術(shù)產(chǎn)品通過(guò)集成平臺(tái)，形成企業(yè)的集成平臺(tái)系統(tǒng)，并朝著工廠綜合能力平臺(tái)發(fā)展。

2 現(xiàn)有工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)

現(xiàn)有的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)包含ISA-95提出的參考模型[5]、Cisco（思科）的信息系統(tǒng)整體框架及其 CPwE（converged plantwide ethernet architecture，全廠融合以太網(wǎng)）聯(lián)合架構(gòu)[6]、美國(guó)NIST（National Institute of Standards and Technology，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院）給出的智能制造生態(tài)體系模型[7]、德國(guó)電工電子與信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)的 RAMI 4.0（reference architecture model industry 4.0，工業(yè) 4.0參考架構(gòu)模型）[8]、我國(guó) MIIT（Ministry of Industry and Information Technology，工業(yè)和信息化部）和 SAC（Standardization Administration of the People’s Republic of China，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)）兩部委聯(lián)合發(fā)布的《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2015年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“建設(shè)指南”）智能制造系統(tǒng)架構(gòu)[9]以及AII（Alliance of Industrial Internet，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟）給出的工業(yè)互連網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)[10]等。

（1）ISA-95標(biāo)準(zhǔn)參考模型

ISA-95標(biāo)準(zhǔn)參考模型如圖1所示，共分為5層，MES（manufacturing execution system，制造執(zhí)行系統(tǒng)）仍然在企業(yè)業(yè)務(wù)計(jì)劃層與底層控制層之間，處于中間層。其中，第0層表示過(guò)程，通常指制造或生產(chǎn)過(guò)程；第1層表示用來(lái)監(jiān)控和處理這些過(guò)程的人工或傳感器以及相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；第2層表示手動(dòng)或自動(dòng)的控制動(dòng)作，使過(guò)程保持穩(wěn)定或處于控制之下；第3層表示生產(chǎn)期望產(chǎn)品的工作流活動(dòng)，生產(chǎn)過(guò)程的協(xié)調(diào)與優(yōu)化、生產(chǎn)記錄的維護(hù)等，這是制造運(yùn)作管理的范圍，也就是MES關(guān)注的范圍；第4層表示制造組織管理所需的各種業(yè)務(wù)相關(guān)活動(dòng)，包括建立基礎(chǔ)車(chē)間調(diào)度、確定庫(kù)存水平以及確保物料適時(shí)適量適地進(jìn)行生產(chǎn)。第 3層和第4層之間的接口通常是工廠生產(chǎn)計(jì)劃和運(yùn)行管理及車(chē)間協(xié)調(diào)之間的接口。MES關(guān)注的是企業(yè)的制造執(zhí)行，其主要的功能范圍和制造執(zhí)行層相對(duì)應(yīng)；同時(shí)，MES也考慮與業(yè)務(wù)計(jì)劃層及過(guò)程控制層所選用系統(tǒng)之間的信息交互。

圖1 ISA-95標(biāo)準(zhǔn)參考模型

（2）思科的CPwE聯(lián)合架構(gòu)

思科的CPwE聯(lián)合架構(gòu)如圖2所示，是一個(gè)從廠房設(shè)備到MES和業(yè)務(wù)系統(tǒng)，也包括用戶(hù)和合作伙伴的具有可預(yù)測(cè)性能和系統(tǒng)彈性的端到端的架構(gòu)，與主流的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（包括ISA-95和ISA-99）兼容。CPwE聯(lián)合架構(gòu)主要包含三大塊：控制區(qū)、隔離區(qū)和企業(yè)區(qū)，共 6個(gè)層級(jí)（0～5級(jí)），企業(yè)區(qū)分為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（第5級(jí)）和業(yè)務(wù)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)和物流網(wǎng)絡(luò)（第4級(jí)），隔離區(qū)中未包含任何層級(jí)，主要提供緩存區(qū)域用于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用和數(shù)據(jù)的共享，控制區(qū)分為生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)和控制（第3級(jí)）、區(qū)域控制（第2級(jí)）、基本控制（第1級(jí)）和流程（第0級(jí)）。CPwE可在0 ～ 2層級(jí)之間實(shí)現(xiàn)基于Ethernet/IP（工業(yè)協(xié)議）的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)控制及流量隔離和管理，在第 3級(jí)實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)操作和控制及多服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的安全管理，在 DMZ（demilitarized zone，隔離區(qū)）實(shí)現(xiàn)應(yīng)用和數(shù)據(jù)共享、訪問(wèn)控制和威脅防范，并在4～5級(jí)實(shí)現(xiàn)企業(yè)IT集成協(xié)作及應(yīng)用程序優(yōu)化。隨著無(wú)線技術(shù)的普及，思科已經(jīng)將最先進(jìn)的無(wú)線技術(shù)添加到 CPwE架構(gòu)中，借助無(wú)線技術(shù)，可以采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi，將它延伸到控制型應(yīng)用，并在工廠惡劣環(huán)境中實(shí)現(xiàn)無(wú)線操作，也可通過(guò)移動(dòng)平板電腦查看生產(chǎn)設(shè)備。這對(duì)于提高生產(chǎn)率、加快響應(yīng)速度非常有利，同時(shí)由于無(wú)需使用電纜，還可以節(jié)省資金。

圖2 思科的CPwE聯(lián)合架構(gòu)

（3）NIST智能制造生態(tài)體系模型

NIST的智能制造生態(tài)體系模型如圖3所示，標(biāo)準(zhǔn)橫跨產(chǎn)品、生產(chǎn)系統(tǒng)和商業(yè)這3項(xiàng)主要制造生命周期維度，展示了整個(gè)制造系統(tǒng)的三維空間。NIST參考的是常用的ISA-95參考模型，共分為4層：設(shè)備層、SCADA 層、MOM（manufacturing operations management，制造運(yùn)營(yíng)管理）層和企業(yè)層。其中，設(shè)備層包含了常用的現(xiàn)場(chǎng)總線及傳感器和執(zhí)行器，對(duì)應(yīng)于ISA-95參考模型中的第1層。SCADA層遵循了IEC 61512《批控制》等一系列標(biāo)準(zhǔn)，用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制，等同于ISA-95參考模型中的第2層。MOM層等同于ISA-95參考模型中的第3層MES層。企業(yè)層側(cè)重于企業(yè)級(jí)的制造標(biāo)準(zhǔn)。右側(cè)有一些跨層的標(biāo)準(zhǔn)用于定義制造系統(tǒng)的安全（ISA-99）、質(zhì)量管理過(guò)程（ISO 9000）、能源管理（ISO 50001）和環(huán)境管理（ISO 14000）。

（4）RAMI 4.0參考架構(gòu)

RAMI 4.0以一個(gè)三維模型展示了工業(yè) 4.0涉及的所有關(guān)鍵要素，如圖4所示，工業(yè)4.0集中于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)全過(guò)程。RAMI 4.0從3個(gè)層面對(duì)模型進(jìn)行闡述，左側(cè)垂直軸從IT視角的架構(gòu)出發(fā)，借用了信息和通信技術(shù)常用的分層概念，類(lèi)似于著名的 ISO OSI七層模型，各層實(shí)現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立的功能，同時(shí)下層為上層提供接口，上層使用下層的服務(wù)。RAMI 4.0模型的第二個(gè)維度（左側(cè)水平軸）描述全生命周期及其相關(guān)價(jià)值流，這一維度從業(yè)務(wù)流程視角的架構(gòu)出發(fā)，此處的過(guò)程是指生產(chǎn)過(guò)程，完整的生命周期從規(guī)劃開(kāi)始，到設(shè)計(jì)、仿真、制造，直至銷(xiāo)售和服務(wù)。RAMI 4.0模型的第三個(gè)維度（右側(cè)水平軸）從應(yīng)用視角的架構(gòu)出發(fā)，依據(jù)ISA-95和 ISA-88，主要關(guān)注的是工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下產(chǎn)品的制造過(guò)程控制和管理功能。更進(jìn)一步，由于工業(yè) 4.0不僅關(guān)注生產(chǎn)產(chǎn)品的工廠、車(chē)間和機(jī)器，還關(guān)注產(chǎn)品本身以及工廠外部的跨企業(yè)協(xié)同關(guān)系，因此在底層增加了“產(chǎn)品”層，在工廠頂層增加了“互聯(lián)世界”層。

圖3 NIST智能制造生態(tài)體系模型

（5）智能制造系統(tǒng)架構(gòu)

《建設(shè)指南》從生命周期、系統(tǒng)層級(jí)和智能功能3個(gè)維度，如圖5所示，建立了智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系模型，并由此提出了智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架，主要完成智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)和框架的建模研究工作。生命周期坐標(biāo)軸是由設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷(xiāo)售、服務(wù)等一系列相互聯(lián)系的價(jià)值創(chuàng)造活動(dòng)組成的鏈?zhǔn)郊?。不同行業(yè)的生命周期構(gòu)成不盡相同。在智能制造的大趨勢(shì)下，企業(yè)從主要提供產(chǎn)品向提供產(chǎn)品和服務(wù)轉(zhuǎn)變，價(jià)值鏈得以延伸。系統(tǒng)層級(jí)坐標(biāo)軸自下而上共5層，分別為設(shè)備層、控制層、車(chē)間層、企業(yè)層和協(xié)同層，智能制造的系統(tǒng)層級(jí)與主流的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ISA-95）相兼容，體現(xiàn)了裝備的智能化和 IP化以及網(wǎng)絡(luò)的扁平化趨勢(shì)。智能功能坐標(biāo)軸自上而下包括資源要素、系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通、信息融合和新興業(yè)態(tài)5層。

圖4 RAMI 4.0參考架構(gòu)

（6）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)

圖5 智能制造系統(tǒng)架構(gòu)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)包括工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和工廠外部網(wǎng)絡(luò)，如圖6所示，工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)兩層三級(jí)的結(jié)構(gòu)。兩層是指存在工廠IT網(wǎng)絡(luò)和工廠OT網(wǎng)絡(luò)兩層技術(shù)異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)；三級(jí)是指根據(jù)目前工廠管理層級(jí)的劃分，網(wǎng)絡(luò)也被分為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、車(chē)間級(jí)、工廠級(jí)/企業(yè)級(jí)3個(gè)層次，每層之間的網(wǎng)絡(luò)配置和管理策略相互獨(dú)立。工廠 OT網(wǎng)絡(luò)主要用于連接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的控制器（PLC、DCS、FCS等）、傳感器、伺服器、監(jiān)控設(shè)備等部件。工廠OT網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要為現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)等。工廠IT網(wǎng)絡(luò)主要由IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)和工廠 OT網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)和安全隔離。工廠外部網(wǎng)絡(luò)主要強(qiáng)調(diào)工業(yè)生產(chǎn)信息系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)正在走向深度協(xié)同與融合，包括IT系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，即企業(yè)將其 IT系統(tǒng)（如ERP、CRM等）托管在互聯(lián)網(wǎng)的云服務(wù)平臺(tái)中，或利用SaaS服務(wù)商提供的企業(yè)IT軟件服務(wù)。

通過(guò)現(xiàn)有架構(gòu)的對(duì)比分析和總結(jié)，給出了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)模型的全視圖，為之后的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系奠定了基調(diào)，如圖7所示。通過(guò)現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)分析可以看出，現(xiàn)有的架構(gòu)主要集中于制造企業(yè)內(nèi)部工廠內(nèi)，以網(wǎng)絡(luò)為依托，采取縱向分層、橫向分散的策略，縱向分層主要參考ISA-95參考模型，包含現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、控制機(jī)、車(chē)間級(jí)和工廠級(jí)4層，每層之間的網(wǎng)絡(luò)配置和管理策略相互獨(dú)立。其中，由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的特點(diǎn)使得業(yè)務(wù)處理位置分散、軟硬件條件參差不齊，而且需要維護(hù)的設(shè)備種類(lèi)數(shù)量繁多，這就要求系統(tǒng)用簡(jiǎn)便、高效、智能的技術(shù)手段簡(jiǎn)化系統(tǒng)的維護(hù)工作。同時(shí)需要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化選項(xiàng)完成現(xiàn)場(chǎng)信息錄入，在簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)操作的同時(shí)，消除因?yàn)槿藛T差異而對(duì)同一作業(yè)信息的不同主觀描述。在企業(yè)外部，采用互聯(lián)網(wǎng)、專(zhuān)線和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等與合作伙伴、用戶(hù)和智能設(shè)備互聯(lián)。

圖6 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)

圖7 工業(yè)系統(tǒng)模型梳理

由工業(yè)系統(tǒng)的模型可以梳理出工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的分層架構(gòu)，主要分為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、控制級(jí)、車(chē)間級(jí)、工廠級(jí)和互聯(lián)級(jí)，其中，互聯(lián)級(jí)主要處于場(chǎng)外，由互聯(lián)網(wǎng)、公共移動(dòng)網(wǎng)和專(zhuān)線等組成，特點(diǎn)是以運(yùn)營(yíng)商公用網(wǎng)絡(luò)承載為主，通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，專(zhuān)線缺乏“隨選”能力，智能設(shè)備/產(chǎn)品遠(yuǎn)程接入需求不能完全滿(mǎn)足，現(xiàn)有的解決方式是部分企業(yè)使用非授權(quán)頻段將“連接能力”擴(kuò)展到公共區(qū)域。在廠內(nèi)IT域（包含車(chē)間級(jí)和工廠級(jí)），由商業(yè)以太網(wǎng)、Wi-Fi、非 3GPP LPWA、RFID、藍(lán)牙、Zigbee以及3GPP 蜂窩網(wǎng)絡(luò)等承載，在工廠園區(qū)內(nèi)不好布線的地方以公用承載的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)為主，在工廠廠區(qū)內(nèi)以有線承載為主，無(wú)線應(yīng)用逐步擴(kuò)大，通過(guò)客戶(hù)的調(diào)研反饋發(fā)現(xiàn)，車(chē)間有線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不高，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)可靠性不高，因此工業(yè)PON等帶動(dòng)有線網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始升級(jí)，少量大型工廠自建專(zhuān)用蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。在廠內(nèi)OT域（包含現(xiàn)場(chǎng)級(jí)和控制級(jí)），由現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、Wi-Fi、非 3GPP LPWA、工業(yè)WSN和5G等組成，對(duì)于傳輸時(shí)延、同步精準(zhǔn)度要求較高，本質(zhì)安全，總線供電，通信環(huán)境惡劣，目前呈現(xiàn)以有線為主、無(wú)線為輔的特點(diǎn)，面對(duì)遠(yuǎn)程維護(hù)和縱向集成需求，面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線帶寬不足、在短期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)多無(wú)法形成統(tǒng)一、部署復(fù)雜等問(wèn)題，未來(lái)需要實(shí)現(xiàn)具有時(shí)延敏感性的工業(yè)以太網(wǎng)的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)。IT-OT融合體系架構(gòu)如圖8所示。

圖8 IT-OT 融合體系架構(gòu)

3 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系

工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已逐步應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，并呈現(xiàn)高速發(fā)展趨勢(shì)。M2M通信技術(shù)服務(wù)于生產(chǎn)線的制造協(xié)同、智能原材料的識(shí)別和定位跟蹤、設(shè)備交互之后的在線數(shù)據(jù)采集和在線服務(wù)，常用工業(yè)通信技術(shù)為有線和無(wú)線通信技術(shù)。有線通信技術(shù)可滿(mǎn)足未來(lái)智能設(shè)備之間雙向交互、高寬帶、低時(shí)延等需求，已廣泛應(yīng)用，現(xiàn)階段有線通信技術(shù)由現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、TSN（time-sensitive networking，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）和工業(yè)PON等主流技術(shù)組成，基于無(wú)線技術(shù)的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)按照距離和速度可分為以2G/3G/LTE/5G網(wǎng)絡(luò)和 LPWA（low power wide area，低功耗廣域）網(wǎng)絡(luò)為代表的廣域網(wǎng)、以Wi-Fi專(zhuān)網(wǎng)為代表的無(wú)線局域網(wǎng)和 RFID（radio-frequency identification，射頻識(shí)別）、基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線個(gè)域網(wǎng)。

現(xiàn)場(chǎng)總線主要應(yīng)用在長(zhǎng)距離、短時(shí)延、信號(hào)穩(wěn)定的工業(yè)控制系統(tǒng)里，主要用于分布式控制之間的控制信息傳輸，比如電機(jī)、電流、電壓和位置等跟設(shè)備狀態(tài)和控制相關(guān)的信息，加上配置和報(bào)警的信息。目前應(yīng)用較多的有 Profinet、Ethernet/IP、Ethernet PowerLink、EtherCAT、CAN總線（ISO 11898）、LonWorks、HART。CAN總線由德國(guó) BOSCH公司推出，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)以及航空工業(yè)；LonWorks總線標(biāo)準(zhǔn)由美國(guó)Echelon公司推出，被廣泛應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、工業(yè)過(guò)程控制等行業(yè)。其余主要的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)在IEC 61158中規(guī)定，長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)總線的問(wèn)題爭(zhēng)論不休，互連、互通和互操作問(wèn)題很難解決，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線最高速率只有12 Mbit/s（如西門(mén)子ProfiBus-DP），于是現(xiàn)場(chǎng)總線開(kāi)始轉(zhuǎn)向工業(yè)以太網(wǎng)。

工業(yè)以太網(wǎng)與普通商業(yè)以太網(wǎng)兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材質(zhì)選用、產(chǎn)品強(qiáng)度、適用性和實(shí)時(shí)性方面能夠滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，可將工業(yè)以太網(wǎng)分為3種類(lèi)型：通用硬件、標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP型（以Ethernet/IP、ModBus/TCP 等為代表）；通用硬件、自定義實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議型（以Ethernet PowerLink、EPA、Profinet RT等為代表）；專(zhuān)用硬件、自定義實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議型（以EtherCAT、Profinet IRT等為代表）。類(lèi)型1完全兼容通用以太網(wǎng)，成本低廉，實(shí)現(xiàn)方便，但只適用于實(shí)時(shí)性要求不高的工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用；類(lèi)型2采用通用以太網(wǎng)控制器，但卻引入了專(zhuān)門(mén)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，使用特定以太網(wǎng)幀進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)較高的實(shí)時(shí)性，這種結(jié)構(gòu)對(duì)以太網(wǎng)的讀取受到實(shí)時(shí)層的限制；類(lèi)型3在類(lèi)型2的基礎(chǔ)上底層使用專(zhuān)有以太網(wǎng)控制器（至少在從站側(cè)），在實(shí)時(shí)通道內(nèi)由實(shí)時(shí)MAC接管通信控制，徹底避免報(bào)文沖突，簡(jiǎn)化通信數(shù)據(jù)處理，其缺點(diǎn)是成本較高，需使用專(zhuān)有協(xié)議芯片、交換機(jī)等，但優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性強(qiáng)。IEC 61158 協(xié)議新舊版本對(duì)比如圖9所示。

圖9 IEC 61158 協(xié)議新舊版本對(duì)比

在一些條件苛刻、無(wú)法布線的現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域，工業(yè)無(wú)線技術(shù)已成為工業(yè)以太網(wǎng)強(qiáng)有力的延伸手段，主要包括基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的用于工業(yè)過(guò)程測(cè)量、監(jiān)視與控制的 WirelessHART（IEC 62591:2016）、ISA100.11a（IEC 62734:2014）、WIA-PA（wireless networks for industrial automation-process automation，用于工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)）（IEC 62601:2015）等工業(yè)級(jí)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。

在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，RFID技術(shù)是利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)非接觸式的無(wú)線射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。與條形碼相比，RFID標(biāo)簽在智能制造環(huán)境下有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)，如防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)信息可在信號(hào)激活后進(jìn)行更改、可以透過(guò)外部材料讀取數(shù)據(jù)、能夠同時(shí)處理多個(gè)標(biāo)簽、可以對(duì)所附著的物體進(jìn)行追蹤定位等。以世界著名的米其林輪胎為例，北美公司推出的帶有 RFID標(biāo)簽的輪胎被寫(xiě)入輪胎的序列號(hào)、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠商代號(hào)等信息，一旦輪胎出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，可以縮小召回的范圍。除此之外，RFID技術(shù)還可以貫穿服務(wù)使用的過(guò)程，2016年8月阿里巴巴YunOS在ITU-T SG20物聯(lián)網(wǎng)研究組新立項(xiàng)的 Open IoT Identity correlation service（開(kāi)放 IoT 身份標(biāo)識(shí)協(xié)作服務(wù)），旨在打通設(shè)備、數(shù)據(jù)與人之間的協(xié)作關(guān)聯(lián)，目標(biāo)是可以滿(mǎn)足 IoT應(yīng)用領(lǐng)域?qū)υO(shè)備的唯一安全身份標(biāo)識(shí)，相應(yīng)地，其連接的業(yè)務(wù)平臺(tái)可以提供給信任設(shè)備相應(yīng)的服務(wù)。最后，RFID技術(shù)可以提供生產(chǎn)制造控制系統(tǒng)、生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)的服務(wù)信息，以汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程管理應(yīng)用為例，戴姆勒—克萊斯勒將 RFID標(biāo)簽附在汽車(chē)的底盤(pán)上，能夠自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)，比如要噴涂的顏色。

為滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用需求并順應(yīng)技術(shù)發(fā)展，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)歷經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)3個(gè)發(fā)展階段，實(shí)現(xiàn)控制級(jí)/現(xiàn)場(chǎng)級(jí)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)和管理級(jí)通用網(wǎng)絡(luò)的融合以及有線到無(wú)線的補(bǔ)充。并且，由于數(shù)字化通信的特點(diǎn)，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)除基本數(shù)據(jù)傳輸功能外，還提供信息獲?。ò恢茫?、標(biāo)識(shí)和維護(hù)、報(bào)警診斷等智能化功能。然而，由于傳輸介質(zhì)不同，或者不同族的現(xiàn)場(chǎng)總線/工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)具有幾個(gè)共性特征：通信協(xié)議的定義都是基于ISO/OSI模型的7層通信協(xié)議；將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制中，從通信角度來(lái)說(shuō)，必須考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、確定性、可靠性等要求；從功能完備性角度來(lái)說(shuō)，在滿(mǎn)足基本功能基礎(chǔ)上還需考慮互操作性、本質(zhì)安全性、功能安全性、通信安全性、高可用性、集成性等要求。

4 面向制造業(yè)未來(lái)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)需求

工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)需要一張無(wú)所不在的寬帶網(wǎng)絡(luò)，能把人、物、數(shù)據(jù)、流程全部連接起來(lái)，應(yīng)用場(chǎng)景主要包含3類(lèi)：廣域應(yīng)用場(chǎng)景、工廠級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景。廣域應(yīng)用場(chǎng)景主要指跨域的多工廠之間的網(wǎng)絡(luò)通信和應(yīng)用，包括多廠之間的廣域網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)和通信、協(xié)同設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈協(xié)作、多廠間物流等?，F(xiàn)有多工廠之間的廣域網(wǎng)絡(luò)通信一般采用互聯(lián)網(wǎng)、專(zhuān)線網(wǎng)絡(luò)或VPN虛擬專(zhuān)網(wǎng)方式，通過(guò)整機(jī)廠和周邊零配件分廠之間的供應(yīng)鏈協(xié)作系統(tǒng)，整機(jī)廠供應(yīng)鏈管理人員可以通過(guò)電腦或手機(jī)遠(yuǎn)程訪問(wèn)周邊零配件分廠的供應(yīng)計(jì)劃，周邊零配件廠供應(yīng)鏈管理人員也可以通過(guò)電腦或手機(jī)遠(yuǎn)程訪問(wèn)整機(jī)廠的需求計(jì)劃。通過(guò)廣域通信將生產(chǎn)線和輔助配套設(shè)備與供應(yīng)商互聯(lián)起來(lái)，各方能洞察相互之間的依賴(lài)關(guān)系、物料流動(dòng)和制造周期。支持位置跟蹤、遠(yuǎn)程監(jiān)控資產(chǎn)運(yùn)行狀況、報(bào)告流經(jīng)供應(yīng)鏈的零件和產(chǎn)品的情況等諸多功能。工廠級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景主要包含移動(dòng)辦公應(yīng)用、移動(dòng)MES應(yīng)用、安全管理（無(wú)線視頻監(jiān)控和無(wú)線巡檢）、節(jié)能管理、集群通話和廠區(qū)內(nèi)智能物料運(yùn)輸和配送等。傳統(tǒng)的工廠級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)一般采用以太網(wǎng)+Wi-Fi的覆蓋方式，在工廠內(nèi)存在大量線纜，部署復(fù)雜、施工周期長(zhǎng)、維護(hù)成本高、能耗和空間占用大，且廠區(qū) Wi-Fi存在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全面、多 Wi-Fi部署、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不穩(wěn)定和安全性不能得到保障等問(wèn)題。智能工廠現(xiàn)場(chǎng)級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景的生產(chǎn)過(guò)程包括數(shù)據(jù)采集及分析，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備、資源監(jiān)控的可操作和可視化，要能支持采集不同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的要求，支持將生產(chǎn)數(shù)據(jù)及設(shè)備故障信息顯示在監(jiān)控站的屏幕上，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控與管理?，F(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)一般采用工業(yè)控制總線，與廠區(qū)以太網(wǎng)安全隔離，具有可靠性高、安全性好和實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)。但是存在如下局限性：布線成本比較高，有些地方不好布線，工業(yè)控制總線數(shù)據(jù)采集不夠全面，組網(wǎng)方式比較簡(jiǎn)單，新的應(yīng)用場(chǎng)景需要更多樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

以LTE網(wǎng)絡(luò)為代表的高速連接網(wǎng)絡(luò)可基本解決工廠級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景下廣域網(wǎng)和廠域網(wǎng)的需求。現(xiàn)階段部分工業(yè)企業(yè)開(kāi)始嘗試在廠區(qū)內(nèi)部自行搭建一張LTE 專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)來(lái)滿(mǎn)足工業(yè)制造的需求，通過(guò)新建一張LTE EPC 核心網(wǎng)，分別與企業(yè)內(nèi)部各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行互通，或者新建一張LTE無(wú)線接入網(wǎng)，采用特殊申請(qǐng)無(wú)線LTE頻段覆蓋整個(gè)工業(yè)廠區(qū)。但是這些方式都存在一些局限，如建設(shè)成本大、后期維護(hù)成本持續(xù)投入、LTE無(wú)線頻段資源難以獲取、特殊無(wú)線頻段的定制化終端成本較高等問(wèn)題，難以在工業(yè)領(lǐng)域廣泛推廣，需要采用已規(guī)模部署的公眾LTE網(wǎng)絡(luò)，利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與工廠園區(qū)的基站將數(shù)據(jù)流量接入工廠網(wǎng)絡(luò)，用戶(hù)面的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)側(cè)（如核心網(wǎng)）而直接在本地傳輸。

LPWA技術(shù)主要適用于M2M小流量數(shù)據(jù)傳輸需求，3GPP已成立專(zhuān)門(mén)項(xiàng)目組開(kāi)展了LPWA技術(shù)研究，同時(shí)，一些在非授權(quán)頻段上定義的接入技術(shù)已經(jīng)在歐洲投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，用戶(hù)數(shù)正在逐步擴(kuò)大。目前可以納入LPWA范疇的無(wú)線接入技術(shù)主要分成幾塊：一是3GPP RAN中基于 LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的 eMTC；二是 3GPP GERAN提出的基于 GSM演進(jìn)的 EC-GSM（extended coverage-GSM，擴(kuò)展覆蓋GSM）技術(shù)；三是3GPP RAN融合由華為、高通、Neul聯(lián)合提出 NB-CIoT及由愛(ài)立信、諾基亞等提出的NB-LTE的NB-IoT技術(shù)；四是在非授權(quán)頻段上定義 Sigfox、LoRa等接入技術(shù)。LTE-M（LTE-machine-to-machine）是基于LTE演進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在R12中被稱(chēng)為L(zhǎng)ow-Cost MTC，在R13中被稱(chēng)為L(zhǎng)TE enhanced MTC（eMTC），旨在基于現(xiàn)有的LTE載波滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需求。在工業(yè)應(yīng)用中，低功耗的LPWA網(wǎng)絡(luò)可以快速建立工廠運(yùn)行設(shè)備的參數(shù)采集系統(tǒng)，無(wú)需用戶(hù)進(jìn)行大規(guī)模的信息化改造就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備實(shí)時(shí)報(bào)警、狀態(tài)分析、故障診斷等多類(lèi)功能。

在工業(yè)領(lǐng)域中，5G可以提供高效率、高質(zhì)量、低成本的網(wǎng)絡(luò)連接。IHS 2017年的5G經(jīng)濟(jì)報(bào)告顯示，2035年，5G使能的工業(yè)制造空間高達(dá)3.4萬(wàn)億美元。在智能工廠里，5G網(wǎng)絡(luò)能夠靈活地支撐智能制造的多業(yè)務(wù)場(chǎng)景，包括機(jī)械臂協(xié)同控制所需毫秒級(jí)的極低時(shí)延（uRLLC）、先進(jìn)的生產(chǎn)輔助系統(tǒng)應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)所需的高帶寬與毫秒級(jí)的低時(shí)延（MBB+uRLLC）。在2017年3月巴塞羅那世界移動(dòng)大會(huì)上，德國(guó)電信與華為聯(lián)合開(kāi)發(fā)的機(jī)械臂接球用于展示超低時(shí)延切片在工業(yè)制造中的應(yīng)用，該切片基于對(duì)接入、傳輸及核心網(wǎng)的域內(nèi)及域間編排控制技術(shù)以及邊緣計(jì)算部署來(lái)達(dá)到ms級(jí)的時(shí)延保障，最高可達(dá)1 ms。總之，通信運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)逐步開(kāi)展 5G在工業(yè)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景及相關(guān)技術(shù)研究。

針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的QoS、可靠性、安全性要求不同。對(duì)于廣域網(wǎng)絡(luò)，通信實(shí)時(shí)性要求相對(duì)低、數(shù)據(jù)交互一般、帶寬要求一般、可靠性要求一般、安全性要求高；工廠級(jí)通信實(shí)時(shí)性要求相對(duì)低、數(shù)據(jù)交互頻繁、帶寬要求高、可靠性要求高、安全性要求高；現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信對(duì)于實(shí)時(shí)性要求相對(duì)高（毫秒級(jí)的時(shí)延）、可靠性要求高、抗干擾性要求好、安全性要求高。

5 通信運(yùn)營(yíng)商的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向

工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)總體架構(gòu)主要呈現(xiàn)4個(gè)關(guān)鍵特征：一是在體系架構(gòu)方面，實(shí)現(xiàn)層級(jí)打通、內(nèi)外融合，傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)多層結(jié)構(gòu)逐漸演變?yōu)閼?yīng)用層、平臺(tái)層和邊緣層3層，整體架構(gòu)呈現(xiàn)扁平化發(fā)展趨勢(shì)；二是在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方面，各種智能裝備充分實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，無(wú)線成為有線的重要補(bǔ)充，新型網(wǎng)關(guān)推動(dòng)異構(gòu)互聯(lián)和協(xié)議轉(zhuǎn)換，工廠與產(chǎn)品、外部信息系統(tǒng)和用戶(hù)充分互聯(lián)；三是在數(shù)據(jù)智能方面，工業(yè)云平臺(tái)成為關(guān)鍵核心，實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)外部數(shù)據(jù)的充分匯聚，支撐數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、挖掘和分析，有效支撐工業(yè)信息控制系統(tǒng)和各種創(chuàng)新應(yīng)用；四是在安全保障方面，各種安全機(jī)制與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深度融合，實(shí)現(xiàn)縱深防御、立體防護(hù)，通過(guò)多種安全措施保障網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和數(shù)據(jù)集成安全。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)目標(biāo)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)將是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，需要架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、安全等方面逐步協(xié)同推進(jìn)。

· 從提出的IT和OT融合架構(gòu)出發(fā)，由于IT和OT部分功能融合，OT部分建議運(yùn)營(yíng)商逐步切入，并考慮在發(fā)展過(guò)程中與現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)共存發(fā)展，同時(shí)加強(qiáng)工廠外部的廣域互連能力。

· 大網(wǎng)延伸，雖然具備一網(wǎng)到底能力，構(gòu)建

虛擬工廠專(zhuān)網(wǎng)等。

· 通信運(yùn)營(yíng)商除了服務(wù)智能產(chǎn)品的移動(dòng) M2M可管理通道、互聯(lián)企業(yè)信息系統(tǒng)的廣域有線通道、4G/5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)下沉到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之外，也可以考慮管道深度嵌入工業(yè)應(yīng)用。

· 網(wǎng)絡(luò)使用體現(xiàn)“專(zhuān)網(wǎng)”效果，確保網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，并不斷滿(mǎn)足客戶(hù)日益增長(zhǎng)的需求，做到彈性網(wǎng)絡(luò)、實(shí)時(shí)配置等。

· 面向不同接入需求，提供綜合承載能力：高帶寬寬覆蓋、低時(shí)延高可靠、低功耗低成本等。

總體發(fā)展策略應(yīng)以完善廣域互聯(lián)能力為主，服務(wù)于橫向集成，同時(shí)切入工廠廠域網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)于縱向集成。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展建議面向不同接入需求，同時(shí)管道深度嵌入工業(yè)應(yīng)用，聯(lián)網(wǎng)到底。技術(shù)研發(fā)則以LPWA + 5G、基于公網(wǎng)的工廠虛擬專(zhuān)網(wǎng)技術(shù)和隨選網(wǎng)絡(luò)為主要發(fā)展方向。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)是對(duì)于可靠性和時(shí)延要求很高的網(wǎng)絡(luò)，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，通信運(yùn)營(yíng)商的身份和信息化的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)決定了其現(xiàn)在及未來(lái)會(huì)積極主動(dòng)地參與到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中。

[1] 盧云. 電信運(yùn)營(yíng)商物聯(lián)網(wǎng)“端、管、云、應(yīng)用”發(fā)展策略[J] . 電信科學(xué), 2016, 32(Z1): 129-136.LU Y. Development strategy of telecom operator’s internet of things “terminal, network, cloud and application”[J]. Telecommunications Science, 2016, 32(Z1): 129-136.

[2] 楊思維. 升級(jí)版德國(guó)“工業(yè) 4.0平臺(tái)”經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國(guó)制造業(yè)的影響[J] . 電信科學(xué), 2016, 32(1): 108-111.YANG S W. Impact of the upgraded version of German “industrial 4 platform” on China’s manufacturing industry[J]. Telecommunications Science, 2016, 32(1): 108-111.

[3] 崔云峰, 鐘衛(wèi)東, 劉東. 智能工業(yè)裝備操作系統(tǒng)技術(shù)及創(chuàng)新[J].中興通訊技術(shù), 2017, 23(6): 1-9.CUI Y F, ZHONG W D, LIU D. Intelligent industrial equipment operating system technology and innovation[J]. ZTE Technology Journal, 2017, 23(6): 1-9.

[4] 閆建, 李瑞, 鄭迦元. “互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃比較研究——以22個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)為例[J] . 重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)), 2017, 31(4): 65-72.YAN J, LI R, ZHENG J Y. A comparative study of “Internet plus”action plan: taking 22 provinces (autonomous regions and municipalities directly under the central government) as an example[J].Journal of Chongqing Institute of Technology, 2017, 31(4): 65-72.

[5] 賈洪哲, 沈英儒. 淺析ISA-95和MES系統(tǒng)[J]. 中國(guó)信息界,2011(1).JIA H Z, SHEN Y R. Analysis of ISA-95 and MES system[J].China Information Times, 2011(1).

[6] Converged plantwide ethernet (CPwE) design and implementation guide[EB]. 2011.

[7] LU Y, MORRIS K C, FRECHETTE S P. Current standards landscape for smart manufacturing systems[EB]. 2016.

[8] 歐陽(yáng)勁松, 劉丹, 汪爍, 等. 德國(guó)工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型與我國(guó)智能制造技術(shù)體系的思考[J]. 自動(dòng)化博覽, 2016(3): 62-65.OUYANG J S, LIU D, WANG S, et al. Reflections on German industry 4.0 reference architecture model and China’s intelligent manufacturing technology system[J]. Automation Panorama,2016(3): 62-65.

[9] 工業(yè)和信息化部. 國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南(2015年版)[EB/OL]. (2015-12-30)[2017-10-30]. http://www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057585/n3057589/c45700 69/content.html.Ministry of Industry and Information Technology. National smart manufacturing standards system construction guide (2015 edition)[EB/OL]. (2015-12-30)[2017-10-30]. http://www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057585/n3057589/c45 70069/content.html.

[10]工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)(版本1.0)[EB/OL]. (2016-09-09)[2017-10-30]. https://wenku.baidu.com/view/43894ef9f12d2af90342e66a.html.Alliance of Industrial Internet. Industrial internet architecture(version 1.0)[EB/OL]. (2016-09-09)[2017-10-30]. https://wenku.baidu.com/view/43894ef9f12d2af90342e66a.html.

Summary of existing framework in industrial communication networks and future development strategies for communication operators

CHANG Jie, WANG Yi, LI Jie, CHEN Zhengwen
Shanghai Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Shanghai 200122, China

Industrial communication networks are developing in the direction of networking, digitization and intelligence, which could not be considered as just a single communication network but as important sub-systems of the automatic control systems. Based on framework of the existing industrial communication network, the industrial model was systematically studied and divided into within and outside of the enterprise. The existing framework mainly concentrated in interior of factory within manufacturing enterprise and mainly referenced ISA-95 model, included field-level, control-level, workshop-level and factory-level. The network configuration and management strategies between each layer were independent. Then, the existing technology systems in industrial network and requirements of network upgrading facing future development of manufacturing were analyzed in detail. Lastly, the future development strategies of communication operators were put forward.

industrial communication network, development strategy, summary of framework

TP393

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017301

2017?09?30；

2017?11?10

常潔（1984?），女，博士，現(xiàn)就職于中國(guó)電信股份有限公司上海研究院，主要研究方向?yàn)楣I(yè)網(wǎng)絡(luò)、5G等。

王藝（1973?），男，中國(guó)電信股份有限公司上海研究院首席物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)家，主要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)。

李潔（1980?），男，中國(guó)電信股份有限公司上海研究院工程師，主要負(fù)責(zé)車(chē)聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、技術(shù)研究工作。

陳正文（1973?），女，中國(guó)電信股份有限公司上海研究院高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)蜂窩通信技術(shù)。