SD-WAN結合邊緣智能在紙板生產車間的研究和實踐

摘要：文章研究了軟件定義廣域網（Software-Defined Wide Area Networking，SD-WAN）結合邊緣智能在瓦楞紙板生產車間中的應用。該研究的目標是提升瓦楞紙板生產車間的網絡性能、安全性和管理效率。通過使用SD-WAN技術，該車間可以實現網絡虛擬化、智能路由和實時監控，從而提高網絡通信的可靠性和穩定性。SD-WAN與邊緣智能的結合使網絡資源得以高效利用，優化路由決策，并實現主動的網絡管理。該研究對于推動工業環境中的網絡技術發展具有重要意義，為瓦楞紙板制造業提供了提高生產效率、降低成本以及提升運營靈活性的機遇。

關鍵詞：SD-WAN；邊緣智能；網絡優化；數據安全

中圖分類號：TP315文獻標志碼： A

0 引言

瓦楞紙板生產車間是制造瓦楞紙板和紙箱的關鍵生產場所，被廣泛應用于包裝行業。隨著全球貿易的增長和消費需求的增加，瓦楞紙板生產車間面臨著越來越大的挑戰。傳統的瓦楞紙板生產工廠通常依賴于靜態的網絡架構和傳統的以太網連接方式，存在網絡帶寬瓶頸、安全漏洞和管理復雜性等問題。隨著軟件定義廣域網（Software-Defined Wide Area Networking，SD-WAN）技術的發展和智能化的趨勢，瓦楞紙板生產工廠可以從中受益。本研究通過在瓦楞紙板生產車間中集成SD-WAN的網絡虛擬化、智能路由和實時監控等關鍵特性，瓦楞紙板生產車間可以提供更靈活、可靠和高效的網絡連接，使其能夠應對不斷增長的網絡需求和復雜性。目前，一些先進的生產企業已經開始在瓦楞紙板生產車間中采用SD-WAN與邊緣智能技術，并取得了一定的成果。然而，盡管SD-WAN與邊緣智能在瓦楞紙板生產車間中的結合具有潛力，但仍然存在一些挑戰和障礙。

1 SD-WAN與傳統網絡

傳統網絡通常使用分散式的管理和控制方式，每個網絡設備都有獨立的配置和管理。而SD-WAN采用集中化的管理和控制，該方案通過一個中央控制器來管理整個網絡，簡化了網絡管理和配置的復雜性［1］。SD-WAN提供更高級的網絡可視性和智能性。該技術通過集中化的控制器，管理員可以實時監測網絡狀態、應用性能和安全事件，并根據實時數據做出智能的路由和負載均衡決策，以優化網絡性能和用戶體驗。傳統網絡通常使用單一鏈路進行數據傳輸，例如：多協議標簽交換（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）［1］。而SD-WAN支持多鏈路的使用，可以同時利用多種網絡鏈接，如MPLS、互聯網、4G/5G等，該技術通過負載均衡和流量優化來提供更高的帶寬和可靠性［1］。SD-WAN注重網絡安全性，提供強大的安全功能。其使用隧道技術在不安全的公共網絡上建立安全的連接，保護數據的傳輸和隱私［1］。傳統網絡通常需要額外的安全設備和配置來實現相同的安全性。SD-WAN提供更大的靈活性和可擴展性。其可以輕松適應不同網絡環境和需求，支持快速部署和配置變更。該技術通過使用多鏈路的網絡連接，SD-WAN可以降低傳輸成本，例如：在車間之間原本需要直連的以太網網線，如果使用傳統網絡直連往往需要拉一根超過幾百米的網線。而采用集成SD-WAN技術后，可通過在車間或產線之間建立無線網橋或Wi-Fi，再通過SD-WAN控制器將鏈路在邏輯層面打通，從而完成通信，甚至在廠家相鄰車間/廠區距離較遠的情況下，SD-WAN可以綜合當地互聯網/4G/5G網絡實現通信，降低傳統網絡的實施成本。此外，SD-WAN的集中化管理和智能路由決策能力可以優化網絡利用率和性能，減少運營成本。

綜上所述，SD-WAN技術通過將網絡控制和數據轉發分離，并通過集中化的控制器來管理和優化網絡流量，提供了更靈活、可靠和高效的廣域網連接。其可以根據應用需求和網絡狀況實時調整路由和負載均衡策略，從而提高網絡性能、降低成本，并簡化網絡管理和運維工作。相對于傳統網絡，SD-WAN具有更高級的管理和控制方式、更好的網絡可視性和智能性、多鏈路和負載均衡能力、強大的安全性、靈活性和成本效益。所有這些特點使得SD-WAN成為更現代化、高效和可靠的廣域網解決方案。

2 瓦楞紙板生產車間的網絡需求

瓦楞紙板生產車間通常是一個復雜的生產系統，涉及多個設備和工作站之間的數據通信和協調。為了滿足瓦楞紙板生產車間的網絡需求，以下是一些常見的網絡需求。

2.1 高帶寬要求

瓦楞紙板生產車間通常涉及大量的數據傳輸，包括生產計劃、訂單信息、生產數據、質量檢測結果等。因此，生產車間所需的網絡需要提供足夠的帶寬來支持實時數據傳輸和信息共享。

2.2 低延遲和高可靠性

瓦楞紙板生產車間對實時性要求較高，需要快速響應和傳輸數據。因此，瓦楞紙板生產車間的網絡需要提供低延遲和高可靠性，以確保數據能夠及時傳輸，并避免生產中斷或數據丟失。

2.3 異地協作和遠程監控

瓦楞紙板生產車間可能分布在不同的地理位置，需要支持異地協作和遠程監控。因此，瓦楞紙板生產車間的網絡需要提供安全的遠程訪問功能，以便遠程工作人員能夠實時監控生產車間狀態，進行故障排除和遠程操作。

2.4 設備互聯和集中管理

瓦楞紙板生產車間涉及多個設備和工作站之間的數據交互和協作。因此，瓦楞紙板生產車間的網絡需要支持這些設備的互聯，以便實現數據共享、設備協調和集中管理。此外，網絡還需要提供設備管理和監控功能，以便及時發現設備故障和進行維護。

2.5 數據安全和隱私保護

瓦楞紙板生產車間涉及敏感的生產數據和商業信息。因此，瓦楞紙板生產車間的網絡需要提供安全性功能，如數據加密、身份認證和訪問控制，以保護數據的安全和隱私。

2.6 擴展性和可靠性

瓦楞紙板生產車間可能需要隨著業務需求進行擴展和升級。因此，瓦楞紙板生產車間的網絡需要具備良好的擴展性和可靠性，能夠支持新增設備和工作站的接入，并保證整個生產車間的穩定運行。

3 場景應用與影響

SD-WAN在瓦楞紙板生產車間中可以為生產車間的網絡提供更高效、靈活和可靠的解決方案。以下是SD-WAN邊緣智能在瓦楞紙板生產車間中的應用場景介紹。

3.1 虛擬化網絡連接

SD-WAN可以將多個物理網絡連接虛擬化為邏輯連接。這樣，瓦楞紙板生產車間內的各個系統可以同時利用多種網絡連接，并根據實時需求進行動態調整和優化，以實現更高的帶寬和可靠性。

3.2 智能負載均衡和路徑選擇

SD-WAN可以根據網絡狀況和應用需求，動態選擇最佳的傳輸路徑。該技術通過監測網絡延遲、帶寬利用率、丟包率等指標，智能地將流量路由到最優的網絡連接上，以確保數據傳輸的穩定性和效率［2］。例如：當某個網絡鏈路出現故障或擁塞時，SD-WAN邊緣設備可以自動將流量切換到其他可用的鏈路，以保證生產車間內各系統網絡傳輸的連續性和可靠性。此外，SD-WAN還支持智能的負載均衡算法，根據連接的性能和負載情況，合理地分配流量，充分利用網絡資源，避免網絡擁塞和瓶頸，提高網絡的吞吐量和響應時間［2］。SD-WAN邊緣設備還支持基于應用程序的服務質量（Quality of Service，QoS）策略，根據應用程序的性質和優先級，為不同類型的流量分配帶寬和網絡資源。例如：對于實時視頻流或監控數據這樣對延遲敏感的應用，SD-WAN邊緣設備可以為其分配足夠的帶寬和優先級，以確保其穩定傳輸和優質服務［2］。在瓦楞紙板生產車間中，負載均衡可以均衡地分配生產數據、訂單信息等流量到不同的網絡連接上，確保數據的平衡傳輸，提高生產效率和實時性，相比改造前對各機臺數據的輪詢式推送時效性得到了顯著提升，而且避免了網絡中的單點故障，即使某個網絡鏈路或設備發生故障，SD-WAN邊緣智能可以自動將流量切換到備用連接，確保生產車間的連續運行。

3.3 邊緣智能和本地決策

SD-WAN邊緣設備具備在邊緣設備上進行智能決策的能力。這意味著網絡決策可以在離用戶或設備更近的地方進行，減少對中央控制器的依賴。在瓦楞紙板生產車間中，這意味著可以更快速地做出網絡決策，減少延遲，提高故障恢復能力。SD-WAN邊緣設備能夠監測和分析車間內的網絡狀況，并根據實時數據做出相應決策［3］。例如：當檢測到某個網絡連接出現故障或性能下降時，邊緣設備可以立即采取措施，如切換到備用連接或調整流量路由，以確保生產車間的網絡穩定性和可靠性。這種本地決策的能力減少了對中央控制器的依賴，可以更快地響應變化，并在邊緣設備上實現故障恢復，提高生產車間的網絡性能和可用性。該技術通過邊緣智能和本地決策，使得SD-WAN在瓦楞紙板生產車間中提供了快速、可靠的網絡決策能力，提高了網絡的響應速度和故障恢復能力，從而提升了生產效率和穩定性。

3.4 安全隔離和隧道技術

SD-WAN邊緣智能可以通過隧道技術實現安全隔離和加密通信。這樣，瓦楞紙板生產車間中的數據傳輸可以在不安全的公共網絡上進行安全的傳輸和隱私保護，保證數據的完整性和機密性，防止數據泄露和竊聽攻擊［4］。

SD-WAN邊緣設備可以通過負載均衡和智能路由的功能，有效地管理和分配網絡流量。SD-WAN邊緣設備可以根據流量需求和優先級，將數據流量動態地路由到最優的網絡連接上，避免網絡擁塞和瓶頸。這種方式可以最大程度地利用可用帶寬，提高網絡的吞吐量和傳輸效率；同時，該技術通過各種優化技術，如數據壓縮、數據緩存和數據重復刪除等。通過數據壓縮、數據緩存和數據重復刪除等優化技術，該技術可以減少數據傳輸的大小和頻率，降低網絡延遲，節省帶寬消耗。

4 挑戰和解決方案

在瓦楞紙板生產車間的網絡環境中，可能會面臨以下網絡可靠性挑戰。

4.1 高帶寬需求

瓦楞紙板生產車間通常需要處理大量的數據和圖像，對網絡帶寬有較高的要求。傳統網絡可能無法滿足這種高帶寬需求，導致網絡擁塞和性能下降。

解決方案：SD-WAN技術可以通過多路徑負載均衡和流量優化來提供高帶寬和低延遲的網絡連接。SD-WAN可以智能地選擇最優的網絡路徑，并根據實時網絡狀況進行動態調整，以確保瓦楞紙板生產車間的網絡帶寬需求得到滿足。

4.2 網絡故障和中斷

網絡故障或中斷可能導致生產車間的停機時間和生產中斷，影響生產效率和業務連續性。

解決方案：SD-WAN邊緣智能可以提供多路徑冗余和快速故障切換的功能。該技術通過同時使用多個網絡連接，并實時監測連接的可用性，SD-WAN可以自動切換到備用連接，以確保網絡的連通性和可靠性。這樣可以減少網絡故障對生產車間的影響，并提高業務的連續性。

4.3 數據安全和隱私

瓦楞紙板生產車間中的數據可能包含敏感的生產信息和知識產權，需要保證數據的安全性和隱私保護。

解決方案：SD-WAN邊緣智能可以提供強大的安全功能，包括加密通信、訪問控制、安全審計等。該技術通過使用虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN）加密技術和安全策略，SD-WAN可以保護數據在傳輸過程中的安全性［3］。此外，SD-WAN邊緣智能還可以提供終端設備的安全策略管理，確保設備的合規性和安全性。

4.4 網絡拓撲和設備管理

瓦楞紙板生產車間中的機臺設備通常分布在多個地點，并且生產中須使用多套不同的系統才能完成生產工程，這其中涉及多個網絡設備和連接，對網絡拓撲和設備管理提出了挑戰。

解決方案：SD-WAN邊緣智能提供集中化的網絡管理平臺，可以對整個網絡進行統一管理和配置。管理員可以通過一個控制界面對網絡設備和連接進行集中管理，并實時監控網絡狀態和性能。這樣可以簡化網絡拓撲和設備管理的工作，提高管理的效率和一致性［5］。

5 實驗與結果分析

該研究在瓦楞紙板生產車間的網絡環境中部署SD-WAN邊緣智能解決方案。這涉及在各個生產車間各邊緣設備上安裝SD-WAN設備或虛擬化部署SD-WAN服務，并進行配置和連接設置。該方案能夠確保SD-WAN邊緣設備與網絡連接兼容，并與現有網絡基礎設施進行集成。該研究可以通過以下實驗來評估和驗證SD-WAN邊緣智能的效果。

5.1 帶寬負載測試

使用SD-WAN邊緣智能的多路徑負載均衡功能，該研究可以評估網絡的帶寬利用率和性能改進。該研究通過模擬生產車間的數據傳輸和通信場景，監控和測量網絡的帶寬利用率、延遲和吞吐量等指標，并與傳統網絡進行對比。該研究通過網絡性能測試工具進行測試和分析后的結果如表1所示。

測試結果分析：本測試通過使用SD-WAN邊緣智能的多路徑負載均衡功能，可以觀察到網絡帶寬的有效利用率提高。相對于傳統網絡，SD-WAN能夠將流量智能地分配到可用路徑，減少擁塞和瓶頸情況，從而提供更高的帶寬和更低的延遲。這可以通過測量和對比網絡吞吐量、延遲和帶寬利用率等指標來驗證。

5.2 故障切換測試

模擬網絡故障和中斷情況，評估SD-WAN邊緣智能的故障切換能力和恢復速度。該測試通過斷開或模擬某個網絡連接或設備的故障，觀察SD-WAN是否能夠自動切換到備用連接，并確保生產車間的網絡連通性和可靠性。記錄不同故障類型的切換時間、恢復過程以及影響范圍如表2所示。

測試結果分析：在模擬網絡故障和中斷的情況下，SD-WAN邊緣智能技術能夠快速檢測到故障，并自動切換到備用連接，以確保生產車間的連通性和可靠性。故障切換的時間和過程將被記錄和分析，以評估SD-WAN的恢復速度和對生產車間的影響。較短的故障切換時間和無感知的切換過程將是評估成功的指標。

5.3 數據安全測試

本文通過數據安全性測試，驗證SD-WAN邊緣智能的加密通信和安全策略功能。該測試通過模擬數據傳輸和攻擊場景，檢查SD-WAN是否能夠保護數據的機密性、完整性和可用性。文章使用安全漏洞掃描工具和攻擊模擬工具進行測試，評估SD-WAN數據安全性能測試結果如表3所示。

測試結果分析：該測試通過進行數據傳輸和攻擊場景的模擬測試，可以驗證SD-WAN邊緣智能的安全功能。如果SD-WAN能夠提供加密通信、訪問控制和安全審計等功能，以保護生產車間中的敏感數據和信息，那么其將通過測試并提供安全性的證明。測試結果可以包括數據完整性、機密性和可用性的驗證。

6 結語

文章綜合以上研究成果可得如下結論：SD-WAN結合邊緣智能在瓦楞紙板生產車間網絡環境中具有明顯的優勢；其能夠提高帶寬利用率，保障網絡的連通性和可靠性，提供數據安全保護，并提升管理效率。這些成果為在生產車間網絡中采用SD-WAN結合邊緣智能解決方案提供了科學依據和實踐經驗。

參考文獻

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［3］牛佳，顏永明，林志華.SD-WAN隧道技術與組網模式［J］.電信科學，2021（1）：137-146.

［4］葉朝陽，王欣，張士聰，等.SASE云安全研究與實踐［J］.電信科學，2022（1）：140-149.

［5］孔玲，孫燕杰，范典.移動邊緣計算發展與應用研究［J］.信息通信技術與政策，2020（3）：81-85.

Research and practice of SD-WAN combined with edge intelligence

in paperboard production workshop

Abstract： This paper focuses on the application of Software-Defined Wide Area Networking （SD-WAN） combined with edge intelligence in the corrugated paperboard production workshop. The objective of the study is to enhance the network performance， security， and management efficiency of the production workshop. By leveraging SD-WAN technology， the workshop can achieve network virtualization， intelligent routing， and real-time monitoring， thereby improving the reliability and stability of network communication within the production environment. The integration of SD-WAN and edge intelligence enables efficient utilization of network resources， optimized routing decisions， and proactive network management. This research contributes to the advancement of networking technologies in industrial settings， enabling enhanced productivity， cost-effectiveness， and operational agility in the corrugated paperboard manufacturing industry.

Key words： SD-WAN; edge intelligence; network optimization; data security