“双千兆”网络在智能制造中的实践和思考.pdf
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1、2023 年 8 月野双千兆冶网络在智能制造中的实践和思考贾北洋(中国电信股份有限公司北京分公司,北京 100000)【摘要】随着工业 4.0 不断深入袁智能制造网络不断发展演进袁工业生产已经向提升柔性尧灵活性尧资源效率尧产品质量袁降低成本等方向发展袁工业无源光网络渊passive optical network,PON冤与 5G 定制网的融合应用促进了工厂的网络升级遥 介绍了制造工厂的现状及需求袁结合应用实践袁探讨智慧工厂工业 PON 及 5G 定制网的方案设计尧应用场景袁并结合相应方案提出未来展望袁以期为相关人员提供参考遥【关键词】工业 PON曰5G 定制网曰智能制造【中图分类号】TN92
2、9.5【文献标识码】A【文章编号】1006-4222(2023)08-0058-030 引言2021 年 3 月,工业和信息化部印发 “双千兆”网络协同发展行动计划(20212023 年),提出推进“双千兆”网络建设互促,推动千兆虚拟专网在工业制造领域试点部署。鼓励基础电信企业采用 5G、工业无源光网络(passive optical network,PON)、工业光传送网络(optical transport network,OTN)等协同部署,与移动边缘计算(mobile edge computing,MEC)、网络切片、人工智能(artificial intelligence,AI)等新
3、技术结合,形成对工业生产、办公、安防等子网的统一高效承载能力,满足工业企业对接入终端设备的安全认证和管控能力要求,并支持工业企业高品质快速上云需求1。近年来,“双千兆”光网、物联网、云计算、大数据和 AI 等信息技术快速发展,并与先进制造业不断深化融合。围绕 中国制造 2025 战略,我国相继制定了一系列配套引导政策,如 关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见 智能制造发展规划(20162020 年)等,形成全方位政策合力,着力突破制造业发展瓶颈,引导我国智能制造业的快速发展。2022 年8 月,工业和信息化部印发的 5G 全连接工厂建设指南 指出,要打造新型工业互联网基础设施,新建或改造产
4、线级、车间级、工厂级等生产现场,形成生产单元广泛连接、信息运营深度融合、数据要素充分利用、创新应用高效赋能的先进工厂。1 制造工厂的现状及需求目前,传统的工业网络存在很多问题,例如,传统的工业交换机网络复杂,维护升级存在困难,工厂网络运营成本较高,工厂内部存在信息孤岛。随着制造业规模的不断扩大,产线移动设备部署不灵活,可靠性、稳定性不足等问题日益严重。在工业制造领域,企业的数字化转型对网络质量的要求较高。目前,工业企业为了提高产能,降低产品的不良率,在生产过程中会涉及工业数据采集、生产智能排程、设备远程控制、AI 质检、智能安防等应用场景,这对网络的带宽、时延、稳定性提出了新的要求。工业 PO
5、N 具备的超大上下行带宽、超低时延、超高稳定性等特性,能够满足目前智能制造企业数字化转型需求。工业 PON 架构扁平,组网简单,可实现工厂内部生产、办公、安防 3 种组网场景的海量数据汇聚。5G 定制网可以根据企业的场景需求实现定制化配置,通过 5G 核心网元用户平面功能(userplane function,UPF)的下沉部署,满足企业数据传输低时延、安全保密的要求。在工厂网络建设中,通过工业 PON 与 5G 定制网的融合,结合 MEC、云边协同等技术,能有效满足智慧工厂中大带宽、低时延、高可靠性的网络要求。2 野双千兆冶智慧工厂网络建设总体策略在工厂网络建设中,依托工业 PON 与 5G
6、 定制网构建“双千兆”新型光网基座,融合下沉到工厂的MEC 平台,满足工厂数据传输需求,实现“融合一张网,安全一朵云,智慧一统管”。在智慧工厂中,工业 PON 主要连接固定设备,包括工厂生产网、办公网、安防网在内的生产设备、数据采集设备、办公电脑、摄像头等,5G 定制网中主要连接移动型设备,包括工厂自动导向车(automatedguided vehicle,AGV)、叉车、手机等设备,两者相互结合,可满足智能制造整体网络需求。“双千兆”智慧工厂整体网络架构如图 1 所示。3 工业 PON 的设计与应用工业 PON 是一种成熟的光网络技术,其设计和建设需要遵循不同网络承载不同业务的原则,不同数据
7、流在物理隔离的网络中进行处理,按需规划,可满足工厂生产网、办公网、安防网的数据访问、交互等需求,实现工业设备运行、工厂生产等数据的收集、上报。通信设计与应用582023 年 8 月PON 由光线路终端(optical line terminal,OLT)、光分配网络(optical distribution network,ODN)、光网络单元(optical network unit,ONU)、核心交换设备、输出设备和网络管理单元等组成。ONU 可实现全光网络与工厂内各种设备的连接,ODN 可实现工业设备、生产及监控等数据到 OLT 的集中,最终通过 OLT与企业信息网络互联,实现企业信息网
8、络与运营网络的融合组网2-3。工业 PON 可以承载生产网、办公网和安防网3 个网络,在整体的网络方案设计中,将 OLT 设备部署于中心机房,通过万兆光模块与网络中心机房核心交换机相连接,通过 ODN 连接工厂内部的各个ONU 设备。为保证安全性,各网络单独建设专用OLT,实现物理隔离,OLT 关键设备应冗余备份,包括双电源、双主控、双上联、双风扇等。传输链路也应冗余备份,包括 TypeB 全链路保护、双上联等,整体网络可靠性达到 99.99%。在智慧工厂网络中,生产网是最重要的子网络,其承担工厂内部生产自动化、制造业务信息化等系统的网络通信任务,对网络的要求最高,需采用高可靠性、高速率的全光
9、网。具体设计中,在机房局端部署 2 台 OLT 设备进行热备保护,全光网链路采用TypeB 双归属保护,当链路中的光纤或部件发生故障时,可以实现自动保护倒换,倒换时间低于 50 ms,从而保障关键业务能够可靠运行。在产线端生产操作区域部署两口面板式 ONU,安装在 86 型电工盒中,使用两个千兆以太口连接产线工控机等生产设备。安防网主要承担视频安防监控任务。安防网设计方案中,在机房局端部署 2 台 OLT 设备进行热备保护,实现专网物理隔离。选用盒式 ONU 设备集中部署于每个楼层弱电间内,通过网线直接连接到摄像头等视频监控设备。办公网主要为办公室、会议室及公共区域提供资料查询、内部沟通等网络
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