工業通信網絡現有架構的梳理總結和未來運營商的發展策略

常潔，王藝，李潔，陳正文

（中國電信股份有限公司上海研究院，上海 200122）

工業通信網絡現有架構的梳理總結和未來運營商的發展策略

常潔，王藝，李潔，陳正文

（中國電信股份有限公司上海研究院，上海 200122）

工業通信網絡向網絡化、數字化、智能化方向發展，已經不能被視為簡單的通信網絡，而是組成自動化控制系統的關鍵子系統。從現有的工業通信網絡系統架構出發，對工業模型進行了系統梳理，將其劃分為企業外部和企業內部，現有的架構主要集中于制造企業內部工廠內，主要參考ISA-95模型，包含現場級、控制機、車間級和工廠級 4層，每層之間的網絡配置和管理策略相互獨立。然后詳細分析了現有的工業網絡技術體系和面向制造業未來發展的網絡升級需求，最后提出通信運營商的發展策略。

工業通信網絡；發展策略；架構梳理

1 引言

全球新一輪的工業革命正在孕育興起，未來制造業將建立在以互聯網和信息技術為基礎的網絡平臺之上，將更多的生產要素進行更為科學的整合，使其變得更加自動化、網絡化、智能化。美國GE公司倡導的工業互聯網指利用“智能設備”采集“智能數據”，利用“智能系統”進行數據挖掘和可視化展現，形成“智能決策”，為生產管理提供實時判斷參考，反過來指導生產，優化制造工藝[1]；德國的工業4.0是制造業互聯網化的一個體現，主要指在“智能工廠”以“智能生產”方式制造“智能產品”，整個過程貫穿以“網絡協同”，從而整合生產資源、提升生產效率、縮短生產周期、降低生產成本[2]；我國政府相繼出臺的《中國制造 2025》[3]和《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》[4]，以推進信息化和工業化深度融合為主線，大力發展智能制造和“互聯網+”協同制造，構建工業互聯網條件下的產業生態體系和新型制造模式。

可以說，工業互聯網、工業4.0、中國制造2025一脈相承，都面向智能制造力圖實現工業制造的縱向集成、橫向集成和端到端集成。在生產制造過程中，縱向集成是指基于智能工廠中的網絡化的制造體系，實現分散式生產，以替代傳統的集中式中央控制的生產流程，主要體現在工廠內的科學管理上，從側重于產品的設計和制造過程，走到了產品全生命周期的集成過程，建立有效的縱向生產體系，實現從企業管理、生產執行、生產監控到現場設備的集成，縱向集成的主要效果是提升效率；橫向集成是指傳統的供應鏈、工廠及銷售網絡的直線型價值組織方式會逐漸聯網，形成網絡制造生態，原來集中的工廠組織模式將發生改變，工廠不僅僅是智能的，其生產單元也將變得更為細小，這樣才便于實現更為個性化的生產，從而給產品生產制造的傳統工藝帶來革命性的影響，其目的是重構價值生態和創新商業模式；端到端集成包含研發、原材料采購、物流、倉儲、生產、銷售、交付和服務的產品全生命周期流程的靈活集成，尤其是在一個單一的產業鏈上完成端到端集成，可以實現產品的更好體驗和利益的最大化，從而提升產業鏈控制力，端到端集成是從工藝流程角度審視智能制造，主要體現在并行制造商，將由單元技術產品通過集成平臺，形成企業的集成平臺系統，并朝著工廠綜合能力平臺發展。

2 現有工業通信網絡系統架構

現有的工業網絡系統架構包含ISA-95提出的參考模型[5]、Cisco（思科）的信息系統整體框架及其 CPwE（converged plantwide ethernet architecture，全廠融合以太網）聯合架構[6]、美國NIST（National Institute of Standards and Technology，國家標準與技術研究院）給出的智能制造生態體系模型[7]、德國電工電子與信息技術標準化委員會的 RAMI 4.0（reference architecture model industry 4.0，工業 4.0參考架構模型）[8]、我國 MIIT（Ministry of Industry and Information Technology，工業和信息化部）和 SAC（Standardization Administration of the People’s Republic of China，國家標準化管理委員會）兩部委聯合發布的《國家智能制造標準體系建設指南（2015年版）》（以下簡稱“建設指南”）智能制造系統架構[9]以及AII（Alliance of Industrial Internet，工業互聯網產業聯盟）給出的工業互連網絡體系架構[10]等。

（1）ISA-95標準參考模型

ISA-95標準參考模型如圖1所示，共分為5層，MES（manufacturing execution system，制造執行系統）仍然在企業業務計劃層與底層控制層之間，處于中間層。其中，第0層表示過程，通常指制造或生產過程；第1層表示用來監控和處理這些過程的人工或傳感器以及相應的執行機構；第2層表示手動或自動的控制動作，使過程保持穩定或處于控制之下；第3層表示生產期望產品的工作流活動，生產過程的協調與優化、生產記錄的維護等，這是制造運作管理的范圍，也就是MES關注的范圍；第4層表示制造組織管理所需的各種業務相關活動，包括建立基礎車間調度、確定庫存水平以及確保物料適時適量適地進行生產。第 3層和第4層之間的接口通常是工廠生產計劃和運行管理及車間協調之間的接口。MES關注的是企業的制造執行，其主要的功能范圍和制造執行層相對應；同時，MES也考慮與業務計劃層及過程控制層所選用系統之間的信息交互。

圖1 ISA-95標準參考模型

（2）思科的CPwE聯合架構

思科的CPwE聯合架構如圖2所示，是一個從廠房設備到MES和業務系統，也包括用戶和合作伙伴的具有可預測性能和系統彈性的端到端的架構，與主流的工業標準（包括ISA-95和ISA-99）兼容。CPwE聯合架構主要包含三大塊：控制區、隔離區和企業區，共 6個層級（0～5級），企業區分為企業網絡（第5級）和業務規劃網絡和物流網絡（第4級），隔離區中未包含任何層級，主要提供緩存區域用于實現應用和數據的共享，控制區分為生產運營和控制（第3級）、區域控制（第2級）、基本控制（第1級）和流程（第0級）。CPwE可在0 ～ 2層級之間實現基于Ethernet/IP（工業協議）的網絡實時控制及流量隔離和管理，在第 3級實現站點操作和控制及多服務網絡的安全管理，在 DMZ（demilitarized zone，隔離區）實現應用和數據共享、訪問控制和威脅防范，并在4～5級實現企業IT集成協作及應用程序優化。隨著無線技術的普及，思科已經將最先進的無線技術添加到 CPwE架構中，借助無線技術，可以采用工業標準Wi-Fi，將它延伸到控制型應用，并在工廠惡劣環境中實現無線操作，也可通過移動平板電腦查看生產設備。這對于提高生產率、加快響應速度非常有利，同時由于無需使用電纜，還可以節省資金。

圖2 思科的CPwE聯合架構

（3）NIST智能制造生態體系模型

NIST的智能制造生態體系模型如圖3所示，標準橫跨產品、生產系統和商業這3項主要制造生命周期維度，展示了整個制造系統的三維空間。NIST參考的是常用的ISA-95參考模型，共分為4層：設備層、SCADA 層、MOM（manufacturing operations management，制造運營管理）層和企業層。其中，設備層包含了常用的現場總線及傳感器和執行器，對應于ISA-95參考模型中的第1層。SCADA層遵循了IEC 61512《批控制》等一系列標準，用于現場設備的控制，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。企業層側重于企業級的制造標準。右側有一些跨層的標準用于定義制造系統的安全（ISA-99）、質量管理過程（ISO 9000）、能源管理（ISO 50001）和環境管理（ISO 14000）。

（4）RAMI 4.0參考架構

RAMI 4.0以一個三維模型展示了工業 4.0涉及的所有關鍵要素，如圖4所示，工業4.0集中于產品開發和生產全過程。RAMI 4.0從3個層面對模型進行闡述，左側垂直軸從IT視角的架構出發，借用了信息和通信技術常用的分層概念，類似于著名的 ISO OSI七層模型，各層實現相對獨立的功能，同時下層為上層提供接口，上層使用下層的服務。RAMI 4.0模型的第二個維度（左側水平軸）描述全生命周期及其相關價值流，這一維度從業務流程視角的架構出發，此處的過程是指生產過程，完整的生命周期從規劃開始，到設計、仿真、制造，直至銷售和服務。RAMI 4.0模型的第三個維度（右側水平軸）從應用視角的架構出發，依據ISA-95和 ISA-88，主要關注的是工業生產環境下產品的制造過程控制和管理功能。更進一步，由于工業 4.0不僅關注生產產品的工廠、車間和機器，還關注產品本身以及工廠外部的跨企業協同關系，因此在底層增加了“產品”層，在工廠頂層增加了“互聯世界”層。

圖3 NIST智能制造生態體系模型

（5）智能制造系統架構

《建設指南》從生命周期、系統層級和智能功能3個維度，如圖5所示，建立了智能制造標準體系模型，并由此提出了智能制造標準體系框架，主要完成智能制造標準體系結構和框架的建模研究工作。生命周期坐標軸是由設計、生產、物流、銷售、服務等一系列相互聯系的價值創造活動組成的鏈式集合。不同行業的生命周期構成不盡相同。在智能制造的大趨勢下，企業從主要提供產品向提供產品和服務轉變，價值鏈得以延伸。系統層級坐標軸自下而上共5層，分別為設備層、控制層、車間層、企業層和協同層，智能制造的系統層級與主流的工業標準（ISA-95）相兼容，體現了裝備的智能化和 IP化以及網絡的扁平化趨勢。智能功能坐標軸自上而下包括資源要素、系統集成、互聯互通、信息融合和新興業態5層。

圖4 RAMI 4.0參考架構

（6）工業互聯網絡體系架構

圖5 智能制造系統架構

工業互聯網絡體系架構包括工廠內部網絡和工廠外部網絡，如圖6所示，工廠內部網絡呈現兩層三級的結構。兩層是指存在工廠IT網絡和工廠OT網絡兩層技術異構的網絡；三級是指根據目前工廠管理層級的劃分，網絡也被分為現場級、車間級、工廠級/企業級3個層次，每層之間的網絡配置和管理策略相互獨立。工廠 OT網絡主要用于連接生產現場的控制器（PLC、DCS、FCS等）、傳感器、伺服器、監控設備等部件。工廠OT網絡的實現技術主要為現場總線和工業以太網等。工廠IT網絡主要由IP網絡構成，并通過網關設備實現與互聯網和工廠 OT網絡的互聯和安全隔離。工廠外部網絡主要強調工業生產信息系統與互聯網正在走向深度協同與融合，包括IT系統與互聯網的融合，即企業將其 IT系統（如ERP、CRM等）托管在互聯網的云服務平臺中，或利用SaaS服務商提供的企業IT軟件服務。

通過現有架構的對比分析和總結，給出了工業網絡的系統架構模型的全視圖，為之后的工業網絡技術體系奠定了基調，如圖7所示。通過現有工業網絡的系統架構分析可以看出，現有的架構主要集中于制造企業內部工廠內，以網絡為依托，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，包含現場級、控制機、車間級和工廠級4層，每層之間的網絡配置和管理策略相互獨立。其中，由于現場作業的特點使得業務處理位置分散、軟硬件條件參差不齊，而且需要維護的設備種類數量繁多，這就要求系統用簡便、高效、智能的技術手段簡化系統的維護工作。同時需要通過標準化選項完成現場信息錄入，在簡化現場操作的同時，消除因為人員差異而對同一作業信息的不同主觀描述。在企業外部，采用互聯網、專線和移動網絡等與合作伙伴、用戶和智能設備互聯。

圖6 工業互聯網絡體系架構

圖7 工業系統模型梳理

由工業系統的模型可以梳理出工業網絡的分層架構，主要分為現場級、控制級、車間級、工廠級和互聯級，其中，互聯級主要處于場外，由互聯網、公共移動網和專線等組成，特點是以運營商公用網絡承載為主，通過調研發現，專線缺乏“隨選”能力，智能設備/產品遠程接入需求不能完全滿足，現有的解決方式是部分企業使用非授權頻段將“連接能力”擴展到公共區域。在廠內IT域（包含車間級和工廠級），由商業以太網、Wi-Fi、非 3GPP LPWA、RFID、藍牙、Zigbee以及3GPP 蜂窩網絡等承載，在工廠園區內不好布線的地方以公用承載的專用網絡為主，在工廠廠區內以有線承載為主，無線應用逐步擴大，通過客戶的調研反饋發現，車間有線網絡質量不高，Wi-Fi網絡可靠性不高，因此工業PON等帶動有線網絡開始升級，少量大型工廠自建專用蜂窩移動網絡。在廠內OT域（包含現場級和控制級），由現場總線、工業以太網、Wi-Fi、非 3GPP LPWA、工業WSN和5G等組成，對于傳輸時延、同步精準度要求較高，本質安全，總線供電，通信環境惡劣，目前呈現以有線為主、無線為輔的特點，面對遠程維護和縱向集成需求，面對現場總線帶寬不足、在短期內標準過多無法形成統一、部署復雜等問題，未來需要實現具有時延敏感性的工業以太網的統一網絡。IT-OT融合體系架構如圖8所示。

圖8 IT-OT 融合體系架構

3 工業網絡技術體系

工業通信網絡技術已逐步應用于工業控制領域，并呈現高速發展趨勢。M2M通信技術服務于生產線的制造協同、智能原材料的識別和定位跟蹤、設備交互之后的在線數據采集和在線服務，常用工業通信技術為有線和無線通信技術。有線通信技術可滿足未來智能設備之間雙向交互、高寬帶、低時延等需求，已廣泛應用，現階段有線通信技術由現場總線、工業以太網、實時以太網、TSN（time-sensitive networking，時間敏感網絡）和工業PON等主流技術組成，基于無線技術的工業通信網絡按照距離和速度可分為以2G/3G/LTE/5G網絡和 LPWA（low power wide area，低功耗廣域）網絡為代表的廣域網、以Wi-Fi專網為代表的無線局域網和 RFID（radio-frequency identification，射頻識別）、基于IEEE 802.15.4標準的無線個域網。

現場總線主要應用在長距離、短時延、信號穩定的工業控制系統里，主要用于分布式控制之間的控制信息傳輸，比如電機、電流、電壓和位置等跟設備狀態和控制相關的信息，加上配置和報警的信息。目前應用較多的有 Profinet、Ethernet/IP、Ethernet PowerLink、EtherCAT、CAN總線（ISO 11898）、LonWorks、HART。CAN總線由德國 BOSCH公司推出，廣泛應用于汽車制造業以及航空工業；LonWorks總線標準由美國Echelon公司推出，被廣泛應用在樓宇自動化、家庭自動化、工業過程控制等行業。其余主要的現場總線標準在IEC 61158中規定，長期以來，關于現場總線的問題爭論不休，互連、互通和互操作問題很難解決，傳統的現場總線最高速率只有12 Mbit/s（如西門子ProfiBus-DP），于是現場總線開始轉向工業以太網。

工業以太網與普通商業以太網兼容，但在產品設計、材質選用、產品強度、適用性和實時性方面能夠滿足工業現場的需要。根據實現方式的不同，可將工業以太網分為3種類型：通用硬件、標準TCP/IP型（以Ethernet/IP、ModBus/TCP 等為代表）；通用硬件、自定義實時數據傳輸協議型（以Ethernet PowerLink、EPA、Profinet RT等為代表）；專用硬件、自定義實時數據傳輸協議型（以EtherCAT、Profinet IRT等為代表）。類型1完全兼容通用以太網，成本低廉，實現方便，但只適用于實時性要求不高的工業過程自動化應用；類型2采用通用以太網控制器，但卻引入了專門的實時數據傳輸協議，使用特定以太網幀進行傳輸，實現較高的實時性，這種結構對以太網的讀取受到實時層的限制；類型3在類型2的基礎上底層使用專有以太網控制器（至少在從站側），在實時通道內由實時MAC接管通信控制，徹底避免報文沖突，簡化通信數據處理，其缺點是成本較高，需使用專有協議芯片、交換機等，但優點是實時性強。IEC 61158 協議新舊版本對比如圖9所示。

圖9 IEC 61158 協議新舊版本對比

在一些條件苛刻、無法布線的現場區域，工業無線技術已成為工業以太網強有力的延伸手段，主要包括基于IEEE 802.15.4標準的用于工業過程測量、監視與控制的 WirelessHART（IEC 62591:2016）、ISA100.11a（IEC 62734:2014）、WIA-PA（wireless networks for industrial automation-process automation，用于工業過程自動化的無線網絡）（IEC 62601:2015）等工業級無線傳感器網絡標準。

在工業網絡中，RFID技術是利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現非接觸式的無線射頻自動識別技術。與條形碼相比，RFID標簽在智能制造環境下有著不可比擬的優勢，如防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數據可以加密、存儲數據容量更大、存儲信息可在信號激活后進行更改、可以透過外部材料讀取數據、能夠同時處理多個標簽、可以對所附著的物體進行追蹤定位等。以世界著名的米其林輪胎為例，北美公司推出的帶有 RFID標簽的輪胎被寫入輪胎的序列號、生產日期、生產廠商代號等信息，一旦輪胎出現質量問題，可以縮小召回的范圍。除此之外，RFID技術還可以貫穿服務使用的過程，2016年8月阿里巴巴YunOS在ITU-T SG20物聯網研究組新立項的 Open IoT Identity correlation service（開放 IoT 身份標識協作服務），旨在打通設備、數據與人之間的協作關聯，目標是可以滿足 IoT應用領域對設備的唯一安全身份標識，相應地，其連接的業務平臺可以提供給信任設備相應的服務。最后，RFID技術可以提供生產制造控制系統、生產制造執行系統和管理信息系統的服務信息，以汽車生產過程管理應用為例，戴姆勒—克萊斯勒將 RFID標簽附在汽車的底盤上，能夠自動傳輸數據，比如要噴涂的顏色。

為滿足工業應用需求并順應技術發展，工業通信網絡歷經現場總線、工業以太網和工業無線網絡3個發展階段，實現控制級/現場級專用網絡和管理級通用網絡的融合以及有線到無線的補充。并且，由于數字化通信的特點，工業通信網絡除基本數據傳輸功能外，還提供信息獲?。ò恢茫?、標識和維護、報警診斷等智能化功能。然而，由于傳輸介質不同，或者不同族的現場總線/工業以太網技術，工業通信網絡具有幾個共性特征：通信協議的定義都是基于ISO/OSI模型的7層通信協議；將網絡技術實際應用于工業過程控制中，從通信角度來說，必須考慮數據傳輸的實時性、確定性、可靠性等要求；從功能完備性角度來說，在滿足基本功能基礎上還需考慮互操作性、本質安全性、功能安全性、通信安全性、高可用性、集成性等要求。

4 面向制造業未來發展的網絡升級需求

工業通信網絡需要一張無所不在的寬帶網絡，能把人、物、數據、流程全部連接起來，應用場景主要包含3類：廣域應用場景、工廠級應用場景和現場級應用場景。廣域應用場景主要指跨域的多工廠之間的網絡通信和應用，包括多廠之間的廣域網絡訪問和通信、協同設計、供應鏈協作、多廠間物流等?，F有多工廠之間的廣域網絡通信一般采用互聯網、專線網絡或VPN虛擬專網方式，通過整機廠和周邊零配件分廠之間的供應鏈協作系統，整機廠供應鏈管理人員可以通過電腦或手機遠程訪問周邊零配件分廠的供應計劃，周邊零配件廠供應鏈管理人員也可以通過電腦或手機遠程訪問整機廠的需求計劃。通過廣域通信將生產線和輔助配套設備與供應商互聯起來，各方能洞察相互之間的依賴關系、物料流動和制造周期。支持位置跟蹤、遠程監控資產運行狀況、報告流經供應鏈的零件和產品的情況等諸多功能。工廠級應用場景主要包含移動辦公應用、移動MES應用、安全管理（無線視頻監控和無線巡檢）、節能管理、集群通話和廠區內智能物料運輸和配送等。傳統的工廠級通信網絡一般采用以太網+Wi-Fi的覆蓋方式，在工廠內存在大量線纜，部署復雜、施工周期長、維護成本高、能耗和空間占用大，且廠區 Wi-Fi存在網絡覆蓋不全面、多 Wi-Fi部署、網絡信號不穩定和安全性不能得到保障等問題。智能工廠現場級應用場景的生產過程包括數據采集及分析，可以實現生產過程、設備、資源監控的可操作和可視化，要能支持采集不同現場設備數據的要求，支持將生產數據及設備故障信息顯示在監控站的屏幕上，實現生產過程的動態監控與管理。現有現場級通信網絡一般采用工業控制總線，與廠區以太網安全隔離，具有可靠性高、安全性好和實時性好等特點。但是存在如下局限性：布線成本比較高，有些地方不好布線，工業控制總線數據采集不夠全面，組網方式比較簡單，新的應用場景需要更多樣的拓撲結構。

以LTE網絡為代表的高速連接網絡可基本解決工廠級應用場景下廣域網和廠域網的需求?，F階段部分工業企業開始嘗試在廠區內部自行搭建一張LTE 專用網絡來滿足工業制造的需求，通過新建一張LTE EPC 核心網，分別與企業內部各類應用系統進行互通，或者新建一張LTE無線接入網，采用特殊申請無線LTE頻段覆蓋整個工業廠區。但是這些方式都存在一些局限，如建設成本大、后期維護成本持續投入、LTE無線頻段資源難以獲取、特殊無線頻段的定制化終端成本較高等問題，難以在工業領域廣泛推廣，需要采用已規模部署的公眾LTE網絡，利用現有網絡架構與工廠園區的基站將數據流量接入工廠網絡，用戶面的業務數據不經過網絡側（如核心網）而直接在本地傳輸。

LPWA技術主要適用于M2M小流量數據傳輸需求，3GPP已成立專門項目組開展了LPWA技術研究，同時，一些在非授權頻段上定義的接入技術已經在歐洲投入商業運營，用戶數正在逐步擴大。目前可以納入LPWA范疇的無線接入技術主要分成幾塊：一是3GPP RAN中基于 LTE/EPC網絡優化的 eMTC；二是 3GPP GERAN提出的基于 GSM演進的 EC-GSM（extended coverage-GSM，擴展覆蓋GSM）技術；三是3GPP RAN融合由華為、高通、Neul聯合提出 NB-CIoT及由愛立信、諾基亞等提出的NB-LTE的NB-IoT技術；四是在非授權頻段上定義 Sigfox、LoRa等接入技術。LTE-M（LTE-machine-to-machine）是基于LTE演進的物聯網技術，在R12中被稱為Low-Cost MTC，在R13中被稱為LTE enhanced MTC（eMTC），旨在基于現有的LTE載波滿足物聯網設備需求。在工業應用中，低功耗的LPWA網絡可以快速建立工廠運行設備的參數采集系統，無需用戶進行大規模的信息化改造就可以實現設備實時報警、狀態分析、故障診斷等多類功能。

在工業領域中，5G可以提供高效率、高質量、低成本的網絡連接。IHS 2017年的5G經濟報告顯示，2035年，5G使能的工業制造空間高達3.4萬億美元。在智能工廠里，5G網絡能夠靈活地支撐智能制造的多業務場景，包括機械臂協同控制所需毫秒級的極低時延（uRLLC）、先進的生產輔助系統應用增強現實所需的高帶寬與毫秒級的低時延（MBB+uRLLC）。在2017年3月巴塞羅那世界移動大會上，德國電信與華為聯合開發的機械臂接球用于展示超低時延切片在工業制造中的應用，該切片基于對接入、傳輸及核心網的域內及域間編排控制技術以及邊緣計算部署來達到ms級的時延保障，最高可達1 ms?？傊ㄐ胚\營商已經逐步開展 5G在工業領域的網絡應用場景及相關技術研究。

針對不同應用場景，對網絡的QoS、可靠性、安全性要求不同。對于廣域網絡，通信實時性要求相對低、數據交互一般、帶寬要求一般、可靠性要求一般、安全性要求高；工廠級通信實時性要求相對低、數據交互頻繁、帶寬要求高、可靠性要求高、安全性要求高；現場級通信對于實時性要求相對高（毫秒級的時延）、可靠性要求高、抗干擾性要求好、安全性要求高。

5 通信運營商的工業網絡發展方向

工業通信網絡的目標總體架構主要呈現4個關鍵特征：一是在體系架構方面，實現層級打通、內外融合，傳統工業系統多層結構逐漸演變為應用層、平臺層和邊緣層3層，整體架構呈現扁平化發展趨勢；二是在網絡互聯方面，各種智能裝備充分實現網絡化，無線成為有線的重要補充，新型網關推動異構互聯和協議轉換，工廠與產品、外部信息系統和用戶充分互聯；三是在數據智能方面，工業云平臺成為關鍵核心，實現工廠內外部數據的充分匯聚，支撐數據的存儲、挖掘和分析，有效支撐工業信息控制系統和各種創新應用；四是在安全保障方面，各種安全機制與工業互聯網深度融合，實現縱深防御、立體防護，通過多種安全措施保障網絡互聯和數據集成安全。工業互聯網目標架構的實現將是一個長期過程，需要架構、網絡、數據、安全等方面逐步協同推進。

· 從提出的IT和OT融合架構出發，由于IT和OT部分功能融合，OT部分建議運營商逐步切入，并考慮在發展過程中與現有現場總線和工業以太網共存發展，同時加強工廠外部的廣域互連能力。

· 大網延伸，雖然具備一網到底能力，構建

虛擬工廠專網等。

· 通信運營商除了服務智能產品的移動 M2M可管理通道、互聯企業信息系統的廣域有線通道、4G/5G網絡服務下沉到生產現場之外，也可以考慮管道深度嵌入工業應用。

· 網絡使用體現“專網”效果，確保網絡質量，并不斷滿足客戶日益增長的需求，做到彈性網絡、實時配置等。

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

總體發展策略應以完善廣域互聯能力為主，服務于橫向集成，同時切入工廠廠域網絡，服務于縱向集成。對于網絡發展建議面向不同接入需求，同時管道深度嵌入工業應用，聯網到底。技術研發則以LPWA + 5G、基于公網的工廠虛擬專網技術和隨選網絡為主要發展方向。

6 結束語

總之，工業通信網絡是對于可靠性和時延要求很高的網絡，隨著5G網絡的不斷發展，通信運營商的身份和信息化的專業經驗決定了其現在及未來會積極主動地參與到工業網絡中。

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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，現就職于中國電信股份有限公司上海研究院，主要研究方向為工業網絡、5G等。

王藝（1973?），男，中國電信股份有限公司上海研究院首席物聯網專家，主要研究方向為物聯網。

李潔（1980?），男，中國電信股份有限公司上海研究院工程師，主要負責車聯網及工業互聯網領域的產品開發、技術研究工作。

陳正文（1973?），女，中國電信股份有限公司上海研究院高級工程師，主要研究方向為物聯網蜂窩通信技術。