《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡互聯(lián)技術(shù)》 課件 項目1 認識工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡架構(gòu)

Project1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡架構(gòu)IndustrialInternetNetworkArchitecture【項目情境】在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系中，通過建設低時延、高可靠、廣覆蓋的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡互聯(lián)基礎設施，可打通生產(chǎn)要素之間的數(shù)據(jù)“孤島”，將數(shù)據(jù)在工業(yè)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)全面互聯(lián)拓展，實現(xiàn)企業(yè)外網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)網(wǎng)間的互聯(lián)互通，形成工業(yè)智能化“血液循環(huán)系統(tǒng)”。任務1

區(qū)分工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡場景任務描述：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡場景相對復雜，可依據(jù)網(wǎng)絡應用部署場景的差異，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡按照工廠內(nèi)網(wǎng)、工廠外網(wǎng)等維度進行劃分，以此來滿足不同層級的應用場景的數(shù)據(jù)互通。本任務主要圍繞工業(yè)企業(yè)工廠內(nèi)網(wǎng)和工廠外網(wǎng)的網(wǎng)絡應用場景進行介紹，以便讀者區(qū)分工廠內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)不同層級的網(wǎng)絡應用場景。任務1區(qū)分工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡場景工廠內(nèi)網(wǎng)應用部署場景一般包括生產(chǎn)網(wǎng)絡、辦公網(wǎng)、安防網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心等。生產(chǎn)網(wǎng)絡，是指可支持控制類業(yè)務、采集類業(yè)務、連接類業(yè)務等多種應用的場景。任務1區(qū)分工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡場景辦公網(wǎng)絡，是指企業(yè)工廠內(nèi)網(wǎng)中面向人與人、人與機器間的網(wǎng)絡，主要涵蓋企業(yè)員工上網(wǎng)辦公、遠程視頻、語音會議以及與工廠內(nèi)網(wǎng)中其他管理和信息系統(tǒng)互聯(lián)互通等應用的場景。任務1區(qū)分工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡場景安防網(wǎng)絡，主要包括企業(yè)范圍內(nèi)的視頻監(jiān)控、道閘門禁和其他基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等應用的場景。數(shù)據(jù)中心，主要承載企業(yè)生產(chǎn)和日常辦公所產(chǎn)生的各類生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)，以及企業(yè)正常運行所必須的各類管理和信息系統(tǒng)。任務1區(qū)分工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡場景企業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)中心作為工廠內(nèi)網(wǎng)各類數(shù)據(jù)和服務的承載中心，承擔企業(yè)內(nèi)部邊緣數(shù)據(jù)匯聚、存儲、處理的主要工作，是工廠內(nèi)網(wǎng)信息化、智能化的核心節(jié)點，也是互聯(lián)工廠外網(wǎng)，實現(xiàn)跨域數(shù)據(jù)互通的關(guān)鍵節(jié)點。任務1區(qū)分工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡場景工廠外網(wǎng)應用部署場景一般包括互聯(lián)網(wǎng)連接業(yè)務、企業(yè)網(wǎng)專線業(yè)務、企業(yè)云網(wǎng)融合業(yè)務、企業(yè)無線外網(wǎng)業(yè)務等應用場景?；ヂ?lián)網(wǎng)連接業(yè)務，主要包括普通互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務和企業(yè)上網(wǎng)專線業(yè)務場景。任務1區(qū)分工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡場景企業(yè)網(wǎng)專線業(yè)務，提供基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬專線、物理隔離專線、網(wǎng)絡切片等定制化專屬資源，具有上網(wǎng)速度快、質(zhì)量穩(wěn)定、丟包率低、安全可靠等特性，為大中型企業(yè)不同分支機構(gòu)/上下游企業(yè)之間提供端到端業(yè)務互聯(lián)和部署服務。任務1區(qū)分工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡場景企業(yè)云網(wǎng)融合業(yè)務，根據(jù)“多系統(tǒng)、多場景、多業(yè)務”企業(yè)上云要求，云和網(wǎng)深度協(xié)同，提供上云專線為工業(yè)企業(yè)本地數(shù)據(jù)中心、辦公網(wǎng)絡、不同機構(gòu)和云數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)互通。任務1區(qū)分工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡場景企業(yè)無線外網(wǎng)業(yè)務，通過5G、NB-IoT等無線通信技術(shù)，提供高可靠的無線網(wǎng)絡連接，解決工業(yè)場景下布網(wǎng)困難、工廠內(nèi)網(wǎng)無法全覆蓋，以及在具有電磁干擾、輻射、化學腐蝕等復雜生產(chǎn)環(huán)境下數(shù)據(jù)采集等問題。課程結(jié)束Endofcourse工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)教學資源庫IndustrialInternetTechnologySpecialtyTeachingResourceLibrary任務2

了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能架構(gòu)主要由網(wǎng)絡互聯(lián)、數(shù)據(jù)互通、標識解析三大模塊組成。任務2

了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能任務描述：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡是構(gòu)建工業(yè)環(huán)境下人、機、物全面互聯(lián)的關(guān)鍵基礎設施，能夠?qū)崿F(xiàn)制造業(yè)全要素、全周期、全鏈條的互聯(lián)互通，促進各類工業(yè)數(shù)據(jù)的開放流動和深度融合，加速制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展。本任務主要圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能架構(gòu)中網(wǎng)絡互聯(lián)、數(shù)據(jù)互通和標識解析三大模塊進行介紹，以便讀者了解工業(yè)生產(chǎn)要素之間數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)“理解”和標記管理等功能。任務2了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能1.網(wǎng)絡互聯(lián)通過有線、無線方式，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系相關(guān)的人、機、物、料、法、環(huán)，以及企業(yè)上下游、智能產(chǎn)品、用戶等全要素進行連接，支撐業(yè)務發(fā)展的多要求數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)端到端數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)協(xié)議層次由底向上，可以分為設備接入層、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層和數(shù)據(jù)傳輸層。任務2了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能①設備接入層采用不同物理介質(zhì)的工業(yè)設備提供多方式接入服務。其中有線方式包括：現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)PON、TSN等接入技術(shù)；無線方式包括：5G/4G、Wi-Fi/Wi-Fi6、WIA、WirelessHART、ISA100.11a等接入技術(shù)，實現(xiàn)將生產(chǎn)要素多方式接入工廠內(nèi)網(wǎng)。任務2了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能②數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層實現(xiàn)工業(yè)非實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、工業(yè)實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡控制、網(wǎng)絡管理等功能。其中工業(yè)非實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)主要完成無時延同步要求的數(shù)據(jù)傳輸；工業(yè)實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)主要完成傳輸生產(chǎn)控制過程中有實時性要求的控制信息和需實時處理數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡控制主要完成路由表/流表生成、路徑選擇等功能；網(wǎng)絡管理包括QoS、拓撲管理、接入管理、資源管理等功能。任務2了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能③數(shù)據(jù)傳輸層主要包括基于TCP、UDP等協(xié)議，實現(xiàn)端到端數(shù)據(jù)傳輸模塊、端口管理、端到端接口管理、安全管理等功能。任務2了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能2.數(shù)據(jù)互通實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息在各要素間、各系統(tǒng)間無縫傳遞，使得異構(gòu)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)層面能相互“理解”，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)互操作與信息集成。數(shù)據(jù)互通包括應用層通信、信息模型和語義互操作等功能。任務2了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能①應用層通信通過OPCUA、MQTT和HTTP等協(xié)議，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸通道的建立、維持和關(guān)閉，以及對支持工業(yè)數(shù)據(jù)資源模型的裝備、傳感器、遠程終端單元、服務器等設備節(jié)點進行管理。任務2了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能②信息模型通過OPCUA、MTConnect和YANG等協(xié)議，提供完備、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)對象表達、描述和操作模型。任務2了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能③語義互操作通過OPCUA、PLCopen和AutoML等協(xié)議，實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)信息的發(fā)現(xiàn)、采集、查詢、存儲和交互等功能，以及對工業(yè)數(shù)據(jù)信息的請求、相應、發(fā)布和訂閱等功能。任務2了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能3.標識解析提供標識數(shù)據(jù)采集、標簽管理、標識注冊、標識解析、數(shù)據(jù)處理和標識數(shù)據(jù)建模功能。①標識數(shù)據(jù)采集主要定義了標識數(shù)據(jù)的采集和處理手段，包含標識讀寫和數(shù)據(jù)傳輸兩個功能，負責標識的識讀和數(shù)據(jù)預處理。任務2了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能②標簽管理主要定義了標識的載體形式和標識編碼的存儲形式，負責完成載體數(shù)據(jù)信息的存儲、管理和控制，針對不同行業(yè)、企業(yè)需要，提供符合要求的標識編碼形式。任務2了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能③標識注冊在信息系統(tǒng)中創(chuàng)建對象的標識注冊數(shù)據(jù)，包括標識責任主體信息、解析服務尋址信息、對象應用數(shù)據(jù)信息等，并存儲、管理、維護該注冊數(shù)據(jù)。任務2了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能④標識解析根據(jù)標識編碼查詢目標對象網(wǎng)絡位置或者相關(guān)信息的系統(tǒng)裝置，對機器和物品進行唯一性的定位和信息查詢，是實現(xiàn)全球供應鏈系統(tǒng)和企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的精準對接、產(chǎn)品全生命周期管理和智能化服務的前提和基礎。任務2了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡功能⑤標識數(shù)據(jù)處理對采集后的數(shù)據(jù)進行清洗、存儲、檢索、加工、變換和傳輸?shù)倪^程，根據(jù)不同業(yè)務場景，依托數(shù)據(jù)模型來實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)處理過程。課程結(jié)束Endofcourse工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)教學資源庫IndustrialInternetTechnologySpecialtyTeachingResourceLibrary任務3理解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡建設要求任務描述：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡建設目標是構(gòu)建全要素、全系統(tǒng)、全產(chǎn)業(yè)鏈互聯(lián)互通的新型基礎設施。本任務主要圍繞生產(chǎn)控制網(wǎng)絡建設、企業(yè)與園區(qū)網(wǎng)絡建設、國家骨干網(wǎng)絡建設和信息互通互操作體系部署進行介紹，以便讀者逐層理解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡建設要求。任務3理解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡建設要求1.生產(chǎn)控制網(wǎng)絡建設核心目標為在設備層和邊緣層建設高可靠、高安全、高融合的網(wǎng)絡，支撐生產(chǎn)域的人機料法環(huán)全面的數(shù)據(jù)采集、控制、監(jiān)測、管理、分析等。任務3理解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡建設要求主要部署設備包括：用于智能機器、儀器儀表、專用設備等邊緣設備接入的工業(yè)總線模塊、工業(yè)以太網(wǎng)模塊、TSN模塊、無線網(wǎng)絡模塊；用于邊緣網(wǎng)絡多協(xié)議轉(zhuǎn)換的邊緣網(wǎng)關(guān)；用于生產(chǎn)控制網(wǎng)絡匯聚的工業(yè)以太網(wǎng)交換機、TSN交換機；用于生產(chǎn)控制網(wǎng)絡數(shù)據(jù)匯聚的RTU設備；用于生產(chǎn)控制網(wǎng)絡靈活管理配置的網(wǎng)絡控制器。任務3理解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡建設要求2.企業(yè)與園區(qū)網(wǎng)絡建設核心目標為在企業(yè)層建設高可靠、全覆蓋、大帶寬的企業(yè)與園區(qū)網(wǎng)絡。任務3理解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡建設要求主要部署設備包括：用于連接多個生產(chǎn)控制網(wǎng)絡的確定性網(wǎng)絡設備、用于辦公系統(tǒng)、業(yè)務系統(tǒng)互聯(lián)互通的通用數(shù)據(jù)通信設備、用于實現(xiàn)企業(yè)與園區(qū)全面覆蓋的無線網(wǎng)絡、用于企業(yè)與園區(qū)網(wǎng)絡敏捷管理維護的SDN網(wǎng)絡設備、用于企業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)匯聚分析的數(shù)據(jù)服務器/云數(shù)據(jù)中心、以及用于接入工廠外網(wǎng)絡的出口路由器。任務3理解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡建設要求3.國家骨干網(wǎng)絡建設核心目標為在產(chǎn)業(yè)層建設低時延、高可靠、大帶寬的全國性骨干網(wǎng)絡。任務3理解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡建設要求工業(yè)企業(yè)使用國家骨干網(wǎng)絡主要是普通互聯(lián)網(wǎng)連接和高質(zhì)量專線連接兩類。普通互聯(lián)網(wǎng)連接是企業(yè)通過“盡力而為”的互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)最基本的商務、客戶、用戶和產(chǎn)品聯(lián)系；高質(zhì)量專線連接是企業(yè)通過基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬專線、物理隔離的專線、5G切片網(wǎng)絡等，實現(xiàn)高可靠、高安全、高質(zhì)量的業(yè)務部署。任務3理解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡建設要求4.信息互通互操作體系部署核心目標為構(gòu)建從底到上全流程、全業(yè)務的數(shù)據(jù)互通系統(tǒng)。任務3理解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡建設要求主要部署包括：在工廠內(nèi)網(wǎng)，工業(yè)企業(yè)部署支持OPCUA、MTConnect、MQTT等國際國內(nèi)標準化數(shù)據(jù)協(xié)議的生產(chǎn)裝備、監(jiān)控采集設備、專用遠程終端單元、數(shù)據(jù)服務器等，部署支持行業(yè)專有信息模型的數(shù)據(jù)中間件、應用系統(tǒng)等，實現(xiàn)跨廠家、跨系統(tǒng)的信息互通互操作；在工廠外網(wǎng)，企業(yè)部署的各類云平臺系統(tǒng)、監(jiān)控設備、智能產(chǎn)品等應支持MQTT、XMPP等通信協(xié)議，實現(xiàn)平臺系統(tǒng)對數(shù)據(jù)快速高效的采集、匯聚?！就卣归喿x】2020年3月4日，中共中央政治局常務委員會召開會議，要求加快推進國家規(guī)劃已明確的重大工程和基礎設施建設，加快5G網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心等新型基礎設施建設進度。新型基礎設施建設，主要包括5G基站建設、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)七大領(lǐng)域。【拓展閱讀】當下，我國經(jīng)濟正由高速發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵時期，“新基建”是面向高質(zhì)量發(fā)展需求，提供數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級、融合創(chuàng)新等服務的基礎設施體系?！靶禄ā奔词欠€(wěn)投資、擴內(nèi)需、拉動經(jīng)濟增長的重要途徑，“新基建”也是促升級、優(yōu)結(jié)構(gòu)、提升經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)?！就卣归喿x】伴隨“新基建”加速建設，新型技術(shù)