智慧工廠F5G全光網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)白皮書_第1頁
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文檔簡介

PREFACE

前言

習(xí)近平總書記在黨的二十大報(bào)告中指出:“建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系。堅(jiān)持把發(fā)

展經(jīng)濟(jì)的著力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)上,推進(jìn)新型工業(yè)化,加快建設(shè)制造強(qiáng)國、質(zhì)量

強(qiáng)國、航天強(qiáng)國、交通強(qiáng)國、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、數(shù)字中國。”

2021年12月28日,中國工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會(huì)、教育

部、科技部、財(cái)政部、人力資源和社會(huì)保障部、國家市場監(jiān)督管理總局、國務(wù)

院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)等八個(gè)部委,聯(lián)合印發(fā)《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)

劃》,明確提出了我國智能制造“兩步走”戰(zhàn)略:到2025年,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級成

效顯著,70%的規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化,建成500個(gè)以上引

領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的智能制造示范工廠;到2035年,規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)全面普及數(shù)

字化網(wǎng)絡(luò)化,重點(diǎn)行業(yè)、骨干企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)智能化。隨后,各個(gè)省份也陸續(xù)發(fā)

布了相應(yīng)細(xì)則支撐,智能制造示范工廠已經(jīng)在全國各地如火如荼地開展建設(shè)。

工業(yè)4.0是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命,旨在通過信息通信技術(shù)

和信息物理系統(tǒng)相結(jié)合的手段,推動(dòng)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。智能制造在制造過

程中利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí),不僅要采用新型制造技術(shù)

和裝備,還要將快速發(fā)展的信息通信技術(shù)滲透到工廠,在制造領(lǐng)域構(gòu)建信息物

理系統(tǒng),改變制造業(yè)的生產(chǎn)組織方式和人際關(guān)系,帶來研發(fā)制造方式和商業(yè)模

式的創(chuàng)新轉(zhuǎn)變。

此白皮書基于當(dāng)前F5G技術(shù)在制造行業(yè)的應(yīng)用和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),闡述了智能制

造F5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、應(yīng)用場景、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、優(yōu)勢、生態(tài)等,目的

為進(jìn)一步加快F5G技術(shù)在智能制造領(lǐng)域的認(rèn)知和應(yīng)用普及,促進(jìn)我國智能制造

的快速發(fā)展。

第一章

智能制造的發(fā)展趨勢

1智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書1

1.1.術(shù)語和縮略語

AAA:Authentication,AuthorizationandAccounting認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)

AC:AccessControl訪問控制

AGV:AutomatedGuidedVehicle自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車

AP:AccessPoint訪問接入點(diǎn)

APS:AdvancedPlanningandScheduling先進(jìn)規(guī)劃排程系統(tǒng)

CRM:CustomerRelationshipManagement客戶關(guān)系管理

DMS:DesktopCloudManagementSystem桌面云管理系統(tǒng)

DMZ:DemilitarizedZone隔離區(qū)

ERP:EnterpriseResourcePlanning企業(yè)資源計(jì)劃

IoT:InternetofThings物聯(lián)網(wǎng)

MES:ManufacturingExecutionSystem制造執(zhí)行系統(tǒng)

MSTP:Multi-serviceTransportPlatform多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)

OLT:OpticalLineTerminal光線路終端

ODN:OpticalDistributionNetwork光分配網(wǎng)絡(luò)

ODF:OpticalDistributionFrame光分配架

ONA:OpticalNetworkAnywhere綠色全光網(wǎng)絡(luò)專業(yè)委員會(huì)

ONT:OpticalNetworkTerminal光網(wǎng)絡(luò)終端

OMCI:ONUManagementandControlInterfaceONU管理和控制接口

ONU:OpticalNetworkUnit光網(wǎng)絡(luò)單元

OSU:OpticalServiceUnit光服務(wù)單元

OTN:OpticalTransmissionNetwork光傳輸網(wǎng)

PDA:PersonalDigitalAssistant個(gè)人數(shù)字助理

2智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書2

PDH:PlesiochronousDigitalHierarchy準(zhǔn)同步數(shù)字體系

PoE:PoweroverEthernet以太網(wǎng)供電

POL:PassiveOpticalLAN無源光局域網(wǎng)

PLM:ProcessLifetimeManagement進(jìn)程周期管理

P2MP:Point-to-Multipoint點(diǎn)到多點(diǎn)

PON:PassiveOpticalNetwork無源光網(wǎng)絡(luò)

POTS:PlainOldTelephoneService傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)

QMS:QualityManagementSystem質(zhì)量管理體系

RFID:RadioFrequencyIdentification射頻識別

SDH:SynchronousDigitalHierarchy同步數(shù)字體系

SFP:SmallForm-factorPluggable小型可插拔

SRM:SupplierRelationshipManagement供應(yīng)商管理

UPS:UninterruptiblePowerSupply不間斷電源

WAC:WirelessAccessController無線接入控制器

WLAN:WirelessLocalAreaNetwork無線局域網(wǎng)

XGS-PON:10Gigabit-capableSymmetricPassiveOpticalNetwork對稱10G比

特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)

1.2.智能制造的發(fā)展趨勢

當(dāng)前,我國智能制造發(fā)展已從初期的理念普及、試點(diǎn)示范階段進(jìn)入到試點(diǎn)示范引

領(lǐng)、供需兩端發(fā)力、多方協(xié)同推進(jìn)的新階段。未來智能制造領(lǐng)域主要有以下幾個(gè)趨勢。

低碳的趨勢:

中國提出了“雙碳”目標(biāo),力爭于2030年前達(dá)到峰值,努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中

和。作為先進(jìn)生產(chǎn)力代表的智能制造,與“雙碳”關(guān)系密切。未來制造企業(yè)會(huì)利用大數(shù)

據(jù)、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),在智慧園區(qū)內(nèi)建設(shè)基于智能制造核心驅(qū)動(dòng)的能效管理系

3智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書3

統(tǒng),對設(shè)備能耗信息、環(huán)境信息及運(yùn)營信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析,得出與能涌消耗及能滯

效率相關(guān)的決策性數(shù)據(jù)和信息,幫助管理人員了解歷史和當(dāng)前的能涌使用狀況,預(yù)測

未來的能耗趨勢,輔助管理人員做出正確的能滯改善策略,實(shí)現(xiàn)多能涌、多業(yè)態(tài)和多

用戶的綜合管理?!半p碳”對于廠商而言,是一個(gè)發(fā)展契機(jī),覆蓋產(chǎn)品、技術(shù)、營銷等

諸多方面。

IT和OT融合的趨勢:

制造業(yè)曾經(jīng)的常見應(yīng)用是項(xiàng)目管理、研發(fā)管理和協(xié)同工具等,隨著數(shù)字化時(shí)代的發(fā)

展,實(shí)現(xiàn)了軟件化并產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)分為兩類:IT數(shù)據(jù)與OT數(shù)據(jù)。

基于物理實(shí)體的基本狀態(tài),將兩類數(shù)據(jù)融合,可以構(gòu)建設(shè)施、設(shè)備和產(chǎn)品的完整

數(shù)字孿生模型,涵蓋從收到訂單、制作生產(chǎn)到發(fā)貨物流監(jiān)控全過程,實(shí)時(shí)監(jiān)測,還可

以在數(shù)字世界提前預(yù)測未來可能的業(yè)務(wù)變化,做出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策,提高智能制造敏

捷性。

海比研究院數(shù)據(jù)顯示,廠商技術(shù)關(guān)注度排行榜第一名是數(shù)據(jù)安全,23%的廠商表示這

是他們重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)。之所以出現(xiàn)這一現(xiàn)象,是因?yàn)閿?shù)據(jù)是DT(數(shù)據(jù)技術(shù))時(shí)代

的基石,數(shù)據(jù)安全作為數(shù)據(jù)治理的重要組成部分,關(guān)乎數(shù)據(jù)治理的成敗。

無論出于業(yè)務(wù)發(fā)展的內(nèi)在需要,還是《中華人民共和國數(shù)據(jù)安全法》等外部合法

合規(guī)要求,如何做好數(shù)據(jù)安全治理、保障數(shù)據(jù)安全,是如今制造企業(yè)和智能制造軟件

廠商需要重視的問題。

中國制造業(yè)體量龐大,在數(shù)字中國的宏觀環(huán)境下有強(qiáng)烈的智能化改造需求。隨著“中

國制造2025”戰(zhàn)略不斷落實(shí),物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等新興技術(shù)的大力推動(dòng),我

國智能制造軟件行業(yè)處于成長階段,在此階段絕大多數(shù)制造企業(yè)正從粗放管理轉(zhuǎn)向

精細(xì)化、高質(zhì)量發(fā)展,同時(shí)智能制造領(lǐng)域也在迎來越來越多的利好政策。

機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示,2022年中國智能制造軟件市場規(guī)模將達(dá)到2610億元,并保持每

年15%左右的增長速度,2025年可以成長為4000億體量的市場。其中生物制藥、集

成電路等細(xì)分行業(yè)是2022年熱門需求行業(yè)。

4智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書4

第二章

智慧工廠網(wǎng)絡(luò)建設(shè)趨勢與挑戰(zhàn)

5智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書5

2.1.智慧工廠典型應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)訴求

隨著制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的不斷深入,提出了“智慧工廠”、“黑燈工廠”的概念,

其本質(zhì)是借助不斷進(jìn)步的ICT技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、無人化、智能化。

如下圖所示,將末端的設(shè)備/機(jī)器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,通過可靠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)末端設(shè)備

的連接和數(shù)據(jù)的傳輸,最終數(shù)據(jù)在智能云平臺(tái)上完成收集、處理,由統(tǒng)一的數(shù)字化云

平臺(tái)實(shí)現(xiàn)研發(fā)、物流、生產(chǎn)、質(zhì)檢、安防、供應(yīng)、經(jīng)銷等各種應(yīng)用系統(tǒng)的有效、高效

管理,真正實(shí)現(xiàn)讓設(shè)備開口說話,讓機(jī)器代替人工作業(yè),用AI數(shù)據(jù)訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分

析處理,最終實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)提質(zhì)增效的目標(biāo)。

圖2-1智慧工廠數(shù)字化架構(gòu)模型

“要想富,先修路”,在制造工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中,網(wǎng)絡(luò)就是需要優(yōu)先考慮的

“路”,是一條信息的高速公路,是工廠數(shù)字化、信息化的底座和基礎(chǔ),智慧工廠需要

選擇合適的ICT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

6智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書6

圖2-2AI質(zhì)檢在制造行業(yè)的應(yīng)用

以機(jī)器視覺為代表的AI技術(shù),正在被廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體電子制造、食品制造、

車輛裝備制造等多個(gè)領(lǐng)域,包括缺陷瑕疵檢測、生產(chǎn)環(huán)境安全等多項(xiàng)功能。通過機(jī)器

視覺設(shè)備采集被檢產(chǎn)品的圖像信息,利用本地邊緣計(jì)算設(shè)備或者后續(xù)服務(wù)器使能AI

技術(shù),可以更經(jīng)濟(jì)、更高效、更準(zhǔn)確地完成質(zhì)量檢測。

由于AI質(zhì)檢各行業(yè)對檢測的精度、效率要求不同,近端或者遠(yuǎn)端通過AI推理

計(jì)算的設(shè)備對機(jī)器視覺成像的圖片有不同的訴求,對網(wǎng)絡(luò)傳輸也有相應(yīng)的要求,主要

體現(xiàn)為帶寬、時(shí)延以及圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性。

帶寬的訴求可以通過單位時(shí)間內(nèi)傳輸圖片的大小計(jì)算峰值帶寬,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建議

預(yù)留對應(yīng)的確定性帶寬,一般為40Mbit/s至400Mbit/s。

時(shí)延取決于質(zhì)檢工序整個(gè)流程對圖像回傳預(yù)留的時(shí)間,一般為毫秒級至秒級。

圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性需滿足AI質(zhì)檢對數(shù)據(jù)傳輸丟包率的要求,要求做到無損

傳輸、不能丟包,選擇無線傳輸通常信息容易受到干擾,有線傳輸相對來說更可靠、

更適合。

7智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書7

圖2-3AGV小車應(yīng)用場景

AGV(AutomatedGuidedVehicles)又名無人搬運(yùn)車、自動(dòng)導(dǎo)航車或激光導(dǎo)航車。

其顯著的特點(diǎn)是無人駕駛,AGV上裝備有自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng),可以保障系統(tǒng)在不需要人

工引航的情況下能夠沿預(yù)定的路線自動(dòng)行駛,將貨物或物料自動(dòng)從起始點(diǎn)運(yùn)送到目

的地。AGV的另一個(gè)特點(diǎn)是柔性好,自動(dòng)化和智能化程度高,AGV的行駛路徑可以

根據(jù)貨物位置要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變,并且運(yùn)行路徑改變的費(fèi)用與傳

統(tǒng)的輸送帶和剛性的傳送線相比非常低廉。AGV一般配備有裝卸機(jī)構(gòu),可以與其他

物流設(shè)備自動(dòng)接口,實(shí)現(xiàn)貨物和物料裝卸與搬運(yùn)全過程自動(dòng)化。

在智慧工廠中,AGV可以廣泛地應(yīng)用于工廠生產(chǎn)流水線以及倉儲(chǔ)貨物搬運(yùn)。對

于生產(chǎn)線場景,可由多臺(tái)AGV組成柔性的物流搬運(yùn)系統(tǒng),搬運(yùn)路線可以隨著生產(chǎn)工

藝流程的調(diào)整而即時(shí)調(diào)整,使一條生產(chǎn)線上能夠制造出十幾種產(chǎn)品,大大提高了生產(chǎn)

的柔性和企業(yè)的競爭力。以某轎車裝配廠為例,該裝配廠裝配線采用多臺(tái)可裝載轎車

車體的AGV后,裝配時(shí)間減少了20%,裝配故障減少39%,投資回收時(shí)間減少57%,

所需勞動(dòng)力減少了5%。AGV在世界的主要汽車廠,如通用、豐田、克萊斯勒、大眾

等汽車廠的制造和裝配線上得到了普遍應(yīng)用。

對于AGV小車應(yīng)用,由于移動(dòng)性較強(qiáng),目前網(wǎng)絡(luò)接入主要通過無線實(shí)現(xiàn),可以

采用運(yùn)營商5G或者Wi-Fi6技術(shù)。AGV場景本身節(jié)點(diǎn)對帶寬的要求不高,一般不超

過40Mbit/s,主要訴求為小車在不同位置移動(dòng)時(shí)無線漫游的時(shí)延以及丟包,時(shí)延一般

要求無線漫游低于100ms,并要做到盡量不丟包,防止AGV小車因交互失敗造成脫

8智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書8

管,最終導(dǎo)致物流擁塞。

圖2-4RFID倉庫資產(chǎn)盤點(diǎn)系統(tǒng)

制造工廠生產(chǎn)過程必然面臨原材料以及產(chǎn)品的倉庫存儲(chǔ),也面臨物流流轉(zhuǎn)貨品

的資產(chǎn)管理,一般包括如下內(nèi)容:

倉儲(chǔ)管理:出入管理、智能分單、智能上架、庫存調(diào)閱、自動(dòng)盤點(diǎn)、定位跟蹤、

快速找貨、調(diào)撥補(bǔ)貨等。

資產(chǎn)管理:出入管理、智能盤點(diǎn)、電子圍欄、智能查找、配件防盜等。

傳統(tǒng)的倉庫資產(chǎn)盤點(diǎn)主要通過人力完成,費(fèi)時(shí)費(fèi)力且不準(zhǔn)確,通過現(xiàn)有的盤點(diǎn)技

術(shù)如RFID技術(shù),可以快速、高效地完成盤點(diǎn)。這類業(yè)務(wù)主要要求末端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具

備IOT網(wǎng)關(guān)的能力,能集成RFID、藍(lán)牙等短距通信模塊,支持大量節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)通信,

通常選擇無線或者Wi-Fi6來實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)設(shè)備的接入,時(shí)間和帶寬要求相對較低,單

設(shè)備接入的容量不小于1000。

9智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書9

2.2.智慧工廠網(wǎng)絡(luò)趨勢與挑戰(zhàn)

2.2.1工廠網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)云化的趨勢

從智慧工廠數(shù)字化架構(gòu)可以看出,智慧工廠需要通過統(tǒng)一的智能云平臺(tái)搭建數(shù)

字化底座,把工廠的各個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一部署在云平臺(tái)上,業(yè)務(wù)云化成為一個(gè)明顯的趨勢。

而業(yè)務(wù)云化需要簡單架構(gòu)、快速部署的網(wǎng)絡(luò)。

傳統(tǒng)工廠數(shù)字化水平不高,各個(gè)系統(tǒng)往往各自為政,各種服務(wù)器都分散在本地部

署,每個(gè)子系統(tǒng)各自成網(wǎng)。在子系統(tǒng)封閉獨(dú)立、沒有云化的場景下,原有核心/匯聚/

接入三層架構(gòu)的以太網(wǎng)交換機(jī)是有一定優(yōu)勢的,各種終端訪問服務(wù)器時(shí)可實(shí)現(xiàn)就近

交換(如需要訪問部署在同一個(gè)接入交換機(jī)下的服務(wù)器,只需在本接入交換機(jī)即可完

成交換,業(yè)務(wù)流量無需經(jīng)過匯聚交換機(jī)),減少對核心網(wǎng)絡(luò)流量的占用。

隨著制造行業(yè)數(shù)字化水平的不斷提升,越來越多的制造企業(yè)都在采用云業(yè)務(wù),各

種業(yè)務(wù)和應(yīng)用服務(wù)器都集中部署到了數(shù)據(jù)中心機(jī)房,或部署在公有云/私有云上,工

廠內(nèi)的終端設(shè)備訪問服務(wù)器都需要到數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn),工廠網(wǎng)絡(luò)的流量模型從原來的

以東西向流量為主(水平方向的流量)演變?yōu)橐阅媳毕蛄髁繛橹鳎ù怪狈较虻牧髁浚?/p>

圖2-5業(yè)務(wù)云化導(dǎo)致業(yè)務(wù)流量的變化

10智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書10

業(yè)務(wù)云化后,業(yè)務(wù)流量由東西向?yàn)橹鬓D(zhuǎn)變?yōu)橐阅媳毕驗(yàn)橹?,原多層以太網(wǎng)交換機(jī)

交換的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)反而成為了瓶頸,每多一級匯聚或交換,就帶來了更大的時(shí)延以及擁

塞丟包的風(fēng)險(xiǎn)。業(yè)務(wù)的云化、架構(gòu)的改變、系統(tǒng)的統(tǒng)一、應(yīng)用的新增,都給智慧工廠

網(wǎng)絡(luò)提出了新的挑戰(zhàn),需要建一張適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)南北流量為主、架構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)統(tǒng)一、支

持業(yè)務(wù)快速部署和持續(xù)演進(jìn)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。

2.2.2WLAN無線局域網(wǎng)應(yīng)用的趨勢

WLAN無線局域網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)普遍用于辦公園區(qū),無線接入可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地移

動(dòng)辦公,非常方便。目前主流商用的WLAN技術(shù)為Wi-Fi6技術(shù),相較于運(yùn)營商5G

無線技術(shù),Wi-Fi6技術(shù)方案成本低、易部署,且有不錯(cuò)的性能表現(xiàn),成為很多智慧

工廠實(shí)現(xiàn)無線辦公、AGV小車和智能倉儲(chǔ)的第一選擇。

Wi-Fi6AP的空口帶寬和Wi-Fi5AP的空口帶寬相比有了較大的增強(qiáng)(提升了4

倍),Wi-Fi6AP的空口最大速率達(dá)到了約10GE,故Wi-Fi6AP回傳的帶寬也需由

GE提升至10GE,AP傳輸網(wǎng)絡(luò)也需從千兆網(wǎng)絡(luò)升級為萬兆網(wǎng)絡(luò)。

傳統(tǒng)園區(qū)工廠部署的Cat5和Cat6銅纜(網(wǎng)線)面臨著帶寬瓶頸,無法支持萬兆

帶寬100米遠(yuǎn)的傳輸,需要全部更換為支持萬兆的Cat6A及以上網(wǎng)線。若后續(xù)升級

到Wi-Fi7(估計(jì)需要25GE帶寬),辦公房間/辦公車間的水平電纜(4對雙絞電纜,

俗稱網(wǎng)線)還要更換一次,整體WLAN升級AP傳輸網(wǎng)絡(luò)綜合布線改動(dòng)工作量非常

大。

11智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書11

圖2-6Wi-Fi6需要有更高的回傳帶寬

另外隨著倉儲(chǔ)IoT等業(yè)務(wù)的涌現(xiàn),接入信息點(diǎn)的數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模成倍增加,

各種泛智能化電子設(shè)備的增多對于工廠網(wǎng)絡(luò)提出更強(qiáng)的穩(wěn)定性、可靠性以及更大規(guī)

模終端互聯(lián)的要求。為實(shí)現(xiàn)更多場景的實(shí)時(shí)互聯(lián)互通,未來智慧工廠不僅要能夠連接

足夠多的終端,且要支撐特定場景下的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)及超大帶寬等要求,所以需要一

個(gè)高帶寬、廣接入、可支撐新業(yè)務(wù)持續(xù)演進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)。

2.2.3網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維簡化的趨勢

傳統(tǒng)制造工廠各個(gè)子系統(tǒng)獨(dú)立,各自成網(wǎng)導(dǎo)致整個(gè)制造工廠通常有多張煙囪式

網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃沒有統(tǒng)一的架構(gòu),多級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的串接導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)冗余,建設(shè)/維

護(hù)工作量將會(huì)成倍增加,對維護(hù)人力也提出了很大的需求。此外,由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)量和網(wǎng)

元節(jié)點(diǎn)的增加,導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)非常龐大,如果還是采用傳統(tǒng)的維護(hù)方式,每臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)

備都需配置一個(gè)獨(dú)立的管理IP地址以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的管理,即需配置為數(shù)眾多的管理

節(jié)點(diǎn),尤其是規(guī)模較大的制造企業(yè)存在多個(gè)二級企業(yè)和工廠,統(tǒng)一規(guī)劃IP地址成為

一個(gè)非常頭疼的問題。因此,需要優(yōu)化現(xiàn)有的運(yùn)維及管理方式,做到簡易運(yùn)維、統(tǒng)一

管理,簡化網(wǎng)絡(luò)的管理維護(hù)。

12智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書12

圖2-7工廠網(wǎng)絡(luò)需能支持簡化管理

IoT等多種新增業(yè)務(wù)導(dǎo)致了接入信息點(diǎn)/網(wǎng)元數(shù)量的大幅增加,也使工廠網(wǎng)絡(luò)規(guī)

模和組網(wǎng)更加復(fù)雜?,F(xiàn)有的傳統(tǒng)制造工廠網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)顯得力不從心,急需進(jìn)行一輪新的

升級,建設(shè)一張簡易運(yùn)維、統(tǒng)一管理的網(wǎng)絡(luò),以滿足智慧工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需要。

13智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書13

第三章

智慧工廠F5G全光網(wǎng)定義和技術(shù)優(yōu)勢

14智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書14

3.1.智慧工廠F5G全光網(wǎng)定義

3.1.1F5G定義

F5G是The5thGenerationFixedNetworks的縮寫,即第五代固定網(wǎng)絡(luò)。

F5G是由中國提出的,歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ETSI接納、業(yè)界廣泛參與的最新一代

固定網(wǎng)絡(luò)。2019年6月,中國信息通信研究院在上海移動(dòng)大會(huì)上,首次提出了F5G。

2019年底ETSI通過了F5G立項(xiàng),對固定網(wǎng)絡(luò)的代際作出了定義。F5G的參與者有

諸多機(jī)構(gòu)成員,包括運(yùn)營商(中國電信、中國聯(lián)通、意大利電信、法國電信等)、設(shè)

備商(華為、烽火、康普等)、研究機(jī)構(gòu)(中國信通院、英國標(biāo)準(zhǔn)研究所等)。

過去40年,人們的生活發(fā)生了日新月異的變化,人們的通信方式從最初的語音

到現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng),從第一代網(wǎng)絡(luò)到第四代網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)不僅給家庭帶來新的溝通、娛樂

方式,并且通過信息化提升企業(yè)辦公和管理效率,引起辦公方式的革命。目前,網(wǎng)絡(luò)

正邁入數(shù)字化時(shí)代,F(xiàn)5G和5G一起,通過使能產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng),掀起一場生產(chǎn)方式的革

命,不斷豐富人們的溝通與生活,加速行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

圖3-1F5G固定網(wǎng)絡(luò)技術(shù)代際定義

F5G與5G是協(xié)同關(guān)系,有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)互相補(bǔ)充,為萬物感知和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

賦能。

15智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書15

圖3-2固定網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與移動(dòng)通信技術(shù)代際

F5G具備了大帶寬(eFBB,enhancedfixedbroadband,增強(qiáng)型固定寬帶),多連

接(FFC,full-fiberconnection,全光聯(lián)接)和好體驗(yàn)(GRE,guaranteedreliableexperience,

極致體驗(yàn))三個(gè)關(guān)鍵特征,其代表性的技術(shù)包括10GPON技術(shù)、Wi-Fi6技術(shù)、每波

長200G/400G光傳輸技術(shù)、下一代OTN技術(shù)等。

3.1.2智慧工廠F5G全光網(wǎng)定義

隨著光纖網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展,光纖已走進(jìn)工廠,從車間弱電間、機(jī)柜繼續(xù)往下延伸至

機(jī)器,智慧工廠F5G全光網(wǎng)解決方案已快速崛起。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)給出了全新的定義:智慧工廠F5G全光網(wǎng)是以單模光纖為

介質(zhì),采用10GGPON(兼容GPON)、Wi-Fi6為主的第五代固定接入技術(shù)構(gòu)建的園

區(qū)網(wǎng)絡(luò),主要包括光線路終端OLT、無源光配線網(wǎng)絡(luò)ODN、光網(wǎng)絡(luò)單元ONU等,

能夠統(tǒng)一承載工業(yè)生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)、生產(chǎn)現(xiàn)場感知數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、辦公數(shù)據(jù)、語

音通話數(shù)據(jù)等多業(yè)務(wù),具備簡架構(gòu)、易演進(jìn)、智運(yùn)維和高可靠等特性。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)主要采用的是F5G無源光局域網(wǎng)(POL)技術(shù),OLT設(shè)備

和ONU設(shè)備通過無源的分光器實(shí)現(xiàn)P2MP的連接。

16智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書16

圖3-3智慧工廠F5G全光網(wǎng)定義

F5G為智慧工廠園區(qū)的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、辦公網(wǎng)絡(luò)提供了全新的網(wǎng)絡(luò)

解決方案。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)可根據(jù)需要選擇不同的OLT設(shè)備,OLT設(shè)備類型可分為插

卡式或者單機(jī)版,常見種類如下表所示。

表3-1OLT設(shè)備種類劃分

插卡式單機(jī)版

規(guī)格類型

規(guī)格1規(guī)格2規(guī)格3規(guī)格4

雙主控、雙電源熱備支持支持支持--

單臺(tái)設(shè)備支持GPON端口數(shù)量(個(gè))≥200≥96≥32≤16

單臺(tái)設(shè)備支持10GGPON端口數(shù)量(個(gè))≥100≥48≥16≤16

單臺(tái)設(shè)備接入GPONONU數(shù)量(臺(tái))≥6000≥3000≥1000≤512

單臺(tái)設(shè)備接入10GGPONONU數(shù)量(臺(tái))≥6000≥3000≥1000≤1024

注:單臺(tái)設(shè)備接入ONU數(shù)量,GPON按1:32分光比,10GGPON按1:64分光比計(jì)算。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)可根據(jù)不同場景選擇不同形態(tài)的ONU設(shè)備,常見的ONU

17智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書17

設(shè)備種類及安裝方式如下表所示。

表3-2ONU設(shè)備類型劃分及安裝方式

設(shè)備類型主要功能接口要求典型業(yè)務(wù)安裝方式

類型1生產(chǎn)數(shù)據(jù)以太網(wǎng)口MES/質(zhì)檢/數(shù)采/以工業(yè)DIN導(dǎo)軌安裝

接入太網(wǎng)/IP數(shù)據(jù)

類型2生產(chǎn)數(shù)據(jù)以太網(wǎng)口MES/質(zhì)檢/數(shù)采/以信息配線箱安裝

接入太網(wǎng)/IP數(shù)據(jù)

類型3辦公數(shù)據(jù)以太網(wǎng)口/以太網(wǎng)/lP數(shù)據(jù)/IP信息配線箱安裝

接入POTS口視頻/IP話音/傳真

類型4辦公數(shù)據(jù)以太網(wǎng)口/以太網(wǎng)/lP數(shù)據(jù)/IP嵌墻或桌面電源盒(標(biāo)

接入POTS口視頻/IP話音/傳真準(zhǔn)86盒)安裝

類型5視頻監(jiān)控以太網(wǎng)口帶以太網(wǎng)/IP數(shù)據(jù)/IP信息配線箱安裝

數(shù)據(jù)接入PoE視頻/PoE

常見的ONU形態(tài)包括工業(yè)DIN導(dǎo)軌ONU,桌面型ONU,機(jī)架式ONU,SFP

ONU,86盒面板ONU等。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)采用的光纖為單模光纖,ODN設(shè)備也有多種形態(tài),光分路

器(也稱分光器)的形態(tài)包括通用機(jī)架式光分路器,盒式光分路器??砂淳唧w項(xiàng)目的

實(shí)際需求選用,推薦使用機(jī)架式分光器。

3.2.智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)差異

3.2.1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)差異

傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò),核心交換機(jī)部署于核心機(jī)房,匯聚交換機(jī)部署于生產(chǎn)車

間弱電間、辦公樓宇弱電間或者樓層弱電間,接入交換機(jī)一般部署于生產(chǎn)車間機(jī)柜、

辦公樓層弱電間。核心交換機(jī)、匯聚交換機(jī)和接入交換機(jī)之間通常采用光纖互連。生

產(chǎn)車間機(jī)柜、辦公樓層弱電間的接入交換機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)端口,提供各種用戶終

18智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書18

端的接入能力。從接入交換機(jī)到各種用戶終端采用網(wǎng)線,線纜長度通常不大于90米。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)的核心交換機(jī)和OLT部署于核心機(jī)房,無源分光器通常放

置于生產(chǎn)車間弱電間、辦公樓層弱電間,ONU放置于盡可能靠近最終接入終端的位

置。核心交換機(jī)及OLT和ONU之間采用單模光纖互連。ONU提供標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)端

口,提供各種接入終端的接入能力。從ONU到各種接入終端采用網(wǎng)線,電纜長度通

常小于10米。

圖3-4網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)差異

傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要由以太網(wǎng)交換機(jī)和網(wǎng)線組成,傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)一般采

用三層架構(gòu),主要包括核心層、匯聚層和接入層;而智慧工廠F5G全光網(wǎng)架構(gòu)采用

扁平化二層架構(gòu),主要包括核心層和接入層,減少了匯聚層。智慧工廠F5G全光網(wǎng)

一般采用OLT和ONU設(shè)備,中間采用的是單模光纖進(jìn)行連接。

表3-3智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)比較

網(wǎng)絡(luò)類型核心層匯聚層接入層

交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)核心交換機(jī)匯聚交換機(jī)接入交換機(jī)

智慧工廠F5G全光網(wǎng)核心交換機(jī)/OLT/ONU

19智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書19

智慧工廠F5G全光網(wǎng)采用的設(shè)備和技術(shù)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)也有區(qū)別。智

慧工廠F5G全光網(wǎng)主要采用的是OLT和ONU設(shè)備,采用的是基于F5G的POL技

術(shù);而傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò),采用的是核心交換機(jī)、匯聚交換機(jī)和接入網(wǎng)交換機(jī)等

交換機(jī)設(shè)備,采用的是傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換技術(shù)。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)中,ONU需盡可能靠近最終接入終端安裝,以縮短ONU

到最終用戶終端的網(wǎng)線長度,需提前考慮ONU的安裝和取電。

3.2.2綜合布線差異

智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)在綜合布線上也有差異,主要是

在接入層水平布線上有差異。

傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的綜合布線中,核心交換機(jī)部署于園區(qū)的核心機(jī)房,匯聚

交換機(jī)通常部署于弱電間,接入交換機(jī)通常部署于生產(chǎn)車間機(jī)柜或辦公樓層的弱電

間。核心交換機(jī)和匯聚交換機(jī)之間,匯聚交換機(jī)和接入交換機(jī)之間都是采用光纖進(jìn)行

連接,但是從生產(chǎn)車間機(jī)柜或辦公樓層弱電間到接入設(shè)備的水平布線采用的是水平

電纜,通常采用的水平電纜包括Cat5(5類線)、Cat6(6類線)、Cat6A(超6類線)、

Cat7(7類線)、Cat7A(超7類線)等。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)的綜合布線主要是采用光纖。核心交換機(jī)和OLT部署于園

區(qū)的核心機(jī)房,弱電間只部署無源分光器,從核心機(jī)房到樓宇/樓層弱電間采用光纖

進(jìn)行連接。ONU設(shè)備部署于車間機(jī)臺(tái)或辦公桌面等工作區(qū)域,從弱電間到這些工作

區(qū)域之間采用單模光纖進(jìn)行水平布線。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)在布線上的差異如下圖所示。

20智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書20

圖3-5綜合布線差異

智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主干布線、水平布線的差異如

下表所示。

表3-4智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的比較

綜合布線主干水平工作區(qū)

交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)光纜網(wǎng)線網(wǎng)線

智慧工廠F5G全光網(wǎng)光纜光纖網(wǎng)線

3.2.3差異總結(jié)

智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)相比,在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和綜合布線上

都有較大的差異,帶來了技術(shù)上的優(yōu)勢。

在行業(yè)上下游的認(rèn)知程度上,智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)園區(qū)相

比,認(rèn)知度還需繼續(xù)提高。智慧工廠F5G全光網(wǎng)目前在工廠園區(qū)的普及度相對較低,

園區(qū)的信息管理部門在選擇園區(qū)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施方案時(shí),更傾向于采用本園區(qū)已經(jīng)熟

練使用多年的以太網(wǎng)技術(shù)。

從設(shè)計(jì)單位上看,以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用多年,技術(shù)相對成熟,占據(jù)了局域網(wǎng)領(lǐng)域

21智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書21

的大部分市場,不同工程項(xiàng)目間的差異不大,可以減少設(shè)計(jì)工作量。再加上當(dāng)前F5G

網(wǎng)絡(luò)處于上量期,設(shè)計(jì)單位對智慧工廠F5G全光網(wǎng)的了解暫時(shí)還是較傳統(tǒng)以太網(wǎng)交

換機(jī)組網(wǎng)要弱,也造成當(dāng)前智慧工廠F5G全光網(wǎng)的建設(shè)量不如傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)

絡(luò)。

但在國家信息化產(chǎn)業(yè)政策的支持下,“光進(jìn)銅退”已成為大勢所趨,智慧工廠F5G

全光網(wǎng)在此背景下將得到大力推廣。處于產(chǎn)業(yè)鏈上的機(jī)構(gòu)要將自身發(fā)展與歷史機(jī)遇

相結(jié)合,加強(qiáng)智慧工廠F5G全光網(wǎng)特點(diǎn)和價(jià)值理念的宣傳推廣,加快智慧園區(qū)領(lǐng)域

的標(biāo)準(zhǔn)編制工作,繁榮產(chǎn)業(yè)生態(tài),提升產(chǎn)業(yè)影響力,為工廠園區(qū)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的產(chǎn)業(yè)

升級和建設(shè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

3.3.智慧工廠F5G全光網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢

3.3.1簡架構(gòu)的優(yōu)勢

簡架構(gòu)優(yōu)勢:F5G智慧工廠具有網(wǎng)絡(luò)扁平化、架構(gòu)簡單的優(yōu)勢。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)園區(qū)相比,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)扁平化。F5G智慧工

廠中,OLT設(shè)備和核心交換機(jī)一起部署于核心機(jī)房;ONU盡可能靠近最終的接入終

端,中間采用光纖和無源分光器來進(jìn)行連接。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)架構(gòu)中,采用無源的分光器替代了原來的有源匯聚交換機(jī)

設(shè)備,減少了匯聚層,變更為扁平化的二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),實(shí)現(xiàn)了架構(gòu)上的優(yōu)化。

22智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書22

圖3-6智慧工廠F5G全光網(wǎng)簡架構(gòu)的優(yōu)勢

智慧工廠F5G全光網(wǎng)采用的無源分光器無需供電,且可部署于任意位置,可考

慮取消或者減少弱電間的空間,提高建筑空間的利用率。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)的ONU體積小,輕便易安裝,部署于車間接入終端附近

的小信息箱或安裝在接入終端所在的機(jī)臺(tái)中,從而取消車間接入交換機(jī)機(jī)柜,節(jié)省出

的空間可用于車間生產(chǎn)。隨著接入交換機(jī)機(jī)柜的取消,機(jī)柜至接入終端的大量網(wǎng)線也

可以由數(shù)量少、重量輕、價(jià)格便宜的光纖代替,節(jié)省大量的綜合布線物料成本和人力

投入,這個(gè)成本對于制造工廠而言是一筆不小的開支。

圖3-7智慧工廠F5G全光網(wǎng)可取消車間機(jī)柜

23智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書23

智慧工廠F5G全光網(wǎng)中,由于ONU盡可能靠近最終的接入終端,實(shí)現(xiàn)了光纖

下移,也解決了原來網(wǎng)線的帶寬不足及傳輸距離小于100米的問題。光纖下移帶來

了可以持續(xù)升級的帶寬能力,同時(shí)光纖也可以支持40km的傳輸距離,實(shí)現(xiàn)廣覆蓋。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)的簡架構(gòu)優(yōu)點(diǎn),很好地契合了生產(chǎn)業(yè)務(wù)云化的趨勢。智慧

工廠F5G全光網(wǎng)中業(yè)務(wù)可從接入側(cè)直達(dá)網(wǎng)絡(luò)核心,減少中間的有源匯聚環(huán)節(jié),提供

更低的時(shí)延、更好的體驗(yàn)、更少的擁塞點(diǎn)。

3.3.2高可靠的優(yōu)勢

智慧工廠F5G全光網(wǎng)可提供TypeB或者TypeC的保護(hù)方式,支持從ONU上行

端口到OLT上行端口之間的設(shè)備和光纖保護(hù)。可根據(jù)不同的應(yīng)用場景選擇不同的組

網(wǎng)方式,提供不同程度的保護(hù)。

圖3-8智慧工廠F5G全光網(wǎng)支持高可靠

智慧工廠F5G全光網(wǎng)中,如果光纖或者設(shè)備出現(xiàn)問題,TypeB或者TypeC會(huì)自

動(dòng)觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)的保護(hù),無需人工干預(yù),實(shí)現(xiàn)鏈路業(yè)務(wù)的自動(dòng)切換。在智慧工廠F5G全

光網(wǎng)中,推薦采用TypeB雙歸屬保護(hù)和TypeC雙歸屬保護(hù)。

24智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書24

圖3-9智慧工廠F5G全光網(wǎng)TypeB和TypeC雙歸屬保護(hù)

雙歸屬保護(hù)需要配置2臺(tái)OLT設(shè)備,對OLT設(shè)備本身進(jìn)行保護(hù),推薦采用這種

配置。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)采用了光纖作為傳輸介質(zhì),光纖也具有抗電磁干擾、耐腐

蝕的優(yōu)點(diǎn),可對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行更好的保護(hù)。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)采用POL技術(shù),支持對PON傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密。對于

XGS-PON技術(shù),不管是從ONU到OLT的數(shù)據(jù),還是從OLT到ONU的數(shù)據(jù),都經(jīng)

過AES128的加密,不同的ONU采用不同的加密密鑰,并定期刷新,對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)

行加密傳輸。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)采用的ONU可支持802.1x的認(rèn)證,只有通過802.1x認(rèn)證

之后才被允許接入到網(wǎng)絡(luò)中。

3.3.3智運(yùn)維的優(yōu)勢

智慧工廠F5G全光網(wǎng)采用F5G無源光局域網(wǎng)技術(shù)(POL),OLT設(shè)備是整個(gè)PON

網(wǎng)絡(luò)的智慧大腦,通過OMCI協(xié)議對整個(gè)PON網(wǎng)絡(luò)的ONU設(shè)備進(jìn)行管理和配置;

無需再到ONU設(shè)備進(jìn)行本地的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)配置,ONU設(shè)備也無需配置獨(dú)立的管理

IP地址。

25智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書25

圖3-10智慧工廠F5G全光網(wǎng)支持智運(yùn)維

由于OLT設(shè)備采用了對ONU設(shè)備的集中管理機(jī)制,智慧工廠F5G全光網(wǎng)可極

大減少網(wǎng)絡(luò)的管理節(jié)點(diǎn)數(shù)量,在數(shù)據(jù)配置上,所有的ONU統(tǒng)一由OLT設(shè)備進(jìn)行管

理,OLT對ONU設(shè)備的配置數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和下發(fā);此外,智慧工廠F5G全光網(wǎng)可

支持ONU的開局即插即用免調(diào)測功能,也可支持維護(hù)即換即通免配置功能,提升了

網(wǎng)絡(luò)的部署和管理效率。

由于OLT設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對ONU設(shè)備的集中管理,在OLT設(shè)備或者網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備

上都可支持整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的快速收集和處理,可在網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備上對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的部

署情況、告警情況、健康度等各種報(bào)表進(jìn)行收集、顯示和快速處理,實(shí)現(xiàn)整個(gè)園區(qū)網(wǎng)

絡(luò)的故障實(shí)時(shí)感知、高效管理,保障業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)在線。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理更加簡單。智慧工廠F5G全光網(wǎng)中,OLT和

ONU之間采用的是無源光纖網(wǎng)絡(luò),無源光纖網(wǎng)絡(luò)中的光纖或者無源分光器等器件無

需管理,也極大簡化了運(yùn)維。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)的管理節(jié)點(diǎn)數(shù)量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)以太網(wǎng)園區(qū)。傳統(tǒng)以太網(wǎng)園區(qū)

中,每臺(tái)交換機(jī)設(shè)備(包括匯聚交換機(jī)、接入交換機(jī)等)都是一個(gè)獨(dú)立管理單元,需

要有獨(dú)立的管理IP地址進(jìn)行管理,所以網(wǎng)絡(luò)越復(fù)雜,交換機(jī)的數(shù)量越多,管理起來

26智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書26

就越復(fù)雜。智慧工廠F5G全光網(wǎng)中,由于ONU在軟件管理上無需獨(dú)立配置,全部通

過OLT進(jìn)行管理,所以不管多大的園區(qū)網(wǎng)絡(luò),其管理節(jié)點(diǎn)都是幾臺(tái)OLT設(shè)備及核心

交換機(jī),管理更加簡單。

27智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書27

第四章

智慧工廠F5G全光網(wǎng)設(shè)計(jì)

28智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書28

4.1.智慧工廠F5G全光網(wǎng)架構(gòu)

F5G為智慧工廠園區(qū)的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、辦公網(wǎng)絡(luò)提供了全新的解決

方案。智慧工廠F5G全光網(wǎng)架構(gòu)如圖4-1所示。

圖4-1智慧工廠F5G全光網(wǎng)架構(gòu)示意

生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立建網(wǎng),其接入層至核心層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和光纖鏈路與辦公網(wǎng)和視頻

監(jiān)控網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備物理隔離,最大程度上保證生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性、可靠性、安全性。

生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)、視頻監(jiān)控網(wǎng)之間通過防火墻通信。

4.2.智慧工廠生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

4.2.1生產(chǎn)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求

智慧工廠生產(chǎn)網(wǎng)承載了工廠車間生產(chǎn)相關(guān)的所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),常見的業(yè)務(wù)類型和

其對網(wǎng)絡(luò)性能的要求如下表所示:

29智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書29

表4-1智慧工廠常見業(yè)務(wù)類型與網(wǎng)絡(luò)性能要求

業(yè)務(wù)類型終端類型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)帶寬要求時(shí)延要求

MESMES工控機(jī)/PC/掃碼生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)<12Mbit/s<10ms

終端

質(zhì)檢工業(yè)相機(jī)高清圖像<100Mbit/s<10ms

數(shù)采MES工控機(jī)/機(jī)器信息生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)<12Mbit/s<10ms

接口/數(shù)采網(wǎng)關(guān)

無線APPDA終端/手機(jī)生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)/物<10Mbit/s<50ms

/PAD/PC/AGV流控制數(shù)據(jù)

視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)高清視頻<12Mbit/s<10ms

智慧工廠的正常生產(chǎn)要求上述生產(chǎn)業(yè)務(wù)7×24小時(shí)穩(wěn)定、可靠傳輸,為了最大程

度地確保生產(chǎn)業(yè)務(wù)全時(shí)在線,生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持冗余保護(hù)組網(wǎng)。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或光纖鏈路

出現(xiàn)故障時(shí),業(yè)務(wù)能夠在50ms內(nèi)自動(dòng)切換至備用鏈路,生產(chǎn)業(yè)務(wù)快速恢復(fù)。

4.2.2生產(chǎn)網(wǎng)F5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

智慧工廠F5G全光網(wǎng)的生產(chǎn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4-2所示。網(wǎng)絡(luò)核心層由生產(chǎn)核心

交換機(jī)和光匯聚OLT設(shè)備構(gòu)成,部署在工廠的中心機(jī)房。匯聚層由無源分光器構(gòu)成,

通常部署在工廠車間的弱電間或車間機(jī)柜。接入層由工業(yè)ONU構(gòu)成,ONU部署在

機(jī)器機(jī)柜或機(jī)柜附近的信息箱。

30智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書30

圖4-2智慧工廠F5G生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意

智慧工廠F5G生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)采用TypeC雙歸屬保護(hù)組網(wǎng)。在核心層,雙歸屬保護(hù)需

要配置2臺(tái)OLT設(shè)備互為保護(hù)備份、分擔(dān)業(yè)務(wù)流量,其中一臺(tái)OLT發(fā)生故障時(shí),系

統(tǒng)自動(dòng)將業(yè)務(wù)切換至另一臺(tái)OLT,確保了核心層網(wǎng)絡(luò)可靠性。在匯聚層,無源分光

器兩臺(tái)一組互為備份,在其中一臺(tái)分光器端口被誤斷開時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)將業(yè)務(wù)切換至另

一臺(tái)分光器,確保了匯聚層設(shè)備的可靠性。光纖鏈路方面,從核心層OLT至接入層

ONU的光纖鏈路均采用雙冗余保護(hù),在其中一路光纖發(fā)生中斷故障時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)將

業(yè)務(wù)切換至備用光纖鏈路,確保物理傳輸介質(zhì)的可靠性。

4.2.3生產(chǎn)網(wǎng)F5G綜合布線設(shè)計(jì)

智慧工廠F5G生產(chǎn)網(wǎng)的綜合布線設(shè)計(jì),根據(jù)ONU分布密度、分光器部署位置

和ONU安裝方式不同,建議了兩種場景方案:高密場景和低密場景。工廠生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)

可以結(jié)合其生產(chǎn)業(yè)務(wù)接入點(diǎn)位分布特點(diǎn)和設(shè)備安裝條件選擇合適的方案。

31智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書31

表4-2智慧工廠F5G生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)綜合布線建議場景方案

單車間

場景方案典型制造工廠分光器部署位置ONU安裝方式

ONU數(shù)量

半導(dǎo)體/電子制造、光機(jī)器內(nèi)DIN導(dǎo)

高密場景>500臺(tái)車間現(xiàn)場機(jī)柜

伏制造軌安裝

車輛制造、重工制機(jī)器附近信息

低密場景<100臺(tái)車間弱電間

造、輕工業(yè)制造箱內(nèi)安裝

智慧工廠F5G生產(chǎn)網(wǎng)高密場景綜合布線方案如圖4-3所示。OLT和生產(chǎn)核心交換機(jī)

部署在園區(qū)機(jī)房,安裝在19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中,OLT通過光纖跳線與核心交換機(jī)建立

連接。園區(qū)機(jī)房應(yīng)配置相應(yīng)數(shù)量的光纖熔纖配線單元ODF,用于室外多芯光纜的熔

纖配線。光纖熔纖配線單元ODF安裝在19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中。

圖4-3高密場景綜合布線方案

機(jī)架式分光器安裝在19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中。根據(jù)生產(chǎn)車間ONU的分布密度規(guī)劃

機(jī)柜的數(shù)量和部署位置。機(jī)柜通常部署在工廠車間頂部夾層或地面的空間,以滿足附

近ONU光纖接入的需求。分光器的接口類型應(yīng)為SC/UPC接口,1U尺寸的分光器

可配置3組2:8,2組2:16,1組2:32。

32智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書32

安裝分光器的機(jī)柜中,分光器的數(shù)量應(yīng)根據(jù)附近接入ONU的數(shù)量計(jì)算。例如,

附近ONU數(shù)量是64臺(tái),分光比設(shè)計(jì)為1:16,那么分光器的數(shù)量為2臺(tái)(每臺(tái)配置

2組2:16分光器)。需要注意的是安裝分光器的機(jī)柜中還應(yīng)配置相應(yīng)數(shù)量的光纖熔纖

配線單元ODF,以滿足熔纖配線的需要。安裝OLT的園區(qū)機(jī)房的ODF和分光器機(jī)

柜之間建議采用12芯~24芯的多芯鎧裝光纜連接。

ONU宜采用標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌的方式安裝在機(jī)臺(tái)內(nèi)的DIN導(dǎo)軌上,也可采用掛壁

式安裝,安裝在機(jī)臺(tái)內(nèi)空余空間。根據(jù)機(jī)器內(nèi)接入信息點(diǎn)的數(shù)量部署相應(yīng)數(shù)量的ONU。

ONU和機(jī)架式分光器之間建議采用室內(nèi)1~2芯皮線光纖連接。皮線光纖宜選擇

2端預(yù)成端SC/UPC接頭的定長光纖,好處是可以免去大量的現(xiàn)場熔纖操作。定長皮

線光纖的長度可根據(jù)大多數(shù)ONU到分光器信息箱的距離加上留有充足余量確定,超

過的部分可以在光纖走線架中迂回走線。若超過部分過長,可以考慮將分光器信息箱

側(cè)的一端根據(jù)實(shí)際所需長度剪斷熔纖。

建議機(jī)臺(tái)內(nèi)預(yù)留ONU供電插座接口,機(jī)臺(tái)內(nèi)的供電插座接口和機(jī)臺(tái)用電之間采

用空開隔離。

智慧工廠F5G生產(chǎn)網(wǎng)低密場景綜合布線方案如圖4-4所示。OLT和生產(chǎn)核心交換機(jī)

部署在園區(qū)機(jī)房,安裝在19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中,OLT通過光纖跳線與核心交換機(jī)建立

連接。

園區(qū)機(jī)房應(yīng)配置相應(yīng)數(shù)量的光纖熔纖配線單元ODF,用于室外多芯光纜的熔纖

配線。光纖熔纖配線單元

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