工业制造企业千兆光网业务体验分级白皮书

“追光计划-工业领航行动”系列成果 工业制造企业千兆光网 业务体验分级白皮书 前言 当前，我国已建成全球规模最大、覆盖广泛、技术领先的光纤网络，但光纤网络的垂直行业应用市场仍有待培育。为此，从中央到地方密集出台相关政策支持光纤网络在垂直行业应用部署。《“十四五”信息通信行业发展规划》提出要推动全光接入网进一步向用户终端延伸，推广实施光纤到房间、到桌面、到机器。 《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年）》提出要在工业、交通、电网、教育、医疗、港口、应急公共服务等典型行业开展千兆虚拟专网建设部署。同时，上海市、山东省、深圳市等省市也陆续出台地方政策，促进千兆光网在垂直行业的应用部署。 在2022年全国首届“光华杯”千兆光网应用创新大赛上，工业制造领域的千兆光网创新应用案例数量和质量均居首位，从所有垂直行业千兆光网应用中脱颖而出，成为千兆光网垂直行业应用的排头兵。在此背景下，工业和信息化部信息通信发展司指导启动“追光计划”，并率先面向工业领域开展“工业领航行动”，旨在工业制造领域推动形成具有规模化、可复制的千兆光网应用部署方案，进而促进千兆光网的行业生态繁荣，赋能实体经济数字化转型升级。 《工业制造企业千兆光网业务体验分级白皮书》（以下简称“白皮书”）是“追光计划-工业领航行动”的重点任务之一。由中国信息通信研究院牵头，组织中国电信集团公司、中国移动通信有限公司研究院、中国联合网络通信集团有限公司、北京小米移动软件有限公司、佛山企帅数字科技有限公司、宁波奥云德电器有限公司、瓮福（集团）有限公司、上海真兰仪表科技股份有限公司、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、杭州海康机器人股份有限公司、烽火通信科技股份有限公司相关单位共同编写。白皮书围绕业务体验和网络承载能力这两大要素，提出面向工业制造企业的业务体验分级和对应的千兆光网承载能力需求。白皮书可帮助工业制造企业理解千兆光网承载能力和业务体验的重要联系，助力企业顺利进行数字化转型；可指导千兆光网方案提供者进行工业制造企业网络建设方案优化，由管道化服务向信息化服务转型，促进市场发展。 编写单位和成员（排名不分先后）： 中国信息通信研究院：刘谦、敖立、苟书智、王芳、曹小波中国电信集团公司：孙慧、王孝明、蒋铭、李浩琳 中国移动通信有限公司研究院：李俊玮、张楠楠 中国联合网络通信集团有限公司：邵岩、孙越、孙莉北京小米移动软件有限公司：李俊峰、孙伟 佛山企帅数字科技有限公司：高显明、何啟昌宁波奥云德电器有限公司：杨勇 瓮福（集团）有限公司：濮实、齐智、李及利、赵孝峰上海真兰仪表科技股份有限公司：陈宇 华为技术有限公司：董寅、王国华、赵晓东、李坤、罗勇中兴通讯股份有限公司：张文君 杭州海康机器人股份有限公司：朱楷 烽火通信科技股份有限公司：李锐、余运南 目录 1工业制造企业数字化转型需要千兆光网业务体验升级助力1 2工业制造企业千兆光网业务体验分级3 2.1分级原则3 2.2L0级体验4 2.3L1级体验4 2.3.1云化服务5 2.3.2安防门禁5 2.3.3安防监控6 2.3.4生产调度管理系统互联7 2.3.5数采7 2.3.6PDA扫码8 2.4L2级体验9 2.4.1智能AI视频监控10 2.4.2AGV智能仓储10 2.4.3机器视觉12 2.4.4PLC协同14 2.5L3级体验14 2.5.1数字孪生15 2.5.2AR辅助装配16 2.5.3PLC虚拟化17 2.6总结18 3工业制造企业数字化转型需要千兆光网提升承载能力20 4工业制造企业千兆光网承载能力需求24 4.1L0级体验对千兆光网业务承载能力需求24 4.1.1工业高可靠、全光大带宽、确定低时延需求24 4.1.2柔性大连接、绿色高安全、极简智运维需求25 4.2L1级体验对千兆光网业务承载能力需求26 4.2.1工业高可靠、全光大带宽、确定低时延需求26 4.2.2柔性大连接、绿色高安全、极简智运维需求27 4.3L2级体验对千兆光网业务承载能力需求28 4.3.1工业高可靠、全光大带宽、确定低时延需求28 4.3.2柔性大连接、绿色高安全、极简智运维需求31 4.4L3级体验对千兆光网业务承载能力需求32 4.4.1工业高可靠、全光大带宽、确定低时延需求32 4.4.2柔性大连接、绿色高安全、极简智运维需求34 5总结与展望35 5.1网络承载能力决定业务体验级别36 5.2推动工业制造企业内网网络分级标准化，驱动产业协同发展37 1工业制造企业数字化转型需要千兆光网业 务体验升级助力 中央地方相继发布相关政策，大力支持千兆光网助力工业制造企业进行数字化转型。当前，我国已建成全球规模最大、覆盖广泛、技术领先的光纤网络，但光纤网络的垂直行业应用市场仍有待培育。为此，从中央到地方密集出台相关政策支持光纤网络在垂直行业应用部署。《“十四五”信息通信行业发展规划》提出要推动全光接入网进一步向用户终端延伸，推广实施光纤到房间、到桌面、到机器。 《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年）》提出要在工业、交通、电网、教育、医疗、港口、应急公共服务等典型行业开展千兆虚拟专网建设部署。同时，上海市、山东省、深圳市等省市也陆续出台地方政策，促进千兆光网在垂直行业的应用部署。2022年全国首届“光华杯”千兆光网应用创新大赛上，工业制造领域的千兆光网创新应用案例数量和质量均居首位，从所有垂直行业千兆光网应用中脱颖而出，成为千兆光网垂直行业应用的排头兵。 数量庞大的工业制造企业数字化转型需要建设千兆光网提升业务体验。据国家统计局统计数据，截至2020年底全国登记 在册的工业制造业企业共计384万个，涉及21个大类行业。如此数量庞大的制造企业的数字化转型存在较大差异：有的企业需要研发设计、协同办公，有的企业需要生产制造、产线管理，有的需要客户管理、市场营销等云化服务需求；有的企业需要与产 业链各方实现设备共享、产能对接、生产协同……。而当前工业制造企业内网经常存在卡顿和丢包导致数据传输质量下降、广播风暴频发造成整网瘫痪、云业务无法保障服务质量、内/外网访问模式复杂安全事故频发、内网人工现场运维效率低等问题，导致企业数字化转型中阻力重重，急需通过建设千兆光网提升业务体验支撑企业顺利进行数字化转型。 面向工业制造企业的千兆光网业务体验需要分级指导，有的放矢助力企业转型发展。工业制造企业内网业务体验涉及因素众多，除了正常办公需求外，企业的数字化转型需求千差万别，需要聚焦业务体验的共性关键影响因素，才能助力大规模的工业制造企业顺利转型发展。面向工业制造企业的千兆光网业务体验分级，聚焦影响企业内网业务体验的关键共性因素，不但可以帮助工业制造企业理解千兆光网承载能力和业务体验的重要联系，助力企业顺利进行数字化转型；还可以指导千兆光网方案提供者进行工业制造企业网络建设方案优化，由管道化服务向信息化服务转型，促进市场发展。 2工业制造企业千兆光网业务体验分级 2.1分级原则 工业制造企业内网的业务体验分级基于ISA-95标准制造架构中的基本分层原则，自顶向下的分级。在工业制造企业内网以支撑生产管理为核心，逐步从IT办公应用深入到现场设备控制，同时伴随着云计算、数字孪生、人工智能、大数据、XR等新技术持续渗透在生产过程的每一个环节，最终达到IT、OT网络全面融合的过程中，逐级提升内网支撑企业数字化转型的要求。千兆光网作为工业制造企业主流的内网建设模式，其业务体验分级遵从工业制造企业内网的业务体验分级，如图1所示。 图1工业制造企业千兆光网业务体验分级原则示意图 根据上述分级原则，本白皮书提出L0-L3四个级别的工业制造企业千兆光网业务体验，其中L3级体验代表了未来工业制造企业千兆光网业务体验的发展方向。 2.2L0级体验 固定电话语音，上网浏览，语音文本消息，小文件传输是工业制造企业经验管理常用的基本应用，千兆光网支撑的这一类业务体验，归为L0级体验。 对于固定电话语音业务，企业关注的体验主要是语音通话的质量。千兆光网的时延和丢包率会影响语音单通、静音、杂音、回声、语音断续和掉话等语音通话的质量。 对于上网浏览业务，企业关注的体验主要是网页首屏呈现时间。千兆光网转发时延、丢包率、带宽会影响首屏呈现时间。 对于语音文本消息业务，企业关注的体验主要是语音文本消息的响应时间。千兆光网时延和丢包率影响语音文本消息的相应时间。 对于小文件传输业务，企业关注的体验主要是文件的传输速度。千兆光网的时延和丢包率会影响文件的传输速度。 2.3L1级体验 千兆光网支撑的业务从企业经营管理向生产综合管理和子系统控制延伸，除了支撑L0级相关体验的业务，还可支撑云化服务、安防门禁、安防监控等企业经营活动相关的业务，同时 还可支撑生产调度管理系统互联等生产综合管理相关的业务，以及数采、PDA扫码等子系统监控相关的业务。千兆光网支撑上述所有业务是企业数字化转型的最根本需求，归为L1级体验。 2.3.1云化服务 在传统的IT部署模式中，企业将办公系统，如数据库，文档数据，以及各类应用服务器，都部署在自建机房。由于云计算在成本、稳定性、安全和效率方面已经远远超过了传统的IT架构模式，企业上云后综合成本大幅下降，稳定性提高数倍以及安全性有很大的保障。随着云计算的普及，越来越多的企业，将办公系统部署在云端，是提高企业核心竞争力的主要途径。 云化服务业务包含云文档类应用（如Office365/腾讯云文档 /WPS云等）、浏览器/服务器模式（B/S）类应用和客户服务器模型（C/S）类应用三大类：云文档应用包括浏览和编辑文档（包括Word、PowerPoint等）操作；B/S类应用包括新建、查询数据、浏览信息等操作；C/S类应用包括查询数据、新建表单等操作。 用户感知到的云化服务体验KQI主要指标是操作响应时间。操作响应时间定义为用户通过键盘、鼠标进行一个输入操作，到看到云上办公应用程序完全展示这个操作的对应界面信息所需 要的时间。 网络的时延过大，会导致操作响应时间长、画面刷新慢等体验问题。 2.3.2安防门禁 安防门禁安全管理系统是新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子、机械、光学、计算机技术、通讯技术、生物技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施，适用各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间、智能化小区、工厂等。在数字技术网络技术飞速发展的今天门禁技术得到了迅猛的发展，门禁系统早已超越了单纯的门道及钥匙管理，它已经逐渐发展成为一套完整的出入管理系统，它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。 门禁系统又称出入管理控制系统(ACCESSCONTROL SYSTEM)，是一种管理人员进出的智能化管理系统.概括就是管理什么人什么时间可以进出那些门，并提供事后的查询报表等等，常见的门禁系统有：密码门禁系统、非接触卡门禁系统、指纹虹膜掌型生物识别门禁系统等。门禁系统近几年发展很快，被广泛应用于管理控制系统中。传统的门禁系统多采用串口方式，传输距离和节点数量都受到限制，基于TCP/IP的网络化门禁系统应运而生，它不但解决了远距离的传输问题，在管理方面，也使更多服务器、工作站的参与成为可能，从而为客户提供多级、多模块的门禁管理。用户感知到的安防门禁体验KQI主要指标是门禁识别响应时间。识别响应时间为输入门禁识别信息，到门禁打开所需要的时间。 网络的时延过大，会导致操作响应时间长、响应慢等体验问 题。 2.3.3安防监控 完整的安防监控系统是由摄像、传输、控制、显示、记录登记5大部分组成。摄像机通过网络线缆或同轴视频电缆将视频图像传输到控制主机，控制主机再将视频信号分配到各监视器及录像设备，同时可将需要传输的语音信号同步录入到录像机内。通过控制主机，操作人员可发出指令，对摄像机的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作，并可通过视频矩阵实现在多路摄