工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2022年）

追光计划-工业领航行动系列成果 工业制造企业千兆光网 建设指南白皮书（2022年） 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”正式启动，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建设指南白皮书（2022年）》 （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，组织工业制造企业、电信运营商、设备厂商等产业链相关单位共同编写，主要参加单位有中国电信集团公司、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。白皮书聚焦电子器件制造、金属加工机械制造、汽配配件制造、化工、泵阀门类机械制造、通用仪器仪表制造等六类行业，深入分析各类企业的数字化转型痛点和需求，梳理其千兆光网的建设目标、建设原则、建设内容和建设路径等，为企业开展数字化转型、推进千兆网络建设提供参考。 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、曹小波 中国电信集团公司：孙慧、吴程科、邓斯钧、王孝明、张君霄、杜喆、白杰、蒋铭 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：王泽林、邵岩、孙越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：杨晓勇濮实齐智李及利赵孝峰陈前锋 上海真兰仪表科技股份有限公司：陈宇 华为技术有限公司：赵晓东、董寅、王国华中兴通讯股份有限公司：肖理 目录 前言i 目录iv 1概述1 1.1工业制造企业千兆光网的内涵1 1.2工业制造企业千兆光网典型技术2 1.2.1工业PON技术3 1.2.2可靠性保障技术3 1.2.3网络切片技术4 1.2.4多协议兼容技术4 1.2.5智能运维技术4 1.2.6低时延确定性技术5 1.2.7边缘计算技术5 1.2.8远程供电技术6 1.2.9融合组网技术6 2建设目标7 3建设原则11 4建设内容13 4.1电子器件制造领域13 4.1.1建立数字化的生产调度管理能力14 4.1.2构建厂区智能化仓储物流16 4.1.2产线部署机器视觉检测17 4.1.3生产现场的装配辅助18 4.1.4构建工业PON千兆光网承载底座19 4.2金属加工机械制造领域21 4.2.1构建设计与生产环节互动的PDM系统22 4.2.2建立生产数据分析显示中心25 4.2.3建立智能化的仓储物流系统26 4.2.4构建工业PON千兆光网承载底座27 4.3汽车配件制造领域30 4.3.1实现自动化、精细化的汽车配件质量追溯31 4.3.2构建汽车配件生产服务智能化平台33 4.3.3建立视觉监测系统34 4.3.4构建工业PON千兆光网承载底座35 4.4化工领域37 4.4.1建设智能环保监测系统38 4.4.2建设智能安全监测系统39 4.4.3建设智能检斤系统39 4.4.4构建工业PON千兆光网承载底座40 4.5泵、阀门及类似机械制造领域43 4.5.1部署视觉检测，提升产品工艺44 4.5.2建立生产质量控制和追溯能力45 4.5.3建立供应链协同生产机制46 4.5.4构建工业PON千兆光网承载底座47 4.6通用仪器仪表制造领域49 4.6.1建立生产质量追溯机制50 4.6.2完善企业的信息化管理水平51 4.6.3构建工业PON千兆光网承载底座52 5建设路径55 6规划设计57 6.1ODN网络规划58 6.2设备部署位置规划60 6.2.1OLT设备部署位置60 6.2.2工业ONU的部署位置60 7运营模式62 8缩略语64 1概述 1.1工业制造企业千兆光网的内涵 在工业制造企业，千兆光网通过光纤网络互联企业的生产要素，为用户提供兼具保障性和扩展性的组网方案。工业制造企业可以通过建设一张全光网覆盖企业的工业园区、企业管理和生产网络，实现生产过程管理、厂区监控、企业办公的统一接入，完成人、机、物的全面互联。除此之外，还可以按照企业发展需要将千兆光网与工厂内现有网络相结合，实现千兆光网与工业以太网、5G、Wi-Fi等网络技术的融合组网，为企业提供更加全面的数字化转型网络底座。工业制造企业千兆光网的体系架构如图1所示。 图1工业制造企业千兆光网架构图 工业制造企业千兆光网除具备传统光纤网络的特点，即大带宽、低时延、抗电磁干扰等，还具备以下六大特点： 一是设备自主可控。千兆光网设备已实现国产化，设备自主可控程度高，可以保证企业的信息安全自主治理的要求。 二是设备成本低。千兆光网具有国际标准化的设备体系和统一的接口类型，支持异厂家设备的互联互通，设备成本低。 三是高可靠高安全。千兆光网具有线路保护倒换和链路聚合功能，当出现部分节点失效时，网络中其他节点仍能保持正常通信。千兆光网具有切片功能，提供生产网络与其他网络的独立运行，确保生产网络的信息安全性。 四是节点自由增删。当工业制造企业产线升级或生产业务、流程变动时，需要对已部署的千兆光网新增或减少网络节点，千兆光网在增减节点时能够确保正在运行的其他网络节点不受影响。 五是兼容众多协议。千兆光网设备支持协议转换功能，可将工业现场设备繁多的通信协议映射为统一的协议类型进行传输。 六是自主运营管理。千兆光网可在工业制造企业内部设置管理平台，管理平台简单易用可视化程度高，提供设备的自主运维和管理能力，使生产、管理数据均不出企业。 1.2工业制造企业千兆光网典型技术 1.2.1工业PON技术 工业PON技术除具有传统PON系统的功能外，还支持可靠性保障、网络切片、多协议兼容、智能运维、低时延确定性、边缘计算、远程供电、融合组网等技术（详见1.2.2-1.2.9节）。基于工业PON技术，可以实现工业制造企业OT和IT融合组网及工业数据的可靠采集与传输。此外，工业PON也可用于部署企业的办公、监控网络，综合承载企业的管理和监控信息数据。 工业PON系统由局端OLT(光线路终端)、用户端工业ONU(光 网络单元)、连接局端和用户端设备的ODN(光分配网络)组成，其中ODN由光纤和一个或者多个无源光分路器等无源光器件组成，其组成如图2所示。 图2工业PON系统组成 1.2.2可靠性保障技术 可靠性保障技术涉及光纤链路的保护以及设备的保护。光纤链路的保护技术主要有TypeB和TypeC保护方案。 TypeC对光链路和PON设备（ONU上联双PON口）都保护，可靠性最高；TypeB对光链路保护，可靠性较高。 设备的保护技术主要有双归属保护和单归属保护。双归属保护部署2台OLT互为保护，设备可靠性最高；单归属保护部署1台OLT，通过OLT上两个PON口互为保护，设备可靠性较高。 1.2.3网络切片技术 千兆光网统一承载工业制造企业的多种类型业务时，采用网络切片技术可以实现不同场景的网络隔离，将一张全光物理网络虚拟为多张逻辑上隔离的网络，分别承载生产制造、安防视频、企业办公业务等多种业务，实现业务隔离，管理独立，差异化转发等能力，保证工业制造企业千兆光网的信息安全。 1.2.4多协议兼容技术 工业现场设备种类繁多，接口和总线协议不统一，多数工业现场设备是非标总线接口和非标总线协议。为了实现设备的互联互通，实现设备数据采集，需要通过多协议兼容技术将不同的网络和通信协议映射成统一协议，各种网络和协议之间通过统一协议实现信息的交互，实现工业现场通信协议的统一，降低设备组网的难度，实现访问的统一性。 1.2.5智能运维技术 工业制造企业的网络属于自有网络，根据企业的网络运维能力和安全要求，企业需要选择是否独立进行网络资源管理和运维。随着工业企业网络规模和复杂度的持续增加，网络运维的 复杂度也在不断增加,急需通过自动化措施来降低对运维人员的技能要求，降低OPEX。千兆光网的智能运维技术可以实现网络性能感知，实时检测网络的运行性能、健康状态（如网络带宽、时延、误码丢包等），并支持对网络实时性能数据进行综合分析 和处理。此外通过结合人工智能技术可以向用户提供网络故障 自动检测和网络状态主动预测能力，帮助企业降低运维门槛，节约运维成本。 1.2.6低时延确定性技术 工业制造企业在远程工业控制、机器人协同作业等应用场景不但对千兆光网有低时延有明确要求，更要求千兆光网能够保障时延抖动不能过大，即千兆光网具备确定性时延技术，实现“准时、准确、快速”的数据传输。 此外，千兆光网还应具备针对时延及其确定性的度量能力，通过标准化的时延和抖动测量方法，包括随流测量和带外测量等各种机制，在不过度消耗系统资源的前提下对时延和抖动进行准确度量，实时监测网络情况，确保企业生产需求。 1.2.7边缘计算技术 在工业制造企业中，生产工程的预测性维护、产品的质量监测以及流程优化方面对生产过程数据的处理需要即时准确。为此，千兆光网需要采用边缘计算技术在靠近机器或数据源头的网络边缘侧进行数据预处理、存储以及智能分析应用，有效降低数据处理时延和传输时延、提升计算效率、消除网络堵塞， 并与云端数据分析形成协同。 此外，千兆光网集成部署边缘计算算力，还可以按需运行各类第三方应用，如定制化网络功能（防火墙、NFV技术等）、企业IT系统和制造管理系统等行业应用，降低企业投资成本。 1.2.8远程供电技术 由于工业现场环境复杂，在工厂内经常存在现场通信设备或接入网络的监控设备等供电困难的问题。千兆光网具有无源、长距离接入、抗干扰的特点，针对需要远距离通信的现场通信设备可以部署光电混合缆，使数据通过光纤承载的同时还可以为工业现场的通信设备提供额外的供电能力。此外，还可以采用支持远程供电能力的通信设备为接入网络的摄像头等设备供电，以保障部署的灵活性。 1.2.9融合组网技术 工业网络在建设时，会根据用户需求、产品特点、接入终端类型、建网投资情况等按需部署网络。千兆光网采用光纤组网，适合承载固定设备的接入，适用于固定位置大带宽尤其是大上行、无源化抗电磁干扰的应用场景，但同时千兆光网具有融合组网特性，网络可以提供固定区域内的Wi-Fi连接能力，用于接入承载各类无线终端数据。 2建设目标 工业制造是中国国民经济基础，近几年中国工业制造行业实现了快速发展，行业整体技术水平得到进一步提升，高端工业制造业与国际上发达国家的差距正在逐渐缩小。国内也逐渐涌现出一批具有较强竞争力的工业制造企业。随着新型网络技术、数字化浪潮的到来，工业制造企业迫切希望通过数字化转型提高企业的综合竞争力，实现降本增效。作为建设企业数字化能力的基础，网络建设需要先行，为企业提供高性能、高可靠和高性价比的信息承载能力。千兆光网作为新型的网络技术具有大带宽、高可靠性、低时延的网络特性，可以作为企业的数字化转型的坚实底座。图3是工业制造企业千兆光网建设目标。建设目标分为五层，