2024年新型工业网络体系架构报告

中国信息中国信息通信研究 中国信息 新型工业网络体系架构 信息通 院中国信 中国信息通 中国信息通信研究院 汤立波 中国信息 息通信研究院 中国信息通信 息通信研究院 国信息通 X 工业网络进入发展新阶段 信息通 中国国信息通信 口工业网络是企业用于研发、生产、办公、经营等活动的网络，涵盖工业控制网络和工业信息网络两个层次，是 连接生产各环节人、机、料、法、环、测的重要基础设施。 第一次工业革命 第二次工业革命 第三次工业革命 第四次工业革命 （机械化） (电气化） （自动化） （智能化） S 蒸汽机铁路/钢铁电力电气石油/汽车互联网、计算机工业互联网人工智能 17931873 高息通信研究院 中国信 1900197019892012 工业网络1.0（模拟电路） 国信息通 信研 息通信研究院 工业网络2.0（数字网络） 工业总线工业以太网新型工业网络 点到点中通信国，信息通信 功能单 究院 局部互联， 支撑自动化 工业5GITSN\AI开放自动化边缘计算 全面互联， 全面智能化 三大驱动力促进工业网络代际更新 国信息通信 技术创新推动应用需求牵引生态重构加速 新技术不断创新代，工业与产业升级和数字化转型驱动工产业链日趋开放，加速工业网 ICT技术加速融合业应用不断创新络生态重构 5G、云计算、软件定义网络从解决企业和生产环节内部连开放标准、开放源代码和开放等技术逐步成熟，加速向工业接的简单传输网络，向业务驱接口等趋势，促进七国八制的领域各场景拓展应用动的全融合、智能化网络演进封闭工业网络向全要素互联协 同的开放网络方向演进 以大模型、大数据为代表的智从控制、采集等基础简单场景工业网络和控制厂商、IT厂商 能化技术快速送代，成为为工向柔性生产、远程操控、协同电信运营商、设备制造商等加 业智能发展的加速器设计等复杂场景演言进研究防 产业阵营，激发OT-IT-CT产业 链重构 激发工业网络向具备新特征新架构、新体系的新型工业网络发展 X 新型工业网络五大新特征 信研 信息通 信息通信研究院 究院 中国中国信息通信 1泛在互联 2确定承载 3控网算集成 全连接，从生产现场到云端，通过网联场景确定性，例如车间级网络亚毫秒级，园.算+网，通过计算资源网络化的协同调度技术实现人、机、料、法、环、测全面区级网络毫秒级，城域级网络10毫秒级。构建面向工业管理和控制的算网基座。 覆盖。技术确定性，通过TSN、DETNET、5GDN算+控，工业控制设备向通用化演进，算控无线化，以5G为代表的新型无线技术占等不同类型网络技术协同融合，实现端到端资源一体化部署、动态分配。 比提升，应用范围越来越广，并从生产确定性保障。控+网+算：工控、计算、网联能力进一步 外围向生产核心延展。应用确定性，面向应用呈现，通过网、算集成，提供开放化、协同化、智能化的 互操作，通过标准化的信息模型实现跨控的确定性能力协作，实现确定性的应用服体化服务。 设备、跨系统、跨厂商的数据连接和集务。 成。 息通信 HMI级化 PLCm化 新元煤矿通过井下“超干兆上行”煤矿5G专用网络 长城精工利用5G-A技术升级汽车柔性产线，解决实 某新能源企业引入“5G连接+现场算力+虚拟化工 对掘进机、挖煤机、液压支架等综采设备进行无线 际生产中设备长时间运行、磨损，常常导致传统的 控能力”的网关设备，应用于电池模组自动化组装 化改造，解决了并下设备运行过程中线缆维护量大 硬线网络故障，造成生产中断的问题。经过验证可 产线，实现对机械臂、拧紧枪、摄像头等关键设备 信号经常缺失等问题，实现对爆破全过程的高清监 达到时延4ms、稳定性99.999%的性能指标，在这 自动化控制，并承担工业网关角色，依托5G高速网 测与控制，改善一线工人的工作环境，大幅降低安 样的高速运转之下可以稳定运行不掉线，达成工业 络，无缝采集关键生产参数并实时上传5G边缘集成 全风险。 控制的场景确定性。 信息系统。 X 新型工业网络五大新特征(续） 息通信研究院 中国 研究院 中国信息通信 4开放智能 5安全可控 ·产业开放，网络各层协议解耦合，控制系统、应用系统将不再内生安全，通过增强主动防御、智能感知、协同处理等能力，实与具体网络技术强绑定，打破少数巨头对产业链的控制，推动现网络设施和数据的稳定可靠、安全可信。 产业创新开放。 ·本体智能，通过集成人工智能（AI）和机器学习等技术自身变得智数据可控，通过构建数据流转可控、数据使用可控、安全风险可 能，实现设备预测性维护、故障自愈性修复、资源智能化管理控的网络体系，满足企业对于自身数据高安全息性通要求信。研究 及模型自主训练等。 支撑智能，基于新型工业网络体系，全面支撑元宇宙、人工智能、工业大模型、数字李生等创新智能化技术在工业场景下应用。 中国信 某制造企业通过AI技术以及生成式AI技术某电子制造企业，通过新代人工 在网络运维方面投入，通过增强AIOps智能防火墙+微隔离+沙箱等措施构 （智能运维）最大程度缩短故障修复时间。建安全隔离的网络安全体系。通过 通过运维专用小模型进行健康度报告、故人工智能技术实现全局态势感知， 障闭环推荐等，结合大小模型的输出结果，对网络行为、终端行为、数据行为 使用大模型的逻辑推理和总结归纳能力，进行综合审计，优化安全策略 辅助进行多源数据的关联分析，降低运维升防护水平，将安全问题发现速度 人员的理解与操作难度提升到十分钟级， 圈片来源于网络 X 新型工业网络能力愿景 中国信 中国信息通国信息通信研究院 中国中国信息通信 无线化以太/IP化 口无线化：5G等无线占比提升，网络100%覆盖 中国 口以太/IP化：以太替换总线，IP到设备 确定化 广息道 泛在互联研究院 口确定化：资源预留，抖动<100ns 一体化口去耦合化：应用可以在各类网络之上 去耦合化 确定承载 控网算口开放化：均采用标准化的开放技术 集成口智能化：AI广泛应用于网络建运管维 通信研 开放化 开放智能 口一体化：控网算多种功能集成到一体化设备中 云化减少设备数量和管理难度 安全可控口云化：大量工业控制系统和网管系统部署在边 信息通 中 智能化可预期化 缘云或中心云 口可预期化：安全风险可预期，安全威胁可控 X 工业网络架构演进趋势 中国信 中国信息通国信息通信研究院 中国中国信息通信 ISA-95架构新型工业网络现场 中国信 企业经 形成控-网-算协同，现场、边 缘、中心三级扁平化架构 信研究 研边缘 国中 研中究心院 (ERP/PLM...)现场接入网现场算力 MES SCADADCS HMII扫猫枪移动终端 网联 中国信息通信研 边缘汇聚网边缘算力算力 中心骨干网中心算力 控制器(PLC/IPC/CNC..)中心决策 执行器/传感器 国 信息息通通信研究院 中国信息通 边缘管控 工控现场执行 国信 X 新型工业网络体系架构（控网算一体化） 中国信息通信 新型工业网络是面向新型工业化创新、开放、协调、绿色发展，通过OT（运营技术）、IT（信息技术）、CT（通信技术）、DT（数据技术）融合，构筑的泛在互联、确定承载、控网算集成、开放智能、安全可控的基础设施和技术产业体系 经营管 理决策 （工控三层）（网联三域）算力三级） 中心决策中心骨干网中心算力 ERPPLM出口踏电器办公网络网络自理系统 生产运 边缘管控 打通工 全工业盖5G边缘汇聚网连通工 边缘算力 行管控 控数据 MESSCADA流转 工业交换机营控网络网络控制器 业算力 资源 生产制 造执行 现场执行 机床 PLC 工业网关 现场接入网控制网络 传感器 现场算力 3X3 数据技术打通各层级、各系统数据流转与应用，全面赋能控-网-算 口工控体系，通过扁平开放、分层管控实现智能控制和管理 矩阵架口网联体系，通过一网到底、分域服务实现确定可靠网联 构口算力体系，通过算力覆盖、分级赋能实现智能上下贯通 X 体系架构-网联功能视图 国信息通通信研究院国信息通信 口网联视图立足于打造全维度、通用化的工业企业网络架构体系，现场域，边缘像域和中心域三域联动可以有效支 撑新型工业网络五大新特征的实现 运维管理 网络运维平台资源管理平台资源编排平台>中心域实现企业内部网络互联管理 及对外连接，提供高带宽、高确定 确定性光骨干网确定性路由骨干网 大二层算力网络 中心骨干网中心决策400GOTN核心路由器云原生网络设备 TOLT网络控制器VXLAN交换机 中心韩力 和高智能的连接和管理能力。 边缘域实现工厂内系统间互联，提 WIFI管理工业光网 三层数通以太网蜂宽网络 边缘汇聚网 边缘管控 WF管理饮件工业光ROTN网练控制器网控器5OC供差异化组网、确定性承载等网络 WIFIAC工化光网OLT国区文牌机SGUPF能力，实现工业数据的汇聚。 WIAPANOIGKIKTTSNOB 现场接入网 现场执行工业以太网现场域实现车间内人机物接入，通 过多种网络技术的通信模块和端设 al现场幕力备，连接生产现场全要素 未来网联三域将呈现出现场域异构网络融合，边缘域高质量承载网络组合、中心域云化网络协同 的发展趋势。 X 体系架构-工控功能视图 通信研究院国信息通信 口随看新一代信息通信技术与工业控制深度融合，工控架构正遂步演变成为“控制+计算为核心”的云-边 端三层体系架构 中心实时虚拟机非实时虚拟机开发生态开放化 中心决策 承载集中化控制功能，以及 骨干中心 云化逻辑控制分布式协同模型训练控制编排中心 非实时的调度编排、模型训 研究院 决策云化过程控制云化SCADA智能调度优化控制优化分析算力 通用硬件层（超整合一体机、运营商MEC、A计牌服务器......）介 练等功能。 实时虚拟机非实时虚拟机 软件服务化边缘管控 逻钢控制过程控制 边缘爱拟化边缘虚拟化智能分析推理数据处理边缘以实时+非实时虚拟机方式 边缘算力承载逻辑、运动、过程等实 汇聚边缘边缘虚拟化 边绿连拟化高精交互优化多模态物联/感知时功能，以及物联、视觉等 网管控 SCADA 先进过程 控制 密运动控非实时功能。 O模块物联分析视觉分析硬件通用化 通用硬件展IPC、网关盒子等）现场执行 现场现场 现场执行般内嵌在执行 接入现场执行 远程10步进/伺服机械得智能仪表码能摄像头福能传感器 算力 设备智能化 传感系统中智能化能力逐 步增强。 硬件通用化和软件服务化将成为新型工业控制的重要演进方向 X 体系架构-算力功能视图 中国信息通 中国中国信息通信 口“算力是智能通现的动力引擎”，算力规模直接决定了人工智能、、大数据等技术的实际效能。 中心决策 Leon 中心算力是集中式的算力资源中心 运营商数据中心一般以工业云的形式存在，具有大 其力网络亮度平台 中心中心数据分析与决策能力。 骨干网算力 边缘管控边缘算力是由靠近生产线的智能计 研究院 边缘 边缘遵用应用任务任移质甩模型接口互换作韩理运维运营商边缘 云边精密协同 算设备组成，满足工业应用实时性 需求及部分非实时性需求。 汇聚网薄力工金控制院用工业植型协汉转换安全防护MEC 现场执行现场算力是工业现场的本地算力 现场现场 边端精密协同 实时性最强，计算能力相对较弱 接入网算力 群智协局 实现数据采集、控制逻辑、本地训 练等任务。 未来的工业算力将呈现出“分层调度、紧密协同、智能赋能”的趋势 X 新型工业网络技术体系 中国信息通（通信研究院 中国中国信息通信 口新型工业网络技术体系融合工控、网联、算力三维度的技术，共同促进物理与数字世界的深度 融合，支持工业领域新型业务的创新升级。X信息通研究院 中国研究院 中国 新型工业网络技术体系 工业控制互操作技术转发技术工业算力构建技术 算力 网联虚拟化工控编排、工控信息现场总线、工业无线、TSN存算一体、异构算力构建、 模型等5G、工业确定性网络等深度学习DPU等 工控 信息通信研究院 工业控制编程技术管控技术工业算力管控技术 开放自动化、虚拟化控制、柔性编排、数字李生网络、确定性线程