工业光网白皮书（2021年）工业互联网产业联盟（AII）2021年4月 声明本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、观点、建议，不构成法律建议，也不应替代律师意见。本报告所有材料或内容的知识产权归工业互联网产业联盟所有（注明是引自其他方的内容除外），并受法律保护。如需转载，需联系本联盟并获得授权许可。未经授权许可，任何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转载、汇编、转让、出售等方式使用，不得将报告的全部或部分内容通过网络方式传播，不得在任何公开场合使用报告内相关描述及相关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。工业互联网产业联盟联系电话：010-62305887邮箱：aii@caict.ac.cn 前言工业互联网作为我国新基建的国家战略肩负着产业升级和提高高端设备制造生产能力的重大发展使命。我国的工业企业前期发展主要聚焦在工业生产自动化和管理信息化上。随着工业互联网技术的发展，越来越多的工业企业希望以工业互联网为抓手提高生产效率、良率，以及实现生产管理智能化。在众多的工业互联网技术中，工业光网凭借其高效、灵活、易管控等网络特点使其作为工业互联网中有线网络的一种部署方案涌现出来。工业光网采用光通信技术互联工业企业生产要素，以光纤作为传输媒质，使网络具有高带宽、低时延、低损耗、抗干扰等特点，可满足企业在智能制造的生产及管理过程中对网络性能提出的要求。我国作为全球最大的全光基础网络部署国，光产业蓬勃发展，可以提供面向不同工业场景下光互联的整体解决方案。本文档对工业光网的概念、架构、应用范围及行业部署场景等多个方面进行了阐述。本文档由中国信息通信研究院牵头，工业互联网产业联盟多家成员单位参加编写完成。主要参与单位有：华为技术有限公司、中国电信集团有限公司。牵头编写单位：中国信息通信研究院参与编写单位：华为技术有限公司、中国电信集团有限公司编写组成员（排名不分先后）：中国信息通信研究院：曹小波、刘谦、张恒升、汤瑞华为技术有限公司：李汉国，张彦兵，罗秋雁，程雨，黄琨中国电信集团有限公司：孙慧、金嘉亮、蒋铭 目录一、工业光网概述.......................................................................1（一）工业光网的建设背景.............................................1（二）工业光网的概念.....................................................4（三）工业光网的总体架构.............................................6二、工业光网的应用范围和行业部署场景............................8（一）工业光网的应用范围.............................................8（二）工业光网的行业应用场景...................................11三、工业光网的典型技术.......................................................27（一）工业OTN................................................................27（二）工业PON...............................................................30（三）工业光总线...........................................................35（四）其他.......................................................................39四、工业光网的建设建议.......................................................43（一）建设目标...............................................................43（二）建设原则...............................................................44（三）建设思路...............................................................44五、工业光网的发展趋势.......................................................45附录：现场勘查.......................................................................47 1一、工业光网概述（一）工业光网的建设背景2015-2016年国务院相继发布了《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》和《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》，首先提出推动互联网与制造业融合，提升制造业数字化、网络化、智能化水平，加强产业链协作，发展基于互联网的协同制造新模式。2017年11月，国务院印发了《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，将工业互联网上升为我国“制造强国”的国家战略，《意见》指出应增强工业互联网产业供给能力，持续提升我国工业互联网发展水平，以推动现代化经济体系建设。2019年的全国两会上，“工业互联网”成为“热词”写入《2019年国务院政府工作报告》。在2020年的政府工作报告中，工业互联网成为我国新基建（新型基础设施建设）的核心战略，肩负着产业升级和企业转型高端设备制造生产能力的重大发展使命。工业互联网作为实体经济数字化转型的关键支撑，网络属性是其中重要的组成部分，是工业互联网的基础底座。它实现了生产要素之间的数据传输和传输信息间的数据理解。在实际应用中可通过有线、无线方式实现工业互联网体系相关的人机物料法环以及企业上下游、智能产品、用户等全要素连接，实现端到端数据传输，并通过数据和信息在各要素、系统间的无缝传递，使得异构系统在数据层面能相互“理解”，从而实现数据互操作与信息集成的能力。优质的网络属性是工业企业实现生产自动化和管理信息化的坚实基础。 2在我国，工业企业前期发展主要聚焦在生产自动化。企业整体的信息化建设起步较晚，工厂内部网络并未能有效、按需连接和管理全部的生产要素。企业的不同生产网间，企业与第三方平台之间也并未做到充分的互联互通。工业网络具有很大的改造与发展空间，其中包括：网络中存在信息孤岛：企业在部署工业网络时，前期主要聚焦于生产环节，而信息化、数字化建设起步较晚，导致生产管理网络未能覆盖必要的生产要素，部分生产网内仍然存在信息孤岛，无法实现按需的生产数据跨系统互通和融合分析；工业网络设备国产化率不足：随着国际关系的复杂，传统非国产化工业网络设备的使用限制开始显现，同时针对工业企业的网络攻击也频繁出现。传统工业网络设备的国产化率不高，无法做到自主可控，具有企业信息泄露的安全性风险；工业网络协议标准不统一，不开放：目前工业现场总线和工业以太网的种类繁多，协议互不兼容，工业领域缺乏一套能够兼容、转换多种协议和数据建模分析的综合性解决方案，传统工业设备的自动化信息化改造成本较高；传统设备组网结构不灵活：随着多元化的生产需求的出现，工业网络要求生产设备能够接入网络，新增设备节点可以随时加入网络但不影响网络中其他设备的运行。管理方面，用于生产设备可按需划分在不同生产域进行管理。在不同生产网间，企业与第三方平台之间也会根据管理协同的要求进行 3网络的联通。相比之下传统的工业网络缺乏灵活扩展的能力，且不同厂家设备间的壁垒依旧存在；复杂工业场景下网络部署难：工业应用场景复杂多样，部分场景的工业现场设备所处环境差，干扰大，部署端到端网络进行成产管理和控制的难度较大。工业互联网产业联盟已经发布了《工业互联网体系架构（版本2.0）》，其中明确工业互联网的部署将为传统工业网络带来融合、开放、灵活的特点，未来的工业网络将向着以下的方向发展：网络架构逐步融合：网络结构扁平化，实现IT网络与OT网络的逐步融合。此外高实时控制信息与非实时过程数据可共网传输；网络更加开放：新型网络技术将实现网络各层协议间的解耦，推动工业互联网网络技术的开放。生产全流程的数据将换为统一的协议格式通过API接口开放给上层工业应用使用；网络控制和管理更为灵活友好：网络形态灵活。支持根据业务灵活的进行网络调整，快速构建出生产环境。此外网络管理应具有友好的可视化界面；网络设备自主可控：网络设备具有一定的国产化基础，可按需为企业提供自主可控的管理能力；网络安全可靠：采用新型工业互联网技术部署的工业网络应保证在不同应用场景下安全可靠的运行。此外网络还具备保护和自愈能力。 4在工业互联网的众多网络技术类型中，工业光网凭借其高效、灵活、易管控等网络特点使其作为有线网络的一种部署形式涌现出来。工业光网采用的光网络技术已在公众电信网络中取得了广泛的应用，具有深厚的实践基础。在工业场景下，工业企业可以通过部署一张工业光网连接工业生产、环境监控与信息管理网络，降低了网络部署的层级和复杂性，为企业提供了高效、可靠的网络连接和数据互通能力。（二）工业光网的概念1.什么是光网络光网络（OpticalNetwork）通常是指采用光纤作为主要传输介质的广域网、城域网或者局域网。光网络技术不仅仅表示将数据简单的通过光纤进行传输，而是指在光纤这个基础的传输媒质上，利用先进的光电控制技术实现多节点网络互联和灵活调度，以使得网络具有天然的高带宽、低时延、低损耗、易运维、抗干扰的传输特点的网络技术。光网络已经经历了多代的发展，不仅实现了全球光网络技术标准、光接口的统一，还定义了对光信号质量监控、故障定位和配置等重要的网络管理功能。2020年2月，国际组织ETSI正式成立了第五代固定网络（F5G）工作组，研究新一代光网络，即全光网络的建设。全光网的发展目标是通过将光纤技术全面应用于各种场景，将我们熟知的“光纤到家”推进到“光联万物”。未来，光网络将向从全光联接（FFC）、增强型固定宽带（eFBB）、可保障的稳定体验 5（GRE）三个维度演进和发展，近年来通信业界高频率出现的千兆光纤网络所覆盖的关键领域，也正是全光网络所覆盖的关键领域。2.工业网络与光网络结合中国工业制造业经过近几十年的飞速发展，规模已经跃居世界第一，目前正处在转型的攻坚阶段，以完成量到质的转变，向高端制造业强国迈进。工业互联网是企业转型升级的抓手之一。与此同时，我国拥有全球最大的全光基础网络，也是光通信产业最蓬勃发展的国家之一。我国拥有多个世界领先的光通信技术公司。将光网络技术与工业相结合具备天然的条件和优势。此外光网络具有高带宽、低时延、低损耗、易运维、抗干扰的优点。这些优点可满足企业在智能制造转型升级过程中的网络需求，同时又可以保证其网络的安全、便捷和易用。3.工业光网的定义工业光网是采用光网络技术互联工业企业全生产要素的组网形式，采用光纤作为传输媒质，属于工业互联网中有线网络。工业光网不只是将工业以太网或工业总线简单承载在光纤中进行传输，而是采用已在公用电信网络中广泛应用的光网络技术，如PON、OTN技术等，为用户提供兼具保障性和扩展性的光网组网方案。企业可以通过建设一张全光网实现工业网络的生产控制、厂区监控、办公业务的统一接入等，完成人、机、物的全面互联。此外，还可以按照发展需要将工业光网与工厂内现有网络相结合，实现工业光网与工业以太网、5G、WIFI等网络技术的融合组网。 6（三）工业光网的总体架构1.工业光网的总体架构工业光网是工业OTN、工业PON、工业光总线等光网络技术的总称，整体架构示意图见图1，企业可根据实际的建网需求部署：图1工业光