2024年新型工业网络体系架构报告

中国信息通信研究院汤立波中国信息通信 工业网络进入发展新阶段 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。 三大驱动力促进工业网络代际更新 技术创新推动 应用需求牵引 生态重构加速 产业升级和数字化转型驱动工业应用不断创新 新技术不断创新代，工业与ICT技术加速融合 产业链日趋开放，加速工业网络生态重构 开放标准、开放源代码和开放接口等趋势，促进七国八制的封闭工业网络向全要素互联协同的开放网络方向演进工业网络和控制厂商、IT厂商电信运营商、设备制造商等加产业阵营，激发OT-IT-CT产业链重构 5G、云计算、软件定义网络等技术逐步成熟，加速向工业领域各场景拓展应用以大模型、大数据为代表的智能化技术快速送代，成为为工业智能发展的加速器 从解决企业和生产环节内部连接的简单传输网络，向业务驱动的全融合、智能化网络演进从控制、采集等基础简单场景向柔性生产、远程操控、协同设计等复杂场景演进言研究防 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 新型工业网络五大新特征信研 控网算集成 确定承载 泛在互联 场景确定性，例如车间级网络亚毫秒级，园.区级网络毫秒级，城域级网络10毫秒级。技术确定性，通过TSN、DETNET、5GDN等不同类型网络技术协同融合，实现端到端确定性保障。应用确定性，面向应用呈现，通过网、算控的确定性能力协作，实现确定性的应用服务。 算+网，通过计算资源网络化的协同调度构建面向工业管理和控制的算网基座。算+控，工业控制设备向通用化演进，算控资源一体化部署、动态分配。控+网+算：工控、计算、网联能力进一步集成，提供开放化、协同化、智能化的体化服务。息通信 全连接，从生产现场到云端，通过网联技术实现人、机、料、法、环、测全面覆盖。无线化，以5G为代表的新型无线技术占比提升，应用范围越来越广，并从生产外围向生产核心延展。互操作，通过标准化的信息模型实现跨设备、跨系统、跨厂商的数据连接和集成。 新元煤矿通过井下“超干兆上行”煤矿5G专用网络对掘进机、挖煤机、液压支架等综采设备进行无线化改造，解决了并下设备运行过程中线缆维护量大信号经常缺失等问题，实现对爆破全过程的高清监测与控制，改善一线工人的工作环境，大幅降低安全风险。 某新能源企业引入“5G连接+现场算力+虚拟化工控能力”的网关设备，应用于电池模组自动化组装产线，实现对机械臂、拧紧枪、摄像头等关键设备自动化控制，并承担工业网关角色，依托5G高速网络，无缝采集关键生产参数并实时上传5G边缘集成信息系统。 长城精工利用5G-A技术升级汽车柔性产线，解决实际生产中设备长时间运行、磨损，常常导致传统的硬线网络故障，造成生产中断的问题。经过验证可达到时延4ms、稳定性99.999%的性能指标，在这样的高速运转之下可以稳定运行不掉线，达成工业控制的场景确定性。 新型工业网络五大新特征(续） 安全可控 开放智能 ·产业开放，网络各层协议解耦合，控制系统、应用系统将不再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能，实现设备预测性维护、故障自愈性修复、资源智能化管理及模型自主训练等。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。 内生安全，通过增强主动防御、智能感知、协同处理等能力，实现网络设施和数据的稳定可靠、安全可信。 数据可控，通过构建数据流转可控、数据使用可控、安全风险可控的网络体系，满足企业对于自身数据高安全性要求。息通信研究 某电子制造企业，通过新代人工智能防火墙+微隔离+沙箱等措施构建安全隔离的网络安全体系。通过人工智能技术实现全局态势感知，对网络行为、终端行为、数据行为进行综合审计，优化安全策略升防护水平，将安全问题发现速度提升到十分钟级， 某制造企业通过AI技术以及生成式AI技术在网络运维方面投入，通过增强AIOps（智能运维）最大程度缩短故障修复时间。通过运维专用小模型进行健康度报告、故障闭环推荐等，结合大小模型的输出结果，使用大模型的逻辑推理和总结归纳能力，辅助进行多源数据的关联分析，降低运维人员的理解与操作难度 新型工业网络能力愿景中国信 口无线化：5G等无线占比提升，网络100%覆盖口以太/IP化：以太替换总线，IP到设备中国口确定化：资源预留，抖动<100ns口去耦合化：应用可以在各类网络之上口开放化：均采用标准化的开放技术口智能化：AI广泛应用于网络建运管维口一体化：控网算多种功能集成到一体化设备中减少设备数量和管理难度口云化：大量工业控制系统和网管系统部署在边缘云或中心云口可预期化：安全风险可预期，安全威胁可控 工业网络架构演进趋势中国信 新型工业网络体系架构（控网算一体化） 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 体系架构-网联功能视图 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 >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，提供差异化组网、确定性承载等网络能力，实现工业数据的汇聚。 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。 体系架构-工控功能视图 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决策 承载集中化控制功能，以及非实时的调度编排、模型训练等功能。 边缘管控 以实时+非实时虚拟机方式承载逻辑、运动、过程等实时功能，以及物联、视觉等非实时功能。 现场执行 现场执行般内嵌在执行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 体系架构-算力功能视图 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。 中心算力是集中式的算力资源中心一般以工业云的形式存在，具有大数据分析与决策能力。 边缘算力是由靠近生产线的智能计算设备组成，满足工业应用实时性需求及部分非实时性需求。 现场算力是工业现场的本地算力实时性最强，计算能力相对较弱实现数据采集、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 新型工业网络技术体系 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 工业现场，实现全面接入，即时控制，设备智能；边缘汇聚，实现局部性的数据汇聚、控制和智能：中心骨干，实现全局性的数据流转、管控和云化智能。 技术适用场景分析 网联技术既包含传统的现场总线、工业以太网、工业无线，也将5G、TSN、PON等新型网络技术应用于工业领域，在转发技术、管控技术及融合技术三个方面进行进一步创新。 确定性、智能管控、多模融合是网联技术的演进方向。 新型工控在控制互操作、控制编程以及智能化方面涌现了创新技术，遂步向软硬件解耦、算网控一体、云边端协同方向演进 工控协议开放化、工控设备虚拟化，工控系统智能化成为新型工控技术发展的三大趋势 ，工业算力技术包括，将异构算力整合成可调用算力资源池的算力构建技术，实现算力精确调控的算力管控技术，实现算力、控制、网络协同的算力融合技术。 工业算力正由粗放分配向与工业流程紧密结合的精细化调度演进，支撑全域全网智能无处不在。 下一步工作：加强成果落地与产业深化中国信 体系架构蓝皮书 《新型工业网络体系架构蓝皮书》等系列成果 华为技术有限公司中国移动研究院紫金山实验室中国电信研究院北京科技大学中国联通研究院中国石油大学三旺通信股份有限公司艾灵网络普天信息工程设计服务有限公司北京东土科技股份有限公司北京瑞斯康达数字科技有限公司 中兴通讯股份有限公司北京交通大学东南电子股份有限公司中国一重北华航天工业学院...... 产业实验与落地 工业互联网产业联盟AllianceofIndustrialIntemet信研究 联合产学研用各方，搭建新型工业网络测试床，开展产业链攻关组织新型工业网络产品评测，发布产品名录