TSN协同高品质工业园区技术蓝皮书

TSN协同高品质工业园区技术蓝皮书 工业互联网产业联盟 2025年1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 编写说明 《TSN解决方案白皮书》发布后引起各行业的广泛讨论，为企业网络IT和OT融合指引了方向，各企业逐步将TSN解决方案纳入网络顶层规划或企业建网标准中。但是受限于TSN生态的发展、TSN设备当前不能低成本生产等因素，直接将企业网络切换到TSN目标网络的时机还不成熟。 本蓝皮术以《TSN解决方案白皮书》为目标架构，以当前主流应用的确定性、高可靠、无线化和智能化技术为基座，将TSN网络及其技术通过融合、转接等方式协同起来，打造一张融合网络。网络建设中既能实现IT与OT网络的融合，达到数据上得去、智能下得来的目标，又能将老旧网络逐区域替换到TSN目标网络，最终平滑演进到端到端TSN目标网络架构，避免一次建设造成投资浪费。因编者水平有限，难免存在错误和不足，欢迎业界专家和读者批评指正，后续我们将持续扩大应用、适时修订发布。 牵头编写单位：中国信息通信研究院、华为技术有限公司 参与编写单位（排列不分先后）：中国移动研究院、中国电信研究院、中国联合网络通信有限公司青岛分公司、北京数字基建投资发展有限公司、北京天玛智控科技股份有限公司、古井集团责任有限公司、海尔智家 编写组成员（排列不分先后）：张浩、张恒升、赵亮、苗甫、吴彦君、刘鹏、蒋铭、陈洁、朱瑾瑜、高思伟、孙健、邵梅、张涛、张瑞超、何涛、赵能钰 目录 1工业园区网络发展趋势.............................................................................................................................................3 1.1工业园区网络发展趋势.......................................................................................................................................................31.2工业园区网络面临的挑战..................................................................................................................................................31.3TSN技术加快下一代工业网络架构演变......................................................................................................................5 2.1需求来源...................................................................................................................................................................................72.2方案简介...................................................................................................................................................................................92.3方案价值................................................................................................................................................................................13 3TSN协同关键技术......................................................................................................................................................15 3.1确定性.....................................................................................................................................................................................153.2高可靠.....................................................................................................................................................................................173.3无线化.....................................................................................................................................................................................193.4智能化.....................................................................................................................................................................................21 4.1工业制造园区网络应用场景分析..................................................................................................................................234.2泛工业生产网络应用场景分析......................................................................................................................................25 1工业园区网络发展趋势 1.1工业园区网络发展趋势 2015年5月，中国国务院正式印发《中国制造2025》，并将“中国制造2025”定位于国家战略高度，发文首次在国家层面提出工业网络各要素的互连互通要求。2017年11月，《关于深化“互联网+先进制造”发展工业互联网的指导意见》正式发布，意见中强调了“夯实网络基础”的重大目标，旨在大力推动工业网络互联的基础设施建设、改造和升级。2020年4月，随着国家发展和改革委员会在新闻发布会上首次明确了“新基建”的范围——包含以5G、工业互联网和物联网为代表的通信网络基础设施，工业互联网的网络体系建设再次被推向顶峰。2020年12月，工信部发布了《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》，文件中颁布了“网络体系强基计划”，对工厂内外网、设备网联等多个网络领域的发展提出了明确的要求，确定性网络等新型网络技术被重点提及。 1.2工业园区网络面临的挑战 工业网络作为关键基础设施，为各种工业数据、产品数据和应用数据的全流程流转和无缝集成起到关键作用。为了满足工业网络的需求，传统的网络技术面临新的挑战，如工业领域的自动化控制场景需要解决端到端的确定性传输问题、网络的运维管理要满足工业的部署场景要求。 网络对确定性时延要求越来越高 传统以太/IP网络主要服务于办公互联网、消费互联网，基本没有考虑工业领域的自动化控制、运动控制等场景，在数据传输的时延、抖动、可靠性等方面需要有新的技术突破，才能满足工业网络的严格要求。比如，现场级的自动化控制系统对确定性的数据传输时延要求非常严格，在一些高精度机床上的运动控制的指标甚至要求达到1ms以下。 各类终端的无线化接入需求愈发强烈 各行业例如工业、电力等都在以未来提高灵活性和多功能性、改善资源效率及成本效益为主要目标。无线通信可以解决有线的部署和维护问题，降低部署和维护成本，可以支持更高的移动性、更方便产线的灵活配置。随着其通信性能越来越接近有线通信性能（例如低时延、高可靠等），越来越多的应用将采用无线的方式进行通信，尤其在未来的智能工厂将采用灵活的模块化生产系统，而不是静态顺序生产系统，这包括更多的设备移动和多功能生产资产，这就需要强大而有效的无线通信技术和本地化服务。 网络的可靠性要求显著提升 传统的园区以太/IP网络主要服务于办公网络，虽然在可靠性方面具有一定的能力，但是面向工业生产还需要进一步增强这些能力。传统园区总的办公、视频监控等业务对可靠性要求不高，亚秒级甚至秒级故障倒换即可满足要求。工业现场的控制业务往往都在毫秒级，这样就要求保护倒换要更快，甚至要达到亚毫秒级。 运维管理需要更加智能 随着社会经济的发展、科技的进步，工业生产的规模越来越大、复杂性也越来越高，需要联接的人、机、物越来越多。据测算，到2030年，全球联接数将增加到3000亿。与此同时，工业生产领域的少人化、无人化发展促进了机器人、机器视觉、视频监控等新业务的广泛应用，这对工业网络也提出了更高的要求，不仅需要带宽更大、时延更短、抖动更小，也要求更易运维管理。工业网络运维管理的一个基本原则就是“0”工作量，即简单直接，不能给工业生产带来额外的负担。未来的工业网络需要满足如下要求。1）工业终端要做到即插即用，“0”配置。这势必要求未来的工业终端遵循一个开放、标准的协议体系。2）工业网络必须是服务化的软件定义网络。通过网络控制器的北向接口开放，按需提供自动化的联接服务，实现机器与人、机器与机器之间的无缝联接和业务与网络的融合。3）网络的数字孪生是智慧工厂数字孪生的一部分， 采用随流网络测量、大数据分析、智能化预测等新技术，预测故障的可能发生点，提前消除风险、快速解决问题，降低运维复杂度。 1.3TSN技术加快下一代工业网络架构演变 工厂内网技术的进展比较缓慢，一直沿用基于ISA-95架构的分层网络。随着传统工控系统向新工控架构演进，整个工厂内网的架构也发生了巨大变化，传统工业网络的架构也需要进行变革。 得益于数据通信技术的快速发展，采用IP化的网络方案进行互联互通