工业互联网新技术

章 节

第一章：工业网络3.0

第二章：云原生&边缘原生

第三章：工业元宇宙

第四章：工业智能

第五章：5G+工业互联网

第六章：标准化、人才、视觉

 

导 读

【德尔智慧|讲座】·工业互联网新技术（将分为六个篇章逐步分享给大家），主讲人是合肥工业大学博士、博士后吕增威为大家带来的全面了解工业互联网新技术分享讲座。（致谢：由于参考来源转载或改编，版权归原作者所有，在此对原作者表示感谢！）

此篇为第一章——工业网络3.0

 

第一章：工业网络3.0

--演进、技术、内涵、驱动

01

工业革命的演进

人类大致经历了四个工业革命阶段，工业网络的演进与后三次工业革命相对应。

 

 

02工业网络的演进

 

03工业网络3.0的内涵

网络术为基础，以泛在互联、确定承载、智能极简、高效低碳为目标，全面支撑机器与平台、人与平台、人与机器的互联互通互操作。

 

 

04工业网络演进的发展驱动力

业务和技术是推动工业网络演进的主要驱动力

 

 

05工业网络3.0

全面覆盖人、机、平台交互

 

06机器与平台的连接是

工业网络3.0的核心应用场景

工业网络3.0也可以描述为工业互联网网络，这种网络是指第四次工业革命时期的工业互联网。在这个阶段，主要通过数字化通信方式实现工业设备的控制和通信。这种网络借助物联网、云计算、大数据等先进技术，实现了全面连接、智能化、远程化和高效化的工业生产，提供了全流程数据的获取和分析能力，支持跨地域、跨工厂的协同生产和远程控制，还注重资源的可持续利用和环境的低碳化，提升生产效率和生产质量。

 

07人与平台的连接是

工业网络3.0的关键应用场景

数据是智能工厂构建的基础要素，平台是数据存储、处理的主要载体，是智能化工厂的大脑。平台针对用户的具体交互请求提供信息呈现、配置下发、操作管控等功能。人始终具备最高的管理控制权限。因此，平台应建立人类教学-机器训练的系统，在机器逐步替代人类的繁琐重复操作的同时，为智慧决策升级提供交互接口。

 

 

08人与机器的连接是

工业网络3.0的重要应用场景

工业网络3.0将为人与机器之间提供多种交互方式的连接，包括鼠标、键盘、触摸屏、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、语音和手

 

◆ 基于高清机器视觉的工业环境监测、产品质量检测场景可大幅度提高生产安全性、生产效率及产品质量。

◆ 基于VR/AR的设备远程运行监测及运维正逐步成为工业互联网新型应用。

◆ 基于数字触觉技术的工业远程操控被认为将成为工业机器人发展的方向。

 

09人、机、平台全连接带来4大挑战

 

10功能架构

工业网络 3.0 需要在传统工业网络确定性转发的基础上，通过功能架构支撑进一步实现实时可靠多模互联、深度智能网络规划以及网络内生工业控制。

 

● 应用层负责识别上层业务提出的需求并将其转换为工业网络内部的各种服务指标。

● 编排层根据应用层需求为业务建模，并基于流量模型进行网络任务智能编排。

● 控制层感知当前网络状态并跨域管理网络资源，根据网络编排结果对网络设备进行管理配置，从而为上层业务提供资源保障。

● 网络层提供了工业网络的基础转发硬件的能力。

 

▲工业网络 3.0 功能架构图

 

11服务架构

工业网络设计应用行业标准杂、专业化要求高，难以找到普适性的发展模式，需要总结和凝练行业知识，形成专用的工业SAAS、工业PaaS和工业IaaS云服务模式。

 

● 工业SaaS通过网络租用的形式提供多种工业专用软件，包括机器视觉类应用、运动控制类应用、泛在物联类应用、AR/VR类应用、精准定位类应用等。

● 工业PaaS面向工业用户及工业应用开发者，提供软件运行的平台环境和接口，包括业务开发、服务编排、数据处理、建模分析、部署管理等。

● 工业IaaS面向整个企业或应用的开发者，提供基础资源的支持，包括服务器、存储器、容器、虚拟化、操作系统等。

● 工业NaaS通过将网络功能和资源以服务的形式交付给用户，实现了网络的灵活性、可扩展性和可定制性。

 

工业网络 3.0 服务架构示意图

 

12部署架构

工业3.0网络应具备网络分层、集中管控、统一接口和弹性智能等能力。在部署层次上，工业3.0网络分为边缘层、承载层、互联层。

 

● 边缘层是人、机、平台三者紧密交互的主要区域。将现有的现场网络、工厂有线无线内网融合成统一、高带宽、灵活组网、具有确定性的IT/OT共网承载能力的网络。

● 承载层网络用于实现各工厂边缘平台、企业云平台/数据中心等之间的内部互联，提供高带宽、高速率和软件定义网络能力。

● 互联层网络通常承担企业与产业资源互联数据互通的业务承载，企业内部可以通过部署NFV化的网络控制器建立一张云网融合的业务网，支撑企业开展资源配置优化和创新生态构建。

 

部署架构图

 

13关键技术

三类技术组成工业网络3.0图谱

● 转发技术领域以确定性承载为目标，依赖5G、TSN、确定性PON（Passive Optical Network）、单对双绞线SPE、无源物联网、跨域确定性网络、高可靠转发技术、增强确定性网络等技术的演进，构建内生确定性承载网络技术。

● 管控面技术领域以开放自治为目标，网络演算、柔性编排、数字孪生网络等技术的演进发展智能原生的网络运维技术。

● 融合技术领域以提升工业应用服务体验为目标，算网融合、通信感知融合、多源信息融合、有线无线融合组网等融合通信信息技术，推动网络服务能力和体验不断提升。

 

工业网络 3.0 关键技术图谱

 

14转发技术

确定性PON技术 

 

01

一种用于光纤通信网络的技术，采用单帧多突发、上行注册开窗优化、协同DBA （Dynamic Bandwidth Allocation）等新技术，优化现有 PON 系统的上行时延和抖动性能。

 

增强确定性网络技术 

 

 

 

02

解决多流并发控制、大规模网络端到端确定性时延抖动保障和多样化确定性转发技术共存等挑战。从资源层，路由层和业务层三个维度增强 Detnet架构。

 

 

15管控技术

网络演算技术 

01

在工业网络中，网络设备的时间敏感网络（TSN）或者质量服务（QoS）调度服务能力可以使用服务曲线公式进行表达。服务曲线描述了网络设备在不同负载情况下对流量的服务能力，包括时延、带宽和抖动等指标。

 

 

数字孪生网络技术 

 

02

数字孪生的首要任务是创建应用对象的数字孪生模型。通过将AI引入到网络设备中，可以实现对设备运行数据的实时处理和分析，动态补偿和优化参数，从而提高网络设备的算法精确度。