基于云網(wǎng)融合的新型工業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)研究

蘇永磊 崔健

（1.中國(guó)電信股份有限公司河北分公司，河北 石家莊 050011；2.江蘇翼企云通信科技有限公司北京分公司，北京 100007）

園區(qū)是我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聚集區(qū)，其中工業(yè)園區(qū)更是承擔(dān)著區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要使命。堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展的主題，貫徹新的發(fā)展理念，融入新的發(fā)展格局，才能推動(dòng)工業(yè)園區(qū)的高速發(fā)展，更好地賦能實(shí)體經(jīng)濟(jì)。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的不斷深入發(fā)展，工業(yè)園區(qū)的數(shù)字化、綠色化、安全化發(fā)展將成為必然趨勢(shì)。以云計(jì)算、5G、千兆光網(wǎng)等為代表的新型網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)園區(qū)信息采集、數(shù)據(jù)傳輸、智能分析的核心載體，是實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)各種應(yīng)用和服務(wù)的底層保障，以云網(wǎng)融合為基礎(chǔ)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將成為工業(yè)園區(qū)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，推動(dòng)廣大企業(yè)特別是中小企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，賦能千行百業(yè)。

一、工業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)需求和云網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)分析

（一）新型專網(wǎng)“快”速通信

隨著云計(jì)算的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的園區(qū)采用云端部署的方式搭建IT 系統(tǒng)，但是時(shí)延敏感型數(shù)據(jù)以及內(nèi)部核心型數(shù)據(jù)一般存儲(chǔ)在內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，依托邊緣算力提供智能化服務(wù)，由于更靠近生產(chǎn)環(huán)境，傳輸距離大幅降低，時(shí)延一般控制在10ms 以內(nèi)。這樣既節(jié)省了自建數(shù)據(jù)中心的高昂成本，又解決了公有云帶來(lái)的瓶頸。目前，國(guó)內(nèi)云計(jì)算市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)仍然激烈，新的業(yè)務(wù)需求對(duì)網(wǎng)絡(luò)和算力的要求也越來(lái)越高，邊緣算力的需求越來(lái)越大。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)（NFV）邊緣設(shè)施、無(wú)人駕駛、沉浸式體驗(yàn)、物聯(lián)感知等場(chǎng)景都需要實(shí)時(shí)的反應(yīng)和敏捷的算力支持，越來(lái)越多的園區(qū)數(shù)據(jù)需要在數(shù)據(jù)中心之外進(jìn)行處理和分析。

（二）云網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)分析

云端數(shù)據(jù)中心與邊緣算力協(xié)同的關(guān)鍵在于網(wǎng)絡(luò)，云網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮以下三個(gè)方面的內(nèi)容。

1.接入的多樣性

園區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備多種多樣，采用不同的協(xié)議和接口，整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理維護(hù)難度大，因此需要通過(guò)固網(wǎng)或無(wú)線網(wǎng)，搭建一張泛在的數(shù)據(jù)感知網(wǎng)絡(luò)，將各種設(shè)備數(shù)據(jù)匯聚集中并接入網(wǎng)關(guān)進(jìn)行統(tǒng)一管理。協(xié)議互通使邊緣指令可以進(jìn)行反向控制，形成整個(gè)園區(qū)一網(wǎng)到底的扁平化架構(gòu)。同時(shí)，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也提出了更高的要求，需要根據(jù)園區(qū)設(shè)備類型開(kāi)發(fā)接口協(xié)議，并確保其具備一定的計(jì)算處理能力。

2.云網(wǎng)的融合性

云邊協(xié)同的算力體系對(duì)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算的融合提出了更高的要求。一方面，網(wǎng)絡(luò)要能識(shí)別出業(yè)務(wù)的計(jì)算需求，匹配相應(yīng)計(jì)算能力；另一方面，算力資源也需要借助網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)度整合，滿足業(yè)務(wù)需求。此外，為滿足不同場(chǎng)景的差異化需求，云邊的數(shù)據(jù)隔離與管理互通也需要依靠網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度，這就要求對(duì)網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算進(jìn)行統(tǒng)一納管，通過(guò)軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（SDN）、NFV 等技術(shù)實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)資源的一體化供給，以及網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算資源的協(xié)同配置，最大化提高資源利用效率。

3.網(wǎng)絡(luò)的兼容性

業(yè)務(wù)場(chǎng)景不同使園區(qū)內(nèi)存在不同網(wǎng)絡(luò)形式，包括以太網(wǎng)、工業(yè)PON、4G/5G、Wi-Fi 等，而為實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，多種網(wǎng)絡(luò)形式需要快速接入和無(wú)縫銜接。一方面，通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)平面和控制平面的解耦，對(duì)數(shù)據(jù)管理功能、會(huì)話管理功能、用戶面功能進(jìn)行抽象處理；另一方面，還需要通過(guò)云化部署進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編排、重構(gòu)服務(wù)，根據(jù)不同業(yè)務(wù)接入類型進(jìn)行不同的轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，提升整體網(wǎng)絡(luò)的兼容性、可靠性。

二、云網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)和整體架構(gòu)

（一）云網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

云網(wǎng)融合是通信技術(shù)和信息技術(shù)深度融合的必然趨勢(shì)，針對(duì)不同類型園區(qū)的網(wǎng)絡(luò)需求，云網(wǎng)融合整合了多種關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，包括提供端到端確定性保障的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，適合分布式應(yīng)用和多云/混合云架構(gòu)管理的云原生技術(shù)，以及實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)一體化管控的算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

1.確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

確定性網(wǎng)絡(luò)是一種通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)行為來(lái)可預(yù)期、可規(guī)劃地將時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率控制在確定范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[1]。工業(yè)場(chǎng)景下更多的是機(jī)器與機(jī)器的通信，而且對(duì)于時(shí)延與抖動(dòng)等指標(biāo)并非一味追求最低值，反而是性能的穩(wěn)定性制約著工業(yè)數(shù)字化的發(fā)展。確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)覆蓋數(shù)據(jù)面、控制面和管理面三大功能平面，不同平面的不同協(xié)議需要相互協(xié)同。其中，數(shù)據(jù)面是確定性網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，確定了網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間敏感流排序和轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則；控制面包括時(shí)間/頻率的同步、資源預(yù)留、流聚合、拓?fù)渖珊吐窂竭x擇等；管理面實(shí)現(xiàn)了確定性網(wǎng)絡(luò)跨域互通管理、資源管理配置、性能檢測(cè)、多用戶配置和能力調(diào)用等功能[2]。

在工業(yè)園區(qū)中，確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)負(fù)責(zé)提供端到端的確定性服務(wù)能力，兼容各種網(wǎng)絡(luò)和云服務(wù)形式，能夠高效地使用、管理、維護(hù)、控制工業(yè)設(shè)備。

2.云原生技術(shù)

云原生技術(shù)充分利用云計(jì)算的各種性能優(yōu)勢(shì)，將應(yīng)用的全生命周期根植于云計(jì)算環(huán)境之中，從以數(shù)據(jù)為中心轉(zhuǎn)為以業(yè)務(wù)為中心，圍繞業(yè)務(wù)的開(kāi)展進(jìn)行業(yè)務(wù)部署，提升分布式資源的可用性、敏捷性和可擴(kuò)展性。該技術(shù)對(duì)上提供一組功能與接口賦能云原生應(yīng)用的構(gòu)建和運(yùn)行，對(duì)下管理數(shù)據(jù)中心級(jí)的基礎(chǔ)設(shè)施資源，將數(shù)據(jù)中心視為運(yùn)行環(huán)境?；谠圃夹g(shù)的微服務(wù)應(yīng)用架構(gòu)將工業(yè)園區(qū)應(yīng)用的每個(gè)功能分為一個(gè)個(gè)微服務(wù)，每個(gè)微服務(wù)都具有自己的獨(dú)立運(yùn)行環(huán)境、相互隔離的文件系統(tǒng)和資源保障，各個(gè)微服務(wù)之間通過(guò)API 方式進(jìn)行交互。在云原生技術(shù)中，應(yīng)用的承載資源由云資源變?yōu)槿萜?，不受底層資源的限制，可以解決應(yīng)用部署過(guò)程中環(huán)境不一致的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)一次打包規(guī)模部署。

在工業(yè)園區(qū)場(chǎng)景，云原生技術(shù)負(fù)責(zé)高效整合云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、安全等多種服務(wù)，并通過(guò)DevOps模式，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)的自動(dòng)執(zhí)行、測(cè)試、部署、分發(fā)和維護(hù)等任務(wù)[3]。

3.算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

算力網(wǎng)絡(luò)是一種分布式計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，將許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，共同完成大規(guī)模計(jì)算任務(wù)。該技術(shù)利用多臺(tái)計(jì)算機(jī)的處理能力，可以更快完成計(jì)算任務(wù)，提高計(jì)算效率。算力網(wǎng)絡(luò)也可以用來(lái)解決復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題，例如人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等。此外，算力網(wǎng)絡(luò)還可以用于分布式存儲(chǔ)、分布式計(jì)算、分布式認(rèn)證等。算力網(wǎng)絡(luò)以泛在算力資源為基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)通信為紐帶，智能化調(diào)度為核心，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)、云、邊、端、業(yè)務(wù)的高效協(xié)同與適配，滿足行業(yè)高差異化算力服務(wù)需求。算力網(wǎng)絡(luò)包含兩個(gè)方面：“網(wǎng)中有算”和“算中有網(wǎng)”。其中，“網(wǎng)中有算”指的是將算力嵌入網(wǎng)絡(luò)中，利用算力提升網(wǎng)絡(luò)的感知、資源調(diào)度和服務(wù)功能編排，從而實(shí)現(xiàn)智能高效的網(wǎng)絡(luò)算力服務(wù)[4]?！八阒杏芯W(wǎng)”指的是以云為中心，網(wǎng)絡(luò)作為連接紐帶，將離散的數(shù)據(jù)中心、超算中心等泛在算力融合，實(shí)現(xiàn)以云為中心的算力資源運(yùn)營(yíng)。

在工業(yè)園區(qū)中，算力網(wǎng)絡(luò)可以用于支持云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)智能化管理，提升工業(yè)園區(qū)的效率和智能水平。同時(shí)，還可以在網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)、工業(yè)設(shè)備互聯(lián)互通、智能工廠應(yīng)用等方面，提供更安全、更高效的服務(wù)。

（二）云網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)

云網(wǎng)融合整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一種將云計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)融合的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。它是以云計(jì)算為核心，通過(guò)SDN 和NFV，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行虛擬化和集中化管理。同時(shí)，它還包括大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能和安全的一體化監(jiān)控。整個(gè)架構(gòu)以算力網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，對(duì)邊緣云、私有云、公有云、第三方云進(jìn)行統(tǒng)一納管，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)根據(jù)業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)調(diào)整，根據(jù)場(chǎng)景需求分布式部署，如圖1 所示。

圖1 云網(wǎng)融合整體架構(gòu)圖

園區(qū)外部分主要包括以公有云為主的數(shù)據(jù)中心設(shè)施，為園區(qū)內(nèi)提供分布式的大數(shù)據(jù)分析、災(zāi)備和工業(yè)協(xié)同開(kāi)發(fā)等功能。數(shù)據(jù)中心與園區(qū)之間、云數(shù)據(jù)中心之間，采用統(tǒng)一的算力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，形成一個(gè)龐大的計(jì)算能力池，將不同云計(jì)算環(huán)境中的資源整合，提高資源利用效率，降低成本，滿足不同場(chǎng)景的計(jì)算需求，確保數(shù)據(jù)的無(wú)損確定性傳輸。算力網(wǎng)絡(luò)部署以用戶體驗(yàn)為核心，通過(guò)SDN、NFV、云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)編排，滿足客戶需求，用戶可以自行在線上、線下對(duì)基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和云服務(wù)進(jìn)行按需訂購(gòu)[5]。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編排和云管平臺(tái)的協(xié)同部署，自動(dòng)配置VXLAN 隧道技術(shù)，為園區(qū)企業(yè)提供經(jīng)濟(jì)、快捷的入云專線通道和云增值服務(wù)。

在園區(qū)內(nèi)部數(shù)據(jù)中心部署私有云平臺(tái)，主要承載企業(yè)核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，幫助企業(yè)更高效、安全地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和內(nèi)部管控。工業(yè)領(lǐng)域協(xié)議較多，設(shè)備互聯(lián)難度很大，不同領(lǐng)域、不同體量的企業(yè)對(duì)云的需求差異較大，尤其關(guān)注網(wǎng)絡(luò)安全、邊緣安全、協(xié)議安全等方面的問(wèn)題[6]。園區(qū)內(nèi)部的關(guān)鍵數(shù)據(jù)全部存放在內(nèi)部的服務(wù)器中，不會(huì)被其他企業(yè)或第三方機(jī)構(gòu)訪問(wèn)，保證數(shù)據(jù)的隔離性和安全性；同時(shí)，園區(qū)也可以根據(jù)企業(yè)需求對(duì)私有云進(jìn)行管理和維護(hù)，減少對(duì)第三方服務(wù)商的依賴，提高了企業(yè)對(duì)IT 資源的可控性。私有云通過(guò)算力網(wǎng)絡(luò)與公有云互通，企業(yè)可以根據(jù)需求靈活配置和動(dòng)態(tài)分配，滿足各種業(yè)務(wù)的多元化需求。

在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，加載輕量的計(jì)算能力，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集分析和處理，并通過(guò)精準(zhǔn)的反向控制指令，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的智能化生產(chǎn)。邊緣云是根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需要，將少量或單個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)向邊緣延伸形成解決方案。邊緣云包括邊緣公有云和邊緣私有云。邊緣云一般不會(huì)單獨(dú)部署服務(wù)器，其通過(guò)MEC 和ONU等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，提供前端智能，能夠確保信息得到快速處理并作出正確的反應(yīng)，同時(shí)把信息快速傳遞到其他設(shè)備終端。邊緣云也減小了服務(wù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心的依賴，在發(fā)生故障情況下，依然可以離線提供基礎(chǔ)業(yè)務(wù)服務(wù)。邊緣云使計(jì)算架構(gòu)更加分散，計(jì)算的分工更加細(xì)化，是對(duì)云數(shù)據(jù)中心的拓展和補(bǔ)充，把短周期的任務(wù)就近處理，并將數(shù)據(jù)回傳云數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析，為用戶帶來(lái)了更多的便利性和可能性。

基于云網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一般比較復(fù)雜，需要一體化的監(jiān)控運(yùn)維管理進(jìn)行云網(wǎng)監(jiān)控和性能監(jiān)控，確?？蛻舻幕A(chǔ)云網(wǎng)資源和上層應(yīng)用可以穩(wěn)定運(yùn)行。一體化監(jiān)控平臺(tái)的核心是發(fā)現(xiàn)故障、定位問(wèn)題、解決異常，這些操作需要在規(guī)定時(shí)限范圍內(nèi)完成。平臺(tái)通過(guò)智能的算法，對(duì)故障進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，使系統(tǒng)能夠在異常發(fā)生后盡快定位原因，并引導(dǎo)維護(hù)人員介入處理，提升整體運(yùn)維效率。一體化監(jiān)控平臺(tái)會(huì)對(duì)資源層設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，異常數(shù)據(jù)會(huì)被主動(dòng)上報(bào)到數(shù)據(jù)采集層，經(jīng)過(guò)初步處理提交到消息隊(duì)列，數(shù)據(jù)處理層將異常轉(zhuǎn)換為告警，業(yè)務(wù)層根據(jù)告警提醒運(yùn)維人員進(jìn)行處理，并給出處理建議。此外，根據(jù)企業(yè)運(yùn)維成本，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)靈敏度，設(shè)定合理的采集頻率和超時(shí)時(shí)間，在運(yùn)維需求和成本投入之間找到平衡點(diǎn)。

整個(gè)云網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以云邊協(xié)同為基礎(chǔ)，將云計(jì)算和邊緣計(jì)算相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度。該架構(gòu)通過(guò)云邊協(xié)同，可以將應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)分布到云端和邊緣節(jié)點(diǎn)中，根據(jù)業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和高效運(yùn)行。企業(yè)的業(yè)務(wù)按照重要性和敏感性等級(jí)進(jìn)行分類，不同等級(jí)的業(yè)務(wù)會(huì)被分配到不同的計(jì)算資源中，從而實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)業(yè)務(wù)的隔離和保護(hù)。云網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載和需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整計(jì)算資源的分配和使用，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化和高效利用。整體網(wǎng)絡(luò)SDN 化和網(wǎng)隨云動(dòng)將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的控制平面和數(shù)據(jù)平面分離，使控制平面集中在中心化的控制器中，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可編程性、靈活性和智能化，使網(wǎng)絡(luò)能夠更快速、更靈活地響應(yīng)業(yè)務(wù)需求。通過(guò)統(tǒng)一的編排工具和方法，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源的一站式管理和調(diào)度，簡(jiǎn)化部署過(guò)程和維護(hù)成本。為不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景匹配合適的網(wǎng)絡(luò)形式和計(jì)算資源，以業(yè)務(wù)為中心，制定相應(yīng)的部署策略和計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)資源的合理分配和利用。采用一體化監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)云網(wǎng)邊端進(jìn)行集中化、自動(dòng)化、智能化的管理，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行一圖統(tǒng)覽，故障問(wèn)題智能定位，確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

三、典型園區(qū)案例分析

（一）化工園區(qū)案例分析

江西某工業(yè)園區(qū)以科學(xué)發(fā)展為主題，以香精香料、智能設(shè)備、光電子等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)為依托，以生態(tài)立園為特色，打造專業(yè)的智慧化工園區(qū)。園區(qū)有37 家化工類企業(yè)，包括重大危險(xiǎn)源企業(yè)3 家、重點(diǎn)工藝企業(yè)10 家。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，園區(qū)化工企業(yè)在安全環(huán)保監(jiān)測(cè)方面的基礎(chǔ)建設(shè)較好，環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)已接入園區(qū)平臺(tái)，但企業(yè)重大危險(xiǎn)源、重點(diǎn)工藝數(shù)據(jù)未接入園區(qū)平臺(tái)，企業(yè)雙重預(yù)防管理未落實(shí)到位，園區(qū)未實(shí)現(xiàn)封閉化管理，其根本原因是5G 網(wǎng)絡(luò)未能實(shí)現(xiàn)園區(qū)全覆蓋。

針對(duì)上述問(wèn)題，該園區(qū)打造“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+智慧園區(qū)+企業(yè)”系統(tǒng)框架，如圖2 所示。

圖2 化工園區(qū)技術(shù)架構(gòu)示意圖

結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)勘查的情況，該園區(qū)制定宏站建設(shè)方案，采用5G 定制網(wǎng)方案（圖3），實(shí)現(xiàn)園區(qū)室外的5G 信號(hào)覆蓋，控制面采用省中心商用5G 核心網(wǎng)（5GC），共享市電信專用MEC+UPF。

圖3 5G 定制網(wǎng)方案

園區(qū)建設(shè)了3 個(gè)3.5G Hz 頻段室外站，基本覆蓋園區(qū)關(guān)鍵區(qū)域（圖4）：利用原有兩座景觀塔對(duì)廠區(qū)辦公區(qū)域進(jìn)行5G 信號(hào)覆蓋，另外新建三座景觀塔對(duì)部分區(qū)域進(jìn)行5G 覆蓋，為園區(qū)定制網(wǎng)提供強(qiáng)有力的接入支持。

圖4 室外站點(diǎn)分布

園區(qū)通過(guò)打造新型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，不斷強(qiáng)化感知、網(wǎng)絡(luò)、安全等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)信息共享、上下貫通，推動(dòng)科技創(chuàng)新、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)、安全生產(chǎn)在園區(qū)內(nèi)外的滲透及融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)不同企業(yè)、不同部門、不同層級(jí)之間的協(xié)同聯(lián)動(dòng)，助力化工園區(qū)安全高質(zhì)量發(fā)展。

（二）新能源工業(yè)園區(qū)案例分析

基于云化和全光網(wǎng)技術(shù)，新型工業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)利用全光網(wǎng)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)扁平化、調(diào)度全光化和運(yùn)維智能化，其中主要節(jié)點(diǎn)之間的連接，通過(guò)光層直達(dá)，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)低時(shí)延、高速大帶寬的網(wǎng)絡(luò)連接，達(dá)到轉(zhuǎn)發(fā)控制分離、網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放的目的。

某新能源工業(yè)園區(qū)，采用銅線介質(zhì)的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)承載日常辦公信息，帶寬和距離受限，網(wǎng)絡(luò)層級(jí)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理維護(hù)難度大，日常故障和安全問(wèn)題較多。為滿足不斷發(fā)展的業(yè)務(wù)高品質(zhì)網(wǎng)絡(luò)需求，園區(qū)把網(wǎng)絡(luò)升級(jí)作為數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基石，以穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，打造數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)制造智能化、質(zhì)量可控化。

園區(qū)重點(diǎn)采用領(lǐng)先的工業(yè)PON 全光接入技術(shù)，采用中興通訊提供的OLT、工業(yè)ONU等產(chǎn)品，在園區(qū)二期項(xiàng)目構(gòu)建了一張新型的千兆融合全光基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)72畝工廠內(nèi)辦公區(qū)、生產(chǎn)車間、倉(cāng)儲(chǔ)物流、生活配套、園區(qū)環(huán)境全覆蓋。

園區(qū)整體采用“云網(wǎng)邊端”的融合架構(gòu)，對(duì)不同場(chǎng)景進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)了千兆光網(wǎng)和Wi-Fi、5G 等網(wǎng)絡(luò)的固移融合貫通協(xié)同，完成園區(qū)500 多個(gè)信息點(diǎn)的數(shù)據(jù)連接，在云端部署整個(gè)園區(qū)的數(shù)據(jù)中樞和知識(shí)圖譜引擎，實(shí)現(xiàn)了品控?cái)?shù)字化“算網(wǎng)一體”新業(yè)態(tài)和感知智能到認(rèn)知智能的蛻變，系統(tǒng)示意如圖5 所示。

圖5 “算網(wǎng)一體”機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)示意圖

技術(shù)方案采用工業(yè)PON+5G+MEC 構(gòu)建工廠雙千兆智能光網(wǎng)（圖6），對(duì)智慧園區(qū)、辦公場(chǎng)景、生產(chǎn)場(chǎng)景進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署，通過(guò)PON 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)有線場(chǎng)景的覆蓋，通過(guò)5G+工業(yè)Wi-Fi 實(shí)現(xiàn)無(wú)線場(chǎng)景的覆蓋，通過(guò)構(gòu)建MEC 平臺(tái)和企業(yè)私有云實(shí)現(xiàn)MEC 邊緣計(jì)算，計(jì)算后的核心數(shù)據(jù)上傳至私有云，實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同。

圖6 雙千兆智能光網(wǎng)整體架構(gòu)圖

該園區(qū)長(zhǎng)期探索IT與OT融合的技術(shù)路線，堅(jiān)持一網(wǎng)到底、扁平化建設(shè)。針對(duì)園區(qū)內(nèi)不同數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分類處理：小流量、小帶寬、不間斷的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)要求低抖動(dòng)、高可靠，直接部署在邊緣側(cè)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和時(shí)延；大流量非結(jié)構(gòu)化并且連續(xù)的數(shù)據(jù)要求大帶寬、高上行，而且需要支持并發(fā)的處理算力，通過(guò)OTN/PON接入公有云進(jìn)行分析，確保充足的算力資源。

新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)大幅提升了生產(chǎn)執(zhí)行效率，使能源利用效率提升了20%，注塑工藝穩(wěn)定性提升了10%，換線時(shí)間縮短了50%。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，新能源汽車總體成本大大降低，助力我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)換道超車，進(jìn)入國(guó)際第一梯隊(duì)。

四、結(jié)語(yǔ)

基于云網(wǎng)融合的新型工業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備互聯(lián)以及全流程的數(shù)據(jù)采集、流動(dòng)分析提供了算網(wǎng)一體的資源環(huán)境，構(gòu)建了安全可靠的園區(qū)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)，是打造未來(lái)智慧園區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施，不僅能為企業(yè)提供決策支持，還促進(jìn)了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展除了在應(yīng)用層面的創(chuàng)新之外，還需要基礎(chǔ)設(shè)施層面的升級(jí)。在全新的網(wǎng)絡(luò)和算力架構(gòu)支撐下，上層應(yīng)用只需要簡(jiǎn)單配置所需的帶寬、時(shí)延、計(jì)算資源等，便可以實(shí)現(xiàn)快速部署上線，使更多的創(chuàng)新應(yīng)用在工業(yè)場(chǎng)景中開(kāi)花結(jié)果。

新型工業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)已經(jīng)成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要方向，隨著技術(shù)的不斷升級(jí)和應(yīng)用的不斷拓展，新型工業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)發(fā)揮更加重要的作用，助力新型工業(yè)化持續(xù)深入發(fā)展。