工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展對(duì)產(chǎn)業(yè)升級(jí)具有顯著的帶動(dòng)作用。據(jù)中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院數(shù)據(jù)顯示，2023年中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)增加值規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到4.69萬億元，占GDP的比重上升至3.72%，顯示出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)對(duì)我國經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長的重要支撐作用。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已廣泛應(yīng)用于石化、鋼鐵、電子信息、家電、服裝、能源、機(jī)械、汽車、裝備、航空航天等行業(yè)和領(lǐng)域，推動(dòng)企業(yè)提升質(zhì)量效益，并不斷催生新的增長點(diǎn)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展首先需要強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施作為支撐。根據(jù)《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及推廣指南》，我國正著力建設(shè)先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，打造標(biāo)識(shí)解析體系，以構(gòu)筑支撐工業(yè)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施為目標(biāo)。這包括對(duì)工業(yè)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)和標(biāo)識(shí)解析體系的建設(shè)升級(jí)，支持工業(yè)企業(yè)以IPv6、工業(yè)無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）、工業(yè)無線等技術(shù)改造工業(yè)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)。5G、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）等技術(shù)成為新一代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的基石，推動(dòng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)向高性能、高智能、高融合的方向發(fā)展。
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要組成部分，它涉及到基礎(chǔ)設(shè)施的升級(jí)改造、技術(shù)創(chuàng)新與融合、應(yīng)用模式和業(yè)務(wù)模式的變革、產(chǎn)業(yè)升級(jí)與經(jīng)濟(jì)增長、安全保障體系的建立以及數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速等多個(gè)方面。
1.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在IT/OT融合中的決定作用
傳統(tǒng)以太網(wǎng)其輪詢機(jī)制或集束幀技術(shù)使得標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和實(shí)時(shí)以太網(wǎng)無法在同一網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于邊緣計(jì)算、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能制造的全局優(yōu)化而言，制造現(xiàn)場控制所需的實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理與優(yōu)化層所需的非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)要通過統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，并能夠下發(fā)到各個(gè)控制器執(zhí)行。此外，生產(chǎn)系統(tǒng)往往由來自不同企業(yè)的設(shè)備與系統(tǒng)構(gòu)成，必須有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議規(guī)范，因此，獨(dú)立于廠商的總線在智能時(shí)代變得更為必要。
業(yè)界投入力量發(fā)展時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)，主要目的是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上OT實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和IT交互數(shù)據(jù)（非實(shí)時(shí)）共享網(wǎng)絡(luò)帶寬。TSN提供了實(shí)現(xiàn)其融合的工具，允許交換實(shí)時(shí)控制、遙測(cè)和一般IT信息，所有這些都由IT和OT安全管理，這將降低基礎(chǔ)設(shè)施成本以及管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)所需的資源。TSN為工業(yè)以太網(wǎng)的未來實(shí)現(xiàn)的基本概念是打破關(guān)鍵和非關(guān)鍵系統(tǒng)之間的通信障礙，促進(jìn)IT/OT融合。但TSN網(wǎng)絡(luò)在推廣過程中面臨以下嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)在：
技術(shù)成熟度：TSN技術(shù)雖然在理論上具備諸多優(yōu)勢(shì)，如IEEE 802.1工作組完成了協(xié)議族的發(fā)布，但在實(shí)際應(yīng)用中仍需要解決諸多技術(shù)難題，如網(wǎng)絡(luò)延遲、穩(wěn)定性等。此外，由于缺乏統(tǒng)一的應(yīng)用規(guī)范，不同廠商之間的產(chǎn)品與現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)的兼容性和互操作性，成為制約TSN技術(shù)廣泛應(yīng)用的一大障礙。
與現(xiàn)有技術(shù)的集成復(fù)雜性：將TSN解決方案與現(xiàn)有技術(shù)集成相關(guān)的復(fù)雜性對(duì)時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)市場構(gòu)成挑戰(zhàn)。這涉及到如何在現(xiàn)有工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施中集成TSN技術(shù)，以及如何確保新舊系統(tǒng)之間的兼容性和平滑過渡。
市場需求與定制化解決方案的矛盾：不同行業(yè)和應(yīng)用場景對(duì)TSN的需求各異，如何提供既符合標(biāo)準(zhǔn)又能適應(yīng)特定需求的解決方案是一個(gè)挑戰(zhàn)。
市場接受度和推廣策略：TSN技術(shù)推廣和應(yīng)用過程中，如何提高市場接受度，以及制定有效的市場推廣策略也是一個(gè)挑戰(zhàn)。需要通過加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)、拓展應(yīng)用領(lǐng)域、加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)制定和統(tǒng)一、提高網(wǎng)絡(luò)安全保障以及加強(qiáng)國際合作與交流等措施來推動(dòng)TSN行業(yè)市場的健康發(fā)展。
2. 工業(yè)PON和TSN網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)比較
工業(yè)PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）和TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中各有優(yōu)勢(shì)，而在某些方面則呈現(xiàn)了TSN目前不具備的優(yōu)勢(shì)。工業(yè)PON通過在時(shí)延、可靠性、工業(yè)協(xié)議融合等方面的創(chuàng)新，為企業(yè)構(gòu)建了一套符合各類工業(yè)場景指標(biāo)需求的全光工業(yè)網(wǎng)。工業(yè)PON的時(shí)延抖動(dòng)優(yōu)化技術(shù)將時(shí)延降低到100us以內(nèi)，同時(shí)保證確定性時(shí)延，滿足工業(yè)生產(chǎn)場景的要求。工業(yè)PON技術(shù)通過光纖網(wǎng)絡(luò)連接各種智能設(shè)備，如機(jī)器人、傳感器等，提升生產(chǎn)線的自動(dòng)化和智能化水平。它能夠?qū)崿F(xiàn)工廠內(nèi)各種工業(yè)設(shè)備的互聯(lián)，以及工廠辦公及監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的融合承載，打通生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)到生產(chǎn)車間/現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)之間的屏障。這種全光網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，采用開放軟硬件平臺(tái)架構(gòu)、SDN管控模型和能力開放接口，提供工業(yè)數(shù)據(jù)采集解析、確定性傳輸、邊云協(xié)同、網(wǎng)絡(luò)切片、智能化運(yùn)維等關(guān)鍵能力，實(shí)現(xiàn)“人、機(jī)、物”全面互聯(lián)。
由中國工信部、信通院以及各大運(yùn)營商承辦的“光華杯”千兆光網(wǎng)===鏈接===大賽，提供了一個(gè)驗(yàn)證工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐的平臺(tái)，2024年10月9日至10日，第三屆“光華杯”千兆光網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新大賽智能制造專題賽在湖南長沙成功舉辦，本屆賽事在1600多個(gè)項(xiàng)目中遴選出了70個(gè)項(xiàng)目，這些項(xiàng)目大多數(shù)是工業(yè)PON在制造領(lǐng)域的應(yīng)用。從比賽中可以看到工業(yè)PON已經(jīng)開始在制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中扮演了關(guān)鍵角色，呈現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，包括：
易于維護(hù)與擴(kuò)展性：工業(yè)PON技術(shù)的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是其易于維護(hù)和擴(kuò)展的特性。光纖網(wǎng)絡(luò)相比于傳統(tǒng)的銅纜更加耐用，維護(hù)成本更低。此外，PON網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性強(qiáng)，可以靈活地根據(jù)工業(yè)需求調(diào)整網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
技術(shù)成熟度和標(biāo)準(zhǔn)化：工業(yè)PON技術(shù)已在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)規(guī)模應(yīng)用，相比其他有線接入技術(shù)，具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)和成熟的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。經(jīng)過國內(nèi)運(yùn)營商、設(shè)備廠商等產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)層級(jí)成員的合力推動(dòng)，PON技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域生根落地。
應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全挑戰(zhàn)：工業(yè)PON采用ODN無源光纖組網(wǎng)，無需供電且部署位置靈活，在建筑空間中減少了弱電空間，以及供電設(shè)備和空調(diào)設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，符合綠色低碳的發(fā)展目標(biāo)，同時(shí)提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性。
與現(xiàn)有技術(shù)的集成復(fù)雜性：工業(yè)PON提供了一套符合各類工業(yè)場景指標(biāo)需求、提供工業(yè)協(xié)議采集轉(zhuǎn)換開放平臺(tái)的工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連接綜合解決方案，滿足各種行業(yè)、各類規(guī)模企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求。
市場需求與定制化解決方案的矛盾：工業(yè)PON技術(shù)通過確定性調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求與網(wǎng)絡(luò)能力的匹配，提供滿足業(yè)務(wù)需求的確定性PON傳輸能力，相比TSN+5G/工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方式，確定性工業(yè)PON系統(tǒng)更加簡潔，能力更加靈活。
無線TSN的技術(shù)難點(diǎn)：工業(yè)PON通過光纖網(wǎng)絡(luò)提供高速度和大容量的數(shù)據(jù)傳輸能力，尤其適用于數(shù)據(jù)密集型的工業(yè)應(yīng)用，解決了無線TSN在大容量和低時(shí)延方面的挑戰(zhàn)。
市場接受度和推廣策略：工業(yè)PON技術(shù)以其高帶寬、低時(shí)延、易維護(hù)和高擴(kuò)展性的特點(diǎn)，為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)高效、可靠的解決方案，有助于提高市場接受度。在實(shí)踐應(yīng)用方面，工業(yè)PON技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，例如能源管理與環(huán)境監(jiān)測(cè)，對(duì)于能源密集型的工業(yè)企業(yè)，PON技術(shù)可以幫助實(shí)現(xiàn)更加高效的能源管理和環(huán)境監(jiān)測(cè)。利用其高帶寬和低時(shí)延的特性，企業(yè)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控能源使用情況，及時(shí)調(diào)整策略，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。
工業(yè)PON在面對(duì)TSN網(wǎng)絡(luò)推廣過程中的挑戰(zhàn)時(shí)，展現(xiàn)出了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景。
3. 烽火通信在工業(yè)PON的探索
烽火通信基于PON技術(shù)打造的工業(yè)PON方案，通過在時(shí)延、可靠性、工業(yè)協(xié)議融合等方面的創(chuàng)新，為企業(yè)構(gòu)建了一套符合各類工業(yè)場景指標(biāo)需求的全光工業(yè)網(wǎng)。烽火工業(yè)PON采用無源器件組網(wǎng)和工業(yè)級(jí)ONU，能夠抗電磁干擾、抗氧化、耐腐蝕，適應(yīng)工廠復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境。高達(dá)99.999%的網(wǎng)絡(luò)可靠性，可滿足遠(yuǎn)程集中控制場景對(duì)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的要求；通過時(shí)延抖動(dòng)優(yōu)化，滿足現(xiàn)場控制類業(yè)務(wù)對(duì)低時(shí)延和確定性時(shí)延的需求。在工業(yè)數(shù)據(jù)采集場景，工業(yè)PON多協(xié)議深度解析和融合，解決了工業(yè)設(shè)備接口和協(xié)議各異造成的設(shè)備數(shù)據(jù)無法互通問題。通過拉通生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、市場數(shù)據(jù)等不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)，打通工廠內(nèi)部信息孤島，推動(dòng)管理和生產(chǎn)效率的提升。
烽火通信聯(lián)合運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)了小米智能工廠的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，小米智能工廠采用烽火通信工業(yè)PON系統(tǒng)，通過銅線改光纖，成本降低50%以上，空間減少80%、能耗降低30%；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡化，使得施工效率提升50%；統(tǒng)一可視化網(wǎng)管快速定位故障，設(shè)備即插即用放裝，運(yùn)維效率提升60%。成為了智能工廠的一個(gè)標(biāo)桿范例。
工業(yè)PON憑借其在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行20年的經(jīng)驗(yàn)積累，繼承了PON的統(tǒng)一管理、全光網(wǎng)絡(luò)、生態(tài)鏈完善、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富等特點(diǎn)。同時(shí)，針對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)特性，提升了其低時(shí)延、高可靠性和協(xié)議融合等方面的能力，在一些應(yīng)用場景中表現(xiàn)出比TSN更強(qiáng)的適應(yīng)性，能更好助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)更高效、更智能的生產(chǎn)和管理。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的深入，這些技術(shù)必將在未來的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮更加重要的作用。 
