5月31日消息(林想)在日前召開(kāi)的“2022中國(guó)光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇”上,中國(guó)聯(lián)通研究院副院長(zhǎng)、首席科學(xué)家唐雄燕表示,實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)與5G協(xié)同,方能更好賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)!應(yīng)抓住工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇,發(fā)揮光通信優(yōu)勢(shì),開(kāi)展工業(yè)PON等工業(yè)光網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新,推進(jìn)光纖到機(jī)器和光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)工業(yè)光網(wǎng)與工業(yè)以太網(wǎng)、5G等技術(shù)融合組網(wǎng),夯實(shí)工業(yè)算網(wǎng)基礎(chǔ)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要5G與光網(wǎng)絡(luò)協(xié)同
“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”是網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)與制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重要抓手,得到我國(guó)政府的高度重視,從2017年以來(lái)連續(xù)5年寫入政府工作報(bào)告。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也為光通信創(chuàng)造了新的發(fā)展空間。在唐雄燕看來(lái),工業(yè)級(jí)光網(wǎng)絡(luò)是光通信融入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展大潮的重要機(jī)遇。
目前,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)面臨多方面挑戰(zhàn):一是工業(yè)園區(qū)、辦公、生產(chǎn)等不同區(qū)域和環(huán)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)分隔,系統(tǒng)和信息孤立;二是傳統(tǒng)組網(wǎng)方式不夠靈活,網(wǎng)絡(luò)調(diào)整、升級(jí)、擴(kuò)展受限;三是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和管控缺乏智能,網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算和應(yīng)用的管控體系不統(tǒng)一;四是工業(yè)環(huán)境復(fù)雜,工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景多樣,部分場(chǎng)景電磁干擾大,無(wú)線接入手段難以適應(yīng)。
“傳統(tǒng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)亟需變革,而要構(gòu)建面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的高品質(zhì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施需要具備五大特質(zhì)。”唐雄燕表示,一是超大連接,實(shí)現(xiàn)海量工業(yè)設(shè)備接入;二是超低時(shí)延,確保端到端低時(shí)延通信,滿足工業(yè)控制要求;三是算力增強(qiáng),通過(guò)增強(qiáng)網(wǎng)關(guān)的算力實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算和算網(wǎng)融合;四是邊云協(xié)同,賦能工業(yè)大數(shù)據(jù)和工業(yè)智能;五是安全可靠,構(gòu)建高安全和高可靠的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)。
工業(yè)光網(wǎng)是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與光網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合,采用光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)互聯(lián)工業(yè)企業(yè)全生產(chǎn)要素,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制、廠區(qū)監(jiān)控、 辦公業(yè)務(wù)的統(tǒng)一接入,實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物的全方位高質(zhì)量互聯(lián)。唐雄燕強(qiáng)調(diào),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)既需要5G也需要光網(wǎng)絡(luò),二者相輔相成,各有優(yōu)勢(shì)和適用場(chǎng)景。
在工業(yè)光網(wǎng)中,工業(yè)PON、工業(yè)OTN和工業(yè)光總線都是比較關(guān)鍵的技術(shù)。尤其工業(yè)PON能夠廣泛應(yīng)用于工業(yè)園區(qū)、工廠和現(xiàn)場(chǎng),具備多方面優(yōu)勢(shì):
大連接大帶寬,很好滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中人機(jī)物的大數(shù)量連接需求以及3D機(jī)器視覺(jué)等大帶寬業(yè)務(wù)需求;低時(shí)延低抖動(dòng),工業(yè)PON下行的廣播機(jī)制可以保證穩(wěn)定的低時(shí)延傳輸,下行時(shí)延可以低于100微秒,上行時(shí)延可以低于200微秒,而且通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新還可以進(jìn)一步將時(shí)延減低至10微秒;高可靠高安全,光接入天然具有抗電磁干擾和高穩(wěn)定等特性,可以滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全可靠要求;靈活性和擴(kuò)展性,PON系統(tǒng)接入帶寬和用戶數(shù)可以靈活擴(kuò)展,而且在傳輸能力外,還可以通過(guò)算力增強(qiáng),實(shí)現(xiàn)算網(wǎng)協(xié)同,更好承載工業(yè)應(yīng)用。
因?yàn)楣I(yè)PON具備的獨(dú)特多項(xiàng)優(yōu)勢(shì),中國(guó)聯(lián)通期望打造超大連接、超低時(shí)延、安全可信的工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò),通過(guò)大連接、低時(shí)延的工業(yè)PON基礎(chǔ)技術(shù),聯(lián)接與計(jì)算融合的工業(yè)算網(wǎng)體系和增強(qiáng)的安全可靠保障機(jī)制來(lái)構(gòu)筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)底座。
工業(yè)PON技術(shù)創(chuàng)新的“七大關(guān)鍵”
作為2021年國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人,唐雄燕承擔(dān)著“超低時(shí)延、超大連接、安全可信的工業(yè)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與系統(tǒng)研究及應(yīng)用示范”項(xiàng)目研究。
據(jù)介紹,該項(xiàng)目聚焦PON在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的應(yīng)用,研究提出超大連接、超低時(shí)延、安全可信的新一代光接入網(wǎng)架構(gòu),研制低成本光接入系統(tǒng)器件、模塊、設(shè)備,打造邊云協(xié)同的工業(yè)光網(wǎng)運(yùn)維管控體系,開(kāi)展應(yīng)用示范,推動(dòng)PON從電信級(jí)到工業(yè)級(jí)的拓展。該課題將在如下領(lǐng)域開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新。
一是通過(guò)TDM+WDM+SDM多維復(fù)用構(gòu)建超大連接光接入網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)PON主流的10G TDM-PON技術(shù),技術(shù)成熟度高,產(chǎn)業(yè)鏈完善,1臺(tái)OLT設(shè)備可實(shí)現(xiàn)大于10000臺(tái)終端的連接,滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)超大連接需求。同時(shí)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需求還將向50G PON升級(jí),滿足更高帶寬業(yè)務(wù)的需求。WDM是PON進(jìn)一步升級(jí)的重要方向,具有發(fā)展?jié)摿?,產(chǎn)業(yè)鏈也在逐漸成熟,WDM-PON具備更大的連接能力和帶寬能力,未來(lái)通過(guò)多載波與多芯光纖的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)波分空分多維復(fù)用,單PON口可實(shí)現(xiàn)上千臺(tái)ONU的連接。
二是實(shí)現(xiàn)超低時(shí)延工業(yè)PON系統(tǒng)。通過(guò)FBA固定帶寬機(jī)制,縮短上行突發(fā)(burst),帶外開(kāi)窗等機(jī)制降低PON系統(tǒng)時(shí)延,實(shí)現(xiàn)下行時(shí)延75微秒,上行200微秒。同時(shí)項(xiàng)目還在研究超低時(shí)延的工業(yè)PON系統(tǒng),通過(guò)采用波分和相干技術(shù)可以將PON的時(shí)延控制到10微秒以內(nèi)。
三是構(gòu)建高可靠高安全PON網(wǎng)絡(luò)。PON具備完善的保護(hù)倒換,如PON 光鏈路保護(hù)可以采用 TYPE D 方式(OLT 雙 PON 口,ONU 雙 PON 口,主干光纖、光分路器和配線光纖均雙路冗余),保證系統(tǒng)的高可靠性;PON系統(tǒng)中OLT發(fā)送的信號(hào)可以被所有ONU接收到,需要通過(guò)完善的ONU接入安全機(jī)制和加密算法來(lái)保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的高安全。
四是研發(fā)新型算網(wǎng)融合工業(yè)網(wǎng)關(guān)。針對(duì)工業(yè)通信數(shù)據(jù)接口多樣、協(xié)議繁雜、互不兼容等特點(diǎn),設(shè)計(jì)基于ONU邊緣計(jì)算能力的多協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)跨傳輸層的數(shù)據(jù)透明傳輸。針對(duì)確定性低時(shí)延和低抖動(dòng)承載需求,將邊緣計(jì)算能力下沉到現(xiàn)場(chǎng)ONU。工業(yè)PON融合網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)包括:?jiǎn)螏嗤话l(fā)低時(shí)延技術(shù),氣密、防腐蝕及電磁隔離技術(shù),基于虛擬化/容器化的算力增強(qiáng)ONU硬件架構(gòu),基于ONU邊緣計(jì)算能力的多協(xié)議轉(zhuǎn)換。
五是實(shí)現(xiàn)工業(yè)PON靈活切片。工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)具備網(wǎng)絡(luò)切片能力,一臺(tái)物理OLT設(shè)備可以虛擬化為多個(gè)邏輯OLT設(shè)備切片,每個(gè)切片之間的網(wǎng)絡(luò)資源分配、系統(tǒng)管理權(quán)限相互獨(dú)立。在實(shí)現(xiàn)物理資源共享的前提下,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的獨(dú)立管控承載。
六是構(gòu)建云邊端協(xié)同的工業(yè)算力網(wǎng)絡(luò)。云邊端協(xié)同的工業(yè)算網(wǎng)可以承接各類工業(yè)應(yīng)用,滿足工業(yè)場(chǎng)景多樣化的需求,成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)底座。
七是增強(qiáng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)智能管控能力。引入人工智能技術(shù)增強(qiáng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的智能管控,實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障的快速定位及預(yù)測(cè),并將第三方工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)納入管控體系,實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的快速集成。
工業(yè)PON應(yīng)用場(chǎng)景
唐雄燕指出,工業(yè)PON可以適用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)眾多場(chǎng)景。
從建設(shè)場(chǎng)景上看,適用于工廠新建網(wǎng)絡(luò)和工廠網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造;從建設(shè)的覆蓋范圍上看,工業(yè)光網(wǎng)的建設(shè)范圍可覆蓋企業(yè)/園區(qū)內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)以及企業(yè)/園區(qū)外的骨干傳輸網(wǎng)絡(luò),從而構(gòu)建端到端的全光網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)體系。
工業(yè)PON可以應(yīng)用于形形色色的工業(yè)領(lǐng)域。如在礦業(yè)場(chǎng)景中,通過(guò)部署OLT主備保護(hù),可以實(shí)現(xiàn)高可靠的工業(yè)ONU連接;工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)混合承載;通過(guò)預(yù)連接ODN可以實(shí)現(xiàn)快速施工,降低操作難度和危險(xiǎn)性。
在制造車間場(chǎng)景中,工業(yè)PON可以有效解決離散制造業(yè)的接入終端種類繁多、數(shù)量巨大問(wèn)題;解決現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集問(wèn)題;解決不同場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)傳遞、交互問(wèn)題;解決復(fù)雜環(huán)境下的電磁干擾問(wèn)題。
工業(yè)PON已開(kāi)始得到規(guī)模應(yīng)用。在河北某企業(yè)集團(tuán)案例中,該集團(tuán)通過(guò)部署高速、融合、安全的工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了高清視頻監(jiān)控、工業(yè)信息采集、智能制造、云服務(wù)、海量數(shù)據(jù)交換的統(tǒng)一承載;在山東某住建局智慧工地,面對(duì)實(shí)現(xiàn)包括揚(yáng)塵自動(dòng)治理、視頻監(jiān)控+智能AI、遠(yuǎn)程塔吊、員工個(gè)人智能監(jiān)管、工地智能安全系統(tǒng)、企業(yè)云平臺(tái)等多場(chǎng)景需求,通過(guò)PON+5G的智慧工地解決方案,大大提升了工地運(yùn)營(yíng)及管理的場(chǎng)景化、定制化能力;在浙江某環(huán)保智能監(jiān)測(cè)站項(xiàng)目中,需要解決遠(yuǎn)端站點(diǎn)運(yùn)維難、安全性低、自然環(huán)境復(fù)雜、站點(diǎn)多以及數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)葐?wèn)題,通過(guò)應(yīng)用工業(yè)PON技術(shù),利用光纖的高抗干擾特性和工業(yè)級(jí)PON的高可靠性機(jī)制,很好滿足了對(duì)環(huán)境適應(yīng)性的要求。
從工業(yè)PON技術(shù)發(fā)展來(lái)看,工業(yè)PON1.0主要是提供基礎(chǔ)組網(wǎng)功能,PON設(shè)備集成以太網(wǎng)、RS232/485、CAN等多種工業(yè)接口,實(shí)現(xiàn)“光纖到機(jī)器”的接口互聯(lián);工業(yè)PON2.0實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集,集成各種主流的工業(yè)協(xié)議,具備工業(yè)數(shù)據(jù)采集/上傳能力,實(shí)現(xiàn)“光纖到機(jī)器”的協(xié)議互通。唐雄燕指出,下一步向工業(yè)PON3.0邁進(jìn),將更加關(guān)注系統(tǒng)及應(yīng)用的互操作,實(shí)現(xiàn)PON設(shè)備與工業(yè)云平臺(tái)對(duì)接,支持MEC、TSN、網(wǎng)絡(luò)AI、工業(yè)安全等新一代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)功能,并適配工業(yè)APP,實(shí)現(xiàn)“光纖到機(jī)器”的應(yīng)用互操作。
“實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)與5G協(xié)同,賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)!”演講的最后,唐雄燕向行業(yè)倡導(dǎo),抓住工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇,發(fā)揮光網(wǎng)絡(luò)的大帶寬、低時(shí)延、高可靠、高安全等確定性網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì),推進(jìn)光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用,開(kāi)展工業(yè)PON、工業(yè)OTN/WDM等工業(yè)光網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)工業(yè)光網(wǎng)與工業(yè)以太網(wǎng)、5G、WiFi、TSN等技術(shù)融合組網(wǎng),構(gòu)筑工業(yè)算網(wǎng),推進(jìn)光纖到機(jī)器(FTTM)。
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