工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2023年）

“追光计划-工业领航行动”系列成果20232023全米垂直行业 前言《工业制造企业千兆光网建设指南白皮书》（以下简称“白皮书”)是“追光计划-工业领航行动”的重点任务之一，由工业和信息化部信息通信发展司指导，中国信息通信研究院牵头,组织工业制造企业、电信运营商、设备厂商等产业链相关单位共同编写，旨在深入分析各工业制造领域企业的数字化转型痛点和需求，梳理其千兆光网的建设目标、建设原则、建设内容和建设路径等，为企业开展数字化转型、推进千兆本白皮书在《工业制造企业千兆光网建设指南白皮书(2022年)》的基础上根据千兆光网新增的六大领域应用情况提出了千兆光网两大典型技术新特点，分别是固定带宽保障和光纤链路加密技术。同时对航空航天、新能源电池、钢铁、冶金、通信设备、光纤光缆制造等六大领域的千兆光网建设内容进行分析，梳理上述各领域工业制造企业数字化转型的痛点和需求，提出一系列具体、可行的千兆光网建设方案和实践案例，为企业开展数字化转型、推进千兆网络建）：烽火通信科技股份有限公司：闭云松、郭紫健、肖昌云、李鹏瞰集成电路(杭州)有限公司：金海、张路 01概述1.1工业制造企业千兆光网的内涵11.2工业制造企业千兆光网典型技术21.2.1工业PON技术21.2.2可靠性保障技术31.2.3网络切片技术31.2.4多协议兼容技术31.2.5智能运维技术31.2.6低时延确定性技术31.2.7边缘计算技术31.2.8远程供电技术41.2.9融合组网技术41.2.10固定带宽保障技术41.2.11光纤链路加密技术402建设目标5-603建设原则704建设内容84.1航空航天制造领域84.1.1建立数字化的生产制造技术和先进工艺规划系统94.1.2建立完备的网络安全防护系统94.1.3建立稳定高速的网络基础设施104.1.4构建工业PON千兆光网承载底座104.2新能源电池制造领域114.2.1建立智能化的质量检测系统124.2.2建设极具性价比的ICT基础设施124.2.3建设具备全冗余保护能力的ICT基础设施134.2.4构建工业PON千兆光网承载底座144.3钢铁制造领域154.3.1建设千兆光网赋能的PLC工控系统164.3.2建立钢铁行业能源管理系统174.3.3建立一网打通的视频监控平台184.3.4建立双千兆接入的数采系统184.3.5构建工业PON千兆光网承载底座194.4冶金制造领域204.4.1建立千兆光网互联的工业控制系统214.4.2建立一体化、智能化的企业信息管理系统224.4.3建立工业控制系统的智能化决策能力234.4.4构建工业PON千兆光网承载底座234.5通信设备制造领域254.5.1建立车间生产制造过程数智化管理系统264.5.2建立车间生产工序机器视觉检测系统274.5.3建立车间生产通信设备云化测试系统274.5.4建立车间现场工业机器云化PLC系统284.5.5构建工业PON千兆光网承载底座294.6光纤光缆制造领域314.6.1建立统一的产线数据平台及可视化看板314.6.2建立高性能的数据采集与交互系统324.6.3构建生产线运行自动监控系统334.6.4构建工业PON千兆光网承载底座3305建设路径3506规划设计366.1ODN网络规划366.1.1ODN常规网络规划366.1.2与5G融合组网的ODN网络规划注意事项376.2设备部署位置规划386.2.1OLT设备部署位置386.2.2工业ONU的部署位置3807运营模式3908缩略语40-42工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2023） 01概述1.1工业制造企业千兆光网的内涵在工业制造企业，千兆光网通过光纤网络互联企业的生产要素，为用户提供兼具保障性和扩展性的组网方案。工业制造企业可以通过建设一张全光网覆盖企业的工业园区、企业管理和生产网络，实现生产过程管理、厂区监控、企业办公的统一接入，完成人、机、物的全面互联。除此之外，还可以按照企业发展需要将光纤网络与工厂内现有网络相结合，实现光纤网络与工业以太网、5G、Wi-Fi等网络技术的融合组网，为企业构建以千兆光网为核心的全面的数字化转型网络底座。工业制造企业千兆光网的体系架构如图1所示。图1工业制造企业千兆光网架构图工业制造企业千兆光网除具备传统光纤网络的特点，即大带宽、低时延、抗一是设备自主可控。千兆光网设备已实现国产化，设备自主可控程度高，可以保证企三是高可靠高安全。千兆光网具有线路保护倒换和链路聚合功能，当出现部分节点失效时，网络中其他节点仍能保持正常通信。千兆光网具有切片功能，提供生产网络与其他网络的独立运行，确保生产网络的信四是节点自由增删。当工业制造企业产线升级或生产业务、流程变动时，需要对已部署的千兆光网新增或减少网络节点，千兆光网在增减节点时能够确保正在运行的其他网络节五是兼容众多协议。千兆光网设备支持协议转换功能，可将工业现场设备繁多的通信协议映射为统一的协六是自主运营管理。千兆光网可在工业制造企业内部设置管理平台，管理平台简单易用可视化程度高，提供设备的自主运维和管理能力，使生产、管理数据均1.2工业制造企业千兆光网典型技术1.2.1工业PON技术工业PON技术除具有传统PON系统的功能外，还支持可靠性保障、网络切片、多协议兼容、智能运维、低时延确定性、边缘计算、远程供电、融合组网、固定带宽保障、光纤链路加密等技术（详见1.2.2-1.2.11节）。基于工业PON技术，可以实现工业制造企业OT和IT融合组网及工业数据的可靠采集与传输。此外，工业PON也可用于部署企业的办公、监控网络，综合承载企业的管理和监控信息数据。工业PON系统由局端OLT(光线路终端)、用户端工业ONU(光网络单元)、连接局端和用户端设备的ODN(光分配网络)组成，其中ODN由光纤和一个或者多个无源光分路器等无源光器件组成，其组成如图2图2工业PON系统组成图工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2023）1.2.2可靠性保障技术可靠性保障技术涉及光纤链路的保护以及设备的保护。光纤链路的保护技术主要有TypeB和TypeC保护方案。TypeC对光链路和PON设备（ONU上联双PON口）都保护，可靠性最高；TypeB对OLT和分光器之间的光链路保护，可靠性较高。TypeC组网保护方案的基础上，应用快速倒换、双发选收技术，可进一步减少光纤链路故障时系统倒换自愈时间，实现光纤链路故障生产业务不中断。设备的保护技术主要有双归属保护和单归属保护。双归属保护部署2台OLT互为保护，设备可靠性最高；单归属保护部署1台OLT，通过OLT上两个PON口互为保护，设备可靠性较高。1.2.3网络切片技术千兆光网统一承载工业制造企业的多种类型业务时，采用网络切片技术可以实现不同场景的网络隔离，将一张全光物理网络虚拟为多张逻辑上隔离的网络，分别承载生产制造、安防视频、企业办公业务等多种业务，实现业务隔离，管理独立，差异化转发等能力，保证工业制造企业千兆光网的信1.2.4多协议兼容技术工业现场设备种类繁多，接口和总线协议不统一，多数工业现场设备是非标总线接口和非标总线协议。为了实现设备的互联互通，实现设备数据采集，需要通过多协议兼容技术将不同的网络和通信协议映射成统一协议，各种网络和协议之间通过统一协议实现信息的交互，实现工业现场通信协议的统一，降低设备组1.2.5智能运维技术工业制造企业的网络属于自有网络，根据企业的网络运维能力和安全要求，企业需要选络资源管理和运维。随着工业企业网络规模和复杂度的持续增加，网络运维的复杂度也在不断增加,急需通过自动化措施来降低对运维人员的技能要求，降低OPEX。千兆光网的智能运维技术可以实现网络性能感知，实时检测网络的运行性能、健康状态（如网络带宽、时延、误码丢包等据进行综合分析和处理。此外通过结合人工智能技术可以向用户提供网络故障自动检测和网络状1.2.6低时延确定性技术工业制造企业在远程工业控制、机器人协同作业等应用场景不但对千兆光网有低时延有千兆光网能够保障时延抖动不能过大，即千兆光网具备确定性时延技术，实现“准时、准确此外，千兆光网还应具备针对时延及其确定性的度量能力，通过标准化的时延和抖动测量方测量和带外测量等各种机制，在不过度消耗系统资源的前提下对时延和抖动进行准确度量，实1.2.7边缘计算技术在工业制造企业中，生产工程的预测性维护、产品的质量监测以及流程优化方面对生产过程数据的处理需要即时准确。为此，千兆光网需要采用边缘计算技术在靠近机器或数据源头的网络边缘侧进行数据预处理、存储以及智能分析应用，有效降低数据处理时延和传输时延、提升计算效率、消除网络堵塞，并与云此外，千兆光网集成部署边缘计算算力，还可以按需运行各类第三方应用，如定制化网络功能（防火墙、NFV技术等）、企业IT系统和制造管理系统等行业应用，降低企业投资成本。1.2.8远程供电技术由于工业现场环境复杂，在工厂内经常存在现场通信设备光网具有无源、长距离接入、抗干扰的特点，针对需要远距离通信的现场通信设备可以部署光使数据通过光纤承载的同时还可以为工业现场的通信设备提供额外的供电能力。此外，还可以程供电能力的通信设备为接入网络的摄像头等设备供电，以保障部署1.2.9融合组网技术工业网络在建设时，会根据用户需求、产品特点、接入终端类型、建网投资情况等按需网采用光纤组网，适合承载固定设备的接入，适用于固定位置大带宽尤其是大上行、无源化抗电应用场景，但同时千兆光网具有融合组网特性，网络可以提供固定区域内的Wi-Fi连接能力，用于接入承载各类无线终端数据。此外还可以与5G网络融合组网，进一步满足企业在广域、移动、可调整的接入需1.2.10固定带宽保障技术工业PON基于时分复用技术和DBA动态带宽分配机制，可以为工业制造生产提供端到端的固定带宽通道，以确保产线不同终端的业务能够具备独立的传输通道。在这种环境下，大带宽和高突发的业务流量，如AI质检业务将不会抢占或干扰MES、数采、工业控制等业务流量的带宽，能显著提高生产业务数据传输的可1.2.11光纤链路加密技术针对部分工业制造企业对园区网络数据传输安全性的要求提升，千兆光网能够提供光纤链路持在OLT和ONU之间的光纤链路中采用标准定义的安全加密算法或者SM4国密加密算法，进一步提升数据传输的安全性水平，确保数据在传输链路中不会被55工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2023） 02建设目标工业制造是中国国民经济基础，近几年中国工业制造行业实现了快速发展，行业整体技提升，高端工业制造业与国际上发达国家的差距正在逐渐缩小。国内也逐渐涌现出一批具有工业制造企业。随着新型网络技术、数字化浪潮的到来，工业制造企业迫切希望通过数字化的综合竞争力，实现降本增效。作为建设企业数字化能力的基础，网络建设需要先行，为能、高可靠和高性价比的信息承载能力。千兆光网作为新型的网络技术具有大带宽、高可靠网络特性，可以作为企业的数字化转型的坚实底座。图3是工业制造企业千兆光网建设目标。建设五层，分别是系统集成层、分析决策层、生产执行层、千兆光网层（1）系统集成层：包括CRM/ERP/MDM/PDM等各类企业管理信息系统。通过系统化的工具和网络互联互通，将生产流程的各个环节有效的衔接自一起，实现端到端的数字化，解决系统间信息不（2）分析决策层：将订单、计划、员工、设备监控、物流、产线和质量分析、异常管理等数据汇总分析，指导分析决策。形成生产执行层和人或者系统交互的界面，能够帮助管理者便捷的掌控态，发现故障能够及时处理，也为生产优化，质量优化（3）生产执行层：主要包括生产计划，任务执行，人员管理，设备管理，物料管理，工业管理，环境管理，质量管理等，通过合理的组合和调配完成整个数字化生产过程，是企业核心的（4）千兆光网层：千兆光网当前主要采用工业PON技术互联工业制造企业生产要素，提供大带宽、低时延的网络，承载上层各类数字化应用的海量数据。并通智能运维、低时延确定性、边缘计算、远程供电、融合组网、固定带宽保障、光纤链路加密等（5）工业终端层：主要包括智能化设备，仪器，传感器，数字化终端等组成，作为生产数字化末梢嵌入在生产一线，完成数字化所需的数据采集，建设千兆光网的目标是接入工业终端层的各类设备，汇聚企业生产端的大量数据，为企析决策的各个关键要素提供有力的数据支撑。同时，衔接互通系统集成层的各个生产管理环统，实现系统间有效协同，建立端到端的数字化能力。建设千兆光网能够赋能企业实现柔性效协同管理、个性化用户服务、科学可视决策和（1）柔性生产制造打通工业内网的OT-IT网络，实现工厂内部生产装备、产线、物料、库存、质检等异构网络的整合，实现企业生产现场各类设备与IT管理系统等互联互通。围绕生产制造相关任务，形成有效的数据流动，以信息系统为支撑，提升企业生产流程控制能力，实现柔性生产，提高（2）高效协同管理广泛互联企业的各个信息化系统，在可靠稳定的网络加持下，帮助建立企业高效的生产管理“订单-设计-工艺-计划-制造-质量-供应-交付-企业协同”的端到端数字化管理能力，提高企业的综合（3）个性化用户服务企业数字化转型根本的目的是提升企业竞争力的同时进一步提高用户体验，因此将数字化的理入企业提供的服务之中，实现业务模式的重构与创新。通过生产经营数据的汇总和分析，帮助筹管理、分析、决策能力，实现针对用户需求的精准定位，提高用户的满意度。同时使企业的（4）科学可视决策在企业的数字化转型过程中，需要对各个阶段各个环节进行科学决策。满足企业决策的科学业实现决策目的的各种数据，依托网络实现各系统数据的集成与串联。结合大数据、人工智能数据进行多维度分析，形成可视化，易用的指导决策的关键信息，赋能企业的生产、研发、（5）商业模式创新通过数字化转型，系统梳理企业在生产经营、产品、用户特征等方面的信息，统计分析生产经点，进一步拓展产品的价值链，建立如产品生产过程交互式服务、个性化生产制造等创新商工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2023） 03建设原则 04建设内容千兆光网的建设应考虑业务需求、用户体验、技术方案、建设和运营成本等因素，的网络投资，合理规划，帮助企业实现建网收益的最大化。具按需建设循序渐进。根据企业数字化战略布局和业务开展需求，基于企业规模和网络基础生产过程中的重点和难点，推进企业灵活、分阶段进行千兆光网建设，实现千兆光网在生产模化部署和核心环节的深层次拓展，提升企业的系统化集控制网络建设成本。建网成本是影响制造业数字化转型进程的重要因素，低成本的解决方快推广应用。要大力推进工业数字设备标准化建设，防止和减少企业利用企业标准制造技术产壁垒。把先进工业技术工艺通过软件化封装和复用向行业赋能，降低先进工业技术工艺推广保障建网安全可靠。网络安全可靠是制造企业网络建设中的重中之中，网络技术需要保系统的安全，并且可以在复杂多样的制造环境下长期稳定运行。建设千兆光网应充分发挥光的特点，根据企业生产网络的要求，充分保障网络系统的可靠性，建设冗余备份能力，并提提供便捷网络运维。针对各个制造业企业网络运维能力差异大的问题，在建设千兆光网时模和实际运维水平，提供不同的运维服务模式，并应提供有效的网络管理运维工具，实现可统监控和主动诊断，保证系统维护管理简明、方便、有推动技术融合创新。将千兆光网与企业计划部署的5G、Wi-Fi6等新型网络技术以及机器视觉、人工智能、大数据等新技术融合，创新企业的生产制造过程，实现企业数字化改造，解决传统制造持续优化用户体验。数字化转型要坚持以人为本的导向思维，杜绝束缚人、“绑架”人型应用，要切实让企业各方在数字化转型中获得减负和激发动能，进而得到更多幸福感、感。因此要充分利用千兆光网的优势特点，根据制造企业的痛点，提出面向优化用户体验的和质量控制方法，促进创新链、产业链、供应4.1航空航天制造领域在航空航天制造企业的智能化、信息化建设过程中遇到的痛点难点主要集中（1）现有制造生产和质量管理系统的智能化、信息化水平仍需持续提升航空航天制造涉及复杂的生产工艺和严格的质量管理要求，涉及到多个环节和程序，包括设计择、零部件加工、装配、测试等。智能化、信息化建设需要将这些复杂的工艺流程进行整合（2）生产数据安全性和保密性要求高航空航天制造企业在处理生产数据时对安全性和保密性有着极高的要求，而传统网络方案存在数程中容易受到黑客攻击、信息易泄露的风险，这对于航空航天制造企业来说是无法承受的。因保生产数据的安全性和保密性，航空航天制造企业需要采用更为先进、更加安全可靠的网络方防范潜在的安全威胁，保护重要数据不被泄露或篡改，从而维护企业的声誉和（3）数字化设计工具应用普及，网络性能需持续提升随着航空航天行业的不断发展，数字化设计工具在航空航天企业中的应用使得设计、模拟和验证等工作变得更加高效和精准。然而，随着数据量和复杂性的不断增加业对网络性能的需求也在持续提升。稳定、高速的网络连接对于实现远程协作、大规模数据针对上述痛点，航空航天制造企业需要建立数字化的生产制造技术和先进工艺规划系统、建安全防护系统、建立稳定高速的网络基础设施，构建千兆光网承载底座，帮助企业实现数字工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2023）4.1.1建立数字化的生产制造技术和先进工艺规划系统航空航天制造企业建立数字化制造技术和先进工艺规划系统，实现工艺的自动化和优化。采用智和监测装置，实时监测生产过程和产品质量，提高生产效率和质量可控性。利用大数据和人工艺数据进行分析和建模，发现潜在问题和改进空间，优化工艺流程，减少资源浪费和缺陷大都属于大型产品，体积大、加工精度要求高、质量控制严格，表面不允许出现划痕、凹陷等情况。传统人工方式费时费力，而且容易出现检测遗漏。通过高清分辨率工业相机对大尺觉采集质量分析，结合机器视觉、人工智能等技术，能够实现大部件表面划痕、凹陷、凸起图4数字化制造技术和先进工艺规划系统模块化示意图图4是基于千兆光网构建的数字化制造技术和先进工艺规划系统示意图，其中广泛够收集产品及其过程件的质量参数。通过千兆光网将高清图像数据、传感数据和产线运行数输至视觉和传感数据分析处理系统以及MES系统。视觉和传感数据分析处理系统负责产品质量数据的分析，并与MES系统协同；MES系统负责处理产线运行数据的分析，并通知产线执行相应的生产策略。系统实现了对产品过程件尺寸、定位、色差、数量等关键信息的自动化检测和诊断，并实时指导产此外随着企业数字化生产制造技术和先进工艺规划系统的应用普及，网络基础设施需要具备以满足航空航天制造企业对信息安全的严苛要求。通过千兆光网的智能化运维障智能诊断和流量实时监测，可以大幅降低企4.1.2建立完备的网络安全防护系统航空航天制造企业为了应对日益复杂的网络安全威胁，必须建立完备的网络安全防护系统。这样括但不限于强大的防火墙、入侵检测系统、数据加密技术以及实时监控和响应机制。千兆光网具路加密功能。通过在OLT和ONU之间的光纤链路中采用SM4国密等安全加密算法对数据进行加密，可以确保数据在传输链路中不会被窃听或窃取。通过建立完备的网络安全防护系统，航空航天制造企有效地保护其重要数据和敏感信息，防范各类网络攻击、恶意软件和数据泄露事件的发生。这不维护企业的声誉和利益，还能够确保生产运营的稳定性和安全性，为企业持续发展提供坚实的网4.1.3建立稳定高速的网络基础设施为了适应数字化设计工具的广泛应用，航空航天企业需要持续优化和升级网络基础新与发展。千兆光网具有大带宽、低时延、易演进的特点，为企业提供千兆到机台、千兆到入能力，为数字化设计工具业务提供稳定、高速的网络连接，提升运行效率。同时，千兆网升级至万兆的能力，只需简单更换ONU和OLT板卡即可实现带宽的升级。这种灵活的升级方案能够满足未来10年对网络带宽的需求。4.1.4构建工业PON千兆光网承载底座航空航天制造企业以千兆光网作为数据承载底座，整合先进的信息技术、加强数据管理和安全保并进行跨部门协作与沟通，以推动智能化、信息化建设的顺利实施。图5展示了航空航天制造企业的整体建网方案，采用工业PON技术，为综合办公网、工控网、安防网、互联网提供全光纤互联的网络方针对航空航天制造企业的业务特点，千兆光网采用光纤链路加密技术、可靠性保障技术、智（1）光纤链路加密技术针对航空航天制造企业对生产网络数据传输安全性的高要求，千兆光网具备光纤链路加密OLT和ONU之间的光纤链路传输中采用SM4国密等安全加密算法，可以确保数据在传输链路中不会被窃（2）可靠性保障技术千兆光网为航空航天制造企业提供全光纤互联的传输网络。光纤传输方式在数据通工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2023）有良好的安全性、可靠性。相比传统的铜线传输方式，光纤传输可以有效地防止电磁干扰、外千兆光网采用了TypeC组网保护技术，其光纤链路采用双路径冗余保护。当链路光纤发生故障时，系统自动切换到备用冗余链路，确保链路在50ms内恢复传输，大幅提升了生产数据传输的可靠性。（3）智能运维技术随着航空航天制造企业网络规模和复杂度的持续增加，网络运维的复杂度措施来降低对运维人员技能的要求，从而降低运营支出。千兆光网的智能运维技术支持对网据进行综合分析和处理，能够实现网络性能感知，实时监测网络的运行状态和健康状况（如延、误码丢包等）。此外，结合人工智能技术，还可以提供网络故障自动检测和网络状态主4.2新能源电池制造领域新能源电池制造企业当前遇到的痛点难点主要集•ICT基础设施建设成本偏高，数字化的生产调度管理系统投资不足•MES流程控制和机器视觉等智能化技术应用普及，信息点接入数量快速增长，网络的可靠性不足（1）对产品质量和可追溯性的要求极高，传统的质量检测控制方案难以满足在新能源电池制造领域，产品的生产过程十分复杂，涉及十多个精细的工艺步骤协同。生产现问题，如部分产品形态、尺寸、拼接和工艺标准不符等。这些企业对产品质量和追溯性求，他们需要实现对每一个产品生产过程中各个工艺步骤的半成品检测，检测数据需要实时时检测数据需要实时传输至企业的数据中心备份存储，满足十年的可追溯期限。传统的生产ICT基础设施已经难以满足如此严格的质量检测和可追溯性要求。（2）ICT基础设施建设成本偏高，数字化的生产调度管理系统投资不足随着新能源电池制造行业在生产线上广泛应用信息化和智能化技术，加，ICT基础设施的建设成本不断攀升。以车间的生产网络为例，企业不得不对网络布线、布线桥架、网络机柜以及布线安装等基础设施投入大量资金。这些投资虽然增加了基础建设的成本，但对于数字化和智能化水平并没有直接贡献，进而影响了企业生产调度和管理能（3）MES制造执行系统和机器视觉等智能化技术应用普及，信息点接入数量快速增长，网络的可靠近年来，随着MES流程控制、机器视觉等智能化技术的广泛部署，生产过程逐渐自动化，设备间的信息交换越来越频繁，这对网络的稳定性和可靠性提出了更高的标准。同时，随着接入的设备数量持续备间的互联变得更为复杂，相应地，网络故障的风险也随之增加。因此，进一步增强ICT基础设施的可靠性变得尤为重要，以确保生产过程能够稳定且高针对上述痛点，企业需要建设智能化质量检测系统，建设极具性价比的、具备全冗余保护能力的ICT基础设施，构建千兆光网承载底座，帮助企业实现数字化转型，提4.2.1建立智能化的质量检测系统随着新能源制造行业的不断发展，智能化质量检测系统正日益成为行业发系统利用工业相机和多样的传感器设备搜集生产过程中的关键数据，如外观、温度、湿度、信息。这些数据随即被实时传送至服务器，并借助人工智能算法进行深入分析和处理，迅速出产品质量中的任何问题。同时，这些数据也会实时记录到数据库中，为产品质量的追溯提在新能源电池的制造过程中，采用智能化质量检测系统已成为提升产品质量的关键手段。这像识别技术精准检测电池的外观及内部结构，并利用智能传感技术测定电池的容量、电压、电数是否达到标准要求。千兆光网以其高带宽和低延迟的特性，能够实时且高效地处理产线上的据、传感数据和运行数据，确保了整个生产流程的顺畅和高效。图6展示了千兆光网在新能源电池制造企业智能化检测系统中的模块化应用示意，体现了其在电池制造业中的图6新能源电池制造企业智能化质量检测系统示如图6所示，多种工业相机和传感器被部署以采集待检测产品的质量相关参数。这些包括高清图像数据、传感数据以及产线运行数据，它们通过千兆光网传输至视觉与传感数据分析处理系统、MES和生产数据存储数据库。在这一过程中，视觉和传感数据分析处理系统承担着对产品质量数据进行深入分析的任析结果将指导产线上的执行设备采取相应的策略。同时，MES系统负责对产线运行数据进行分析，并据此通知产线设备执行合适的生产策略。此外，生产数据存储数据库则负责将生产和质量数据进行归来的质量追溯提供支持。整套流程确保了生产过程中质量控制的高4.2.2建设极具性价比的ICT基础设施电池制造企业园区部署千兆光网作为质量检测系统、生产管理系统和数通网络，可有效减少ICT基础设施的建造成本。设备，如：等离子切割、激光切割、数冲、CNC加工车床等，需要CAD输出工程设计图纸电子档案，并使用CAM进行排版编程、折弯编程、CNC编程等。通过网通网络，可有效减少ICT基础设施的建造成本。工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2023）如图7所示，在电池制造企业中，当采用传统交换机组网方案时，设备信息接入点需通过网线连接至网络。由于网线的传输距离有限制，生产车间通常每隔50米就需部署一个网络机柜，并在其中安装多台交换机设备。这种布局要求在网络机柜与产线信息接入点之间铺设长达约100米的大量网线，从而产生高额成本。此外，大量使用的长网线还需配套大量的走线桥架、金属管等走线设施，同样导致成本相比之下，千兆光网方案采用工业级ONU（光网络单元这些ONU能够采用DIN导轨安装方式，直接部署在产线设备内部。设备信息接入点仅需通过大约2米的网线即可直接连接至ONU。ONU与分光器、OLT（光线终端）之间通过光纤互联。一方面，由于ONU具备4或8个千兆以太网接口，光纤的数量信息点位的生产车间为例，千兆光网方案相比传统网络方案的ICT基础设施的建设成本降低30%。企业能够节省更多资金，进一步提升数字化的生产调度和4.2.3建设具备全冗余保护能力的ICT基础设施部署千兆光网作为质量检测系统、生产管理系统和数采分析平台等智能化系统的数据互通升企业ICT基础设施的可靠性。图8千兆光网可有效提升ICT基础设施的可靠性如图8所示，在新能源制造企业采用传统交换机组网方案时，设备信息接入这种布局中，大量网线的部署通过走线桥架进行，容易引发电磁干扰问题，这不仅影响生产数输，还可能导致生产业务中断，增加故障发生的频率。此外，网络电缆经过长时间使用容易障，缺乏有效的冗余保护机制，易导致生产业务中断。网络运维人员需要花采用千兆光网组网，ONU与分光器、OLT之间通过光纤互联。光纤介质具有良好的抗电磁干扰特性，极大地提高了生产数据传输的可靠性。此外，光纤链路之间采用双路径冗余保护的方式部署，当主链路出现故障时，系统的自愈机制能够在50ms内实现到备用冗余链路的自动切换，当其中一路光纤链路需要修复或重新部署时，生产业务能够不中断。与此同时，千兆光网的汇聚层分光器是无源设备，相比传统交换机网络4.2.4构建工业PON千兆光网承载底座新能源电池制造企业以千兆光网作为数据承载底座，建立智能化的质量检测系统、建立极具备冗余保护能力的ICT基础设施，能够达到降本增效，提升生产效率和产品质量的目的。图9是电池制造企业千兆光网的整体建网方案，采用工业PON技术，将生产网络独立建网，其接入层至核心层的网络设备和光纤链路与办公网和安防网的网络可靠性、安全性。生产网络与办公、安防网之间部署防火墙。办公网和安防网采用融合组PON的网络切片技术，可为办公网、安防网分配独立的网络切片，切片间的数据相互隔离。可以在确保安图9新能源电池制造企业千兆光网的整体建网针对新能源电池制造企业的业务特点，工业PON采用固定带宽保障、可靠性保障、网络切片、远程供电的工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2023）（1）固定带宽保障技术电池制造车间的生产网络承载了多项重要业务，包括MES、数据采集、工业控制和AI质检等。这些业务需要稳定的端到端带宽支持，以确保不会因为突发流量而导致数据丢失。采用工业PON的时分复用和DBA动态带宽分配技术，能够为电池制造车间提供可靠的端到端带宽通道，确保不同终端之间的业带宽资源。电池制造车间的AI质检业务的大带宽和高突发的业务流量将不会抢占或干扰MES、数采、工业控制等业务流量的带宽，并提高生产业务数据（2）可靠性保障技术工业PON组网方案中的ONU和分光器、OLT之间均采用光纤互联，光纤介质具备抗电磁干扰的特质，大幅提升了生产数据传输的可靠性。此外，基于TypeC组网保护技术，ONU和分光器、OLT之间的光纤链路采用双路径冗余保护方式部署，在链路光纤故障时，系统自愈机制可保障业务在50ms时间内倒换到备（3）网络切片技术电池制造企业园区通常需要构建多个物理网络，包括车间生产网、企业PON网络的网络切片技术可以将这些网络统一承载在一张物理网络上。这样做不仅可以有效减少网络设备的数量，提高网络设备的利用率，简化企业的运维负担，还能够确保不同专网之间的转发资（4）远程供电技术由于电池制造工厂的现场环境复杂多样，存在一些工厂内难以为ONU设备供电的造工厂不允许使用产线生产设备的供电系统为ONU供电。工业PON网络的远程供电技术可以采用集中供电单元通过光电复合缆远程为ONU供电。针对需要远距离通信的现场通信设备，可以部署光电混合缆，这样既可以通过光纤传输数据，同时还可以为工业现场的ONU设备提供安全可靠的供电能力。4.3钢铁制造领域钢铁制造企业当前遇到的痛点难点主要集中（1）制造企业的生产流程多、链条长，容易出现数据孤岛现象间耦合性强。各钢铁企业的生产过程数据均存放在各工序独立的L1、L2及MES系统中，无法共享、融合。（2）能源产生、使用效率不高，能源管理调度手段缺乏钢铁制造生产流程长，工序多，企业受限于能源装备水平和企业的数字化能力，生产过程的用的效率不高，缺乏数字化管理手段提高能源（3）钢铁生产制造园区内各类治安、交通、综治视频数据流有待整合未打通钢铁制造企业园区较大，企业管理广泛应用视频图像采集，图像数据涉及治安、运输交通、种管理类型，企业在打造大数据平台时，迫切需要对数据进行整合管理，数据接入回传需（4）企业数字化转型存在数采系统网络覆盖盲点在推进数字化转型过程中，大型钢铁制造企业应用5G技术，使用工业采集终端在一些区域采用5G无线方式接入企业内网。然而钢铁厂区内金属遮蔽物多，不可避免的存在无针对上述痛点，企业需要建设千兆光网赋能的PLC工控网络、钢铁行业能源管理系统、一网打通的视频承载网络和双千兆协同的数采网络，依托千兆光网承载底座，帮助企业实现数字化转型，提4.3.1建设千兆光网赋能的PLC工控系统传统的PLC工业控制，将生产现场的各类传感器、控制器信号通过串口线接入到PLC采集网关，PLC采集网关将各类串口协议（如modbus、RS485）转换为以太网协议，通过RJ45接口接入到现场控制室的工控机，工控机控制现场PLC动作，工控机采集的数据经由L2数据网络传送至本工段MES业务系统。通过“千兆光网+PLC”建立一张工厂级的PLC工控系统，如图10所示，在现场采用工业ONU将采集信号和工控机相连，实现工控机与现场PLC的互通及控制，同时ONU将现场信号由无源光网络传输至OLT设备，并采用TypeC保护模式提供高可靠的光链路保障，OLT连接汇聚交换机将数据传输至集控中心，实现工厂级数据的集中管控，在解决数据孤岛问题的同时，大大提升了网络可靠性和图10基于千兆光网的PLC工控系统示意图工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2023）4.3.2建立钢铁行业能源管理系统利用千兆光网与物联网技术结合，建立钢铁企业的能源管理系统，在厂区内广泛采集能源消放等仪表数据，打通企业各个管理模块，实现企业能源的综合精细化管理。通过千兆光网的工业ONU网关连接生产现场的采集终端以及分散的能源仪表，对各类电表数据、O2数据、CO2数据、煤气数据等进行实时数据采集，监控企业的能源消耗情况。在网络部署上，采用简化布线，代替传统以太网布线布放数量。将各种能源消耗数据回传到能源管理系统，在能源管理系统完成能源消耗数据理、潮流展示等，同时降低了工人劳动强度，节省了针对能源统计的繁重工作量，实现轻量化统计工作。企业将采集的信息化数据进行分析和行业内横向对比，能够分析企业的节能空间节，采取对应措施减少能源浪费，最大化达到节能降耗的目的。图11—图12是应用千兆光网据信息采集平台，对厂区各个区域环境信息进行智能4.3.3建立一网打通的视频监控平台采用千兆光网搭建钢铁制造企业统一的视频监控平台。视频终端方面，逐步使用高清数字摄模拟摄像头接入平台，实现智慧钢厂监控设备数字化、网络化、高清化，做到分层分级、应求。在统一视频采集平台建设过程中，将传统以太网网络升级为千兆光网，最大限度利旧原有署空间，替换组网复杂的以太网络，并通过千兆光网的切片技术实现各区域业务的隔离、分域图13是采用千兆光网搭建的钢铁制造企业统一的视频监控网络，能够承载上万路高清考智慧钢厂“Allinone”的建设思路，将钢过建设统一的视频监控平台，钢铁制造企业能够为生产、安保、环保、工程、检修、人力、质多管理要求提供一体化可视的高清视频数据，充分发挥数据资源的4.3.4建立双千兆接入的数采系统当前钢铁生产现场存在着大量高密度泛在连接场景，工业智能运维采集终端企业尝试采用5G作为设备状态信息采集的方式，在一些生产区域应用5G获取高炉、转炉、轧机等重点设备运行和状态数据，实现设备在线健康监测、预测性维护及故障诊断。然而钢铁制造企业生产流区金属遮蔽物多，5G专网建网上存在不易进行无线接入升级的节点或存在无线信号盲区，而对于部分盲区节点，采用5G微站补盲方式建设周期长、成本高。通过部署千兆光网能够有效解决5G信号盲点问题，图14是采用千兆光网实现非无线/盲区节点的覆盖示意图，能够接入铁路站点信号的道岔设备、信号机设备及轨道电路工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2023）4.3.5构建工业PON千兆光网承载底座人、工业PAD等；工业PON网络接入固定位置PLC，实现数据采集、无线补盲等；•办公网：建设工业PON网络接入会议终端、IP电话、办公电脑等办公业务终端；移动终端办公可用5G接入•安防网：建设工业PON网络，接入安防摄像头、门禁等安防监控类业务终端；5G可用于临时高危检针对钢铁企业的业务特点，千兆光网采用可靠性保障、网络切片、融合组网、智能运维的解（1）可靠性保障钢铁行业对生产数据的可靠性要求极高，在网络冗余保护方面，建议采用TYPEC保护拓扑。其中工业PON的OLT设备采用主备双OLT的冗余保护方案，能够对传输链路提供小于50ms的保护倒换能力。（2）网络切片钢铁企业对网络数据安全有很高要求，多种业务子网需要具备独立管理能力。部署方案上，利用工业PON的网络切片能力，将物理OLT设备虚拟化为多个逻辑设备切片，以切片为单位对应企业内的不同管理域。建设与5G协同的千兆光网底座，结合边缘计算、AI、大数据、云计算等新型技术，能够满足钢铁制造企业高效生产、安全监控、环保监测、智慧办公、智能运维等需求，提升企业内部的生产效率，业管理结构，实现安全、绿色、高效的运营。图15是钢铁制造企业千兆光网和5G网络融合组网建设方案示意图，采用工业PON技术。图15钢铁企业千兆光网与5G网络融合组网建设方案由于部分大型钢铁企业已经布局5G网络建设，因此在部署网络时，采用“双千兆”网络作为网络底座，实现业务联动、监控分析、集中管控，同时结合AI、云计算、大数据等新型技术，构建安全、绿色、高•生产网：部署工业PON+5G网络，双千兆接入。5G网络接入铁水运输、无人天车、AGV、机器（3）融合组网部分钢铁企业部署“双千兆”融合的网络底座，以工业ONU作为融合组网接入单元，将其配置为5G和PON双上行的设备形态，以提供有线和无线数据接入能力。此外，对于在工业内网部署MEC的企业，可以通过工业PON将数据通过OLT传输到MEC，5G的用户面数据通过UPF本地分流以后也会连接到MEC，形成统一的数据计算、分析和应用平台。（4）智能运维为了有效解决企业IT人力资源短缺、运维成本高的问题，工业PON网络需要部署智能运维系统，能够感知业务质量，基于感知分析实现故障范围定界，最终精准定位故障源头，为用户提供业务质量运维系统基于网络数据采集并与AI结合，实现整网质量4.4冶金制造领域（1）制造水平有待提升，需突破高端产品制造难点冶金制造位于产业链的前端，经历了70年代技术与装备引进、80年代消化吸收和90年代以后自主创新几个典型阶段，冶金制造的产能位于世界第一梯队水平，但技术、装备、装置运行水平及高端产品开发与发达国家的先进水平存在差距，需要先进数字化，信息化技术赋能突破高端产品制造难点。而高端产品制造往往需要高度精确的工业控制和质量监控。网络超高速、低延迟、高稳定性的数据传输环境，这对于实时监控生产过程中的关键参数（如温度、压力、成分等）工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2023）（2）生产数据利用率不高，智能化能力不强冶金制造生产过程产数的工业数据量非常庞大，不仅包括生产现场设备运行和环境数据，还络运行数据，以TB计，但由于技术能力及认知等原因，导致生产数据利用率不高，基于PLC/DCS的计算机管理与控制系统控制管理功能有限，依旧存在大量依赖人的经验和指示，与智能化生产（3）集成化控制与管理能力不强传统的以ERP、MES、PLC/DCS为代表的计算机管理与控制系统实现体系存在系统相对封闭和独立的问题，生产过程产生的大数据和信息难以共享和互联互通，受硬件制约，各组成部分的高性能运算处理等能力较弱，导致现有计算机管理与控制系统的集成性、智针对上述痛点，冶金制造企业在升级智能制造过程中，需要的信息需要建立满足高端制造要系统、一体化、智能化的企业信息管理系统，并建立工业控制系统的智能化决策能力，构建底座，帮助企业实现数字化转型，提高智能制造水平，提升企业4.4.1建立千兆光网互联的工业控制系统冶金领域向高端产品制造转型升级需要建立高度精确的工业控制系统，以便能够根据冶金生键参数（如温度、压力、成分等）进行实时控制。采用千兆光网、5G、边缘计算、工业云等信息技术，结合基于冶金生产控制网络中的PLC/DCS的管控系统，建立千兆全光工业控制系统，依托千兆光网的超高速、低时延、确定性的数据传输环境，帮助企业在生产流程优化、缺陷预防等方面取得突破，提如图16所示，千兆光网工业控制系统包括工业PON（光线路终端OLT、光网络单元ONU、光分配网络ODN等）、5G网络设备（5G终端、5G基站等）、防火墙、以及连接架构等。采用“有线为主、无线为辅”的组网方式，其硬件平台采用扁平化设计思路，将千兆光网作为工业控制网络的连接架设备可以通过虚拟或真实的连接网关接入，确保数据传输实时性，实现硬件平台中各类设备的互操作。企业大数据中心和企业智能运行平台则通过防火墙与连接架构连接，实现数据的（1）在冶金制造环境中，数据通信多为高频率小数据包通信，需要保证数据通信的实时性、确定性和抗干扰能力，其中实现确定性低时延传输是主要问题。采用千兆光网确定性技术体系，在端到端度、工业PON确定性能力互操作接口及模型、设备单链路控制功能等三个方面进行了技术创新，能够实现系统确定性关键能力指标：时延<200μs，抖动<30μs，可靠性99.999%，能够满足冶金领域向高端制（2）不仅能够实现生产与制造过程众多设备（系统）的网络连接，互联互通，还能够实现多协议兼容的异（3）基于连接架构和接入网关，采用面向不同设备、不同数据格式、不同信息模型的综合性统一接入技术（4）在智能采集与智能传感基础上，采用大数据驱动的工业人工智能技术，利用PLC/DCS、边缘控制系统与工业云平台，采用端-边-云协同方式实现生产与制造过程智能自主优化控制等新功能。4.4.2建立一体化、智能化的企业信息管理系统工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2023）一体化、智能化的企业信息管理系统管理系统中的千兆光网网络管理能力模块如图17所示，其中网络管理功能基于工业PON的SDN智能化运维技术，支持OLT和PON网络端到端的数据采集、支持海量数据的并发计算和分析处理、支持主动的网络故障分析和预测、支持网络故障场景的KPI回放。为工业互联应用场景，提供云化网络管理、控制和分析优化的全流程功能，为企业提供高质量、高体验的网工业数采网关管理功能面向工业互联场景，提供平台开放、云化弹性部署的统一管理能设备统一接入、海量数据采集分析、行业应用快速上线的4.4.3建立工业控制系统的智能化决策能力将人工智能算法与基于千兆光网的工业控制系统结合，能够建立面向复杂工业过程下的智能化决其中控制系统负责执行逻辑和回路控制算法，并采集控制系统输入输出数据；工业云平台负责以前时刻所有输入输出数据校正边缘控制系统中的人工智能算法参数，决策和优化生产工艺参控制系统负责执行实现高性能控制、设定值优化决策、工况感知等功能的人工智能算法，从而在智能化决策过程中，将工业过程的多源异构数据传输至云端处理往往会带来的数据传输题，这使得云端数据处理能力开始下沉，更加贴近数据源头，因此边缘计算成为工业控制系统升决策能力的关键。依托千兆光网构建边云协同方式，可以利用千兆光网的边缘计算网关，对采集行预处理，能够更好地支撑云端应用；反之，云计算通过大数据分析优化输出的业务规则或模型千兆光网下发到边缘侧，使边缘计算网关能够基于新的业务规则或4.4.4构建工业PON千兆光网承载底座冶金制造企业千兆光网整体建设方案如图19所示，采用工业PON技术，整体方案为“端-边-云”架构。“端-边-云”之间利用工业PON网络，实现系统连接、数据的采集与传输和工况感知等控制业务。将工业PON网络作为整个厂区数据传输骨干网，搭建基于工业PON的工业控制千兆全光网络，实现工业PON在生产全流程的一网到底。能够提高生产制造智能化水平、提高产量，降针对冶金制造企业的业务特点，工业PON采用多协议兼容、低时延确定性、智能运维、边缘计算的解决方·（1）多协议兼容生产过程数据采集业务由生产过程的数据来源不同主要分为两类。第一类是以PLC控制系统为基础的冶金生产过程中的电流、电压等生产过程数据采集，数据采集利用边缘网关的网口与PLC控制系统连接，通过工业PON网络自服务平台配置相应网络数据传输协议下发至ONU，实现对PLC内部数据的采集。同时依据现场需求，定义数据传输的北向接口，实现北向数据上报。同样由工业PON网络自服务平台配置相应网络传输接口，实现边缘网关作为MQTT服务器端进行数据推送，分别在数据存储服务器与工业PON网络自服务平台搭建MQTT的客户端实现数据的接收，完成网络协议转换与数据存储过程，实现以PLC控制系统为基础的生产过程数据采集。第二类数据传输为生产能耗需量数据，需量数据的采集过程利串口（RS485）与生产功率表实现物理连接，通过PON网络自服务平台下发基于串口的数据采集协议实现功率表数据采集，同时配置MQTT实现对数据存储服务器的北向数据传输与存储。工业制造企业千兆光网建设指南白皮书（2023）·（2）低时延确定性针对流程行业闭环数据的确定性传输需求，利用工业PON网络替代传统的工业以太网实现闭环数据的传输。通过实时计算闭环数据传输过程的带宽、时延需求，上报数据至工业PON网络自服务平台，对工业PON网络传输资源进行整体调度保证闭环数据传输过程的确定性，实现基于工业PON网络的熔化电流闭环·（3）智能运维冶金生产过程中基于工业PON构建的工业控制系统采用智能化运维技术，能够实时采集的网络运行性能、健康状态数据（如网络带宽、时延、误码丢包等并基于海量数据进行并发计人工智能技术，能够向用户提供网络故障自动检测和网络状态主动预测能力，提供网络故障场景的KPI回放，帮助企业降低运维门槛，实现网络自运维，节约了·（4）边缘计算厂区生产过程监控数据传输业务利用到了工业PON网络数据传输的大带宽能力，利用数据传输ONU接入厂区各个监控摄像头，分别实现了厂区生产过程、厂区仓储车间、厂区人员管理的监控。厂区生视频的生产工况诊断业务，同样利用工业PON网络的边缘网关，基于边缘网关的二次开发与微服务部署能力，利用Docker技术将生产过程异常工况诊断AI算法模型嵌入到边缘网关。边缘网关通过网线接入生产过程，如熔炼等的监控摄像头，实时采集过程视频并进行推理，在AI算法检测到生产过程发生异常工况时，实时上报数据至工业PON网络自服务平台与数据存储服务器，辅助生产工人进行异常处理等工作，进而实现工业PON网络的控制数据承载。4.5通信设备制造领域通信设备制造企业遇到的痛点难点主要集中在（1）缺乏生产过程全流程的数智化管理能力传统设备制造缺乏数字化管理手段，一方面数据准确生产延误和生产中断等问题。另一方