工业互联网网络技术项目1 认识工业互联网

任务1.1了解工业互联网产生的背景一、任务说明任务目标本任务旨在了解工业互联网产生的背景知识，理解其作为国家战略的重要意义。任务实施流程框架二、知识准备-①工业互联网起源国际起源：概念的提出概念提出(2012年)由美国通用电气公司（GE）率先提出，标志着工业与互联网融合的开端。核心思想汇集工业革命和互联网革命成果，通过智能机器、高级分析和人的参与，全面提升工业效率。国内发展：战略的落地国家战略高度中国高度重视，将其作为制造业转型升级的关键抓手，推动数字经济与实体经济深度融合。政策强力推动通过“中国制造2025”、《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》等政策，为产业发展提供了坚实保障。二、知识准备-②工业互联网定义和内涵工业互联网是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式和工业生态。它包含网络、平台、数据、安全四大核心体系，聚焦数字化、网络化、智能化深度融合。生产属性(本质)安全优先：保障生产底线效益优先：追求经济价值实用优先：贴合现场实际场景强相关：落地具体场景跨域属性(核心)跨系统域：打破信息孤岛跨空间域：连接物理与虚拟跨地理域：实现全球协同服务属性(功能)生产即服务(PaaS)提供全生命周期服务赋能产业链上下游5.智能主导6.平台支撑2.数据驱动3.软件定义7.组织重构1.万物互联二、知识准备-③工业互联网主要特点4.服务增值二、知识准备-④工业互联网与物联网的区别定义与范围核心关注点技术与架构发展目标与驱动力应用深度与广度工业互联网工业强调通过人、机、物的全面互联，构建起全要素、全产业链、全价值链的新型工业生产制造服务体系。更侧重于工业领域的特定应用包括工业网络、工业平台、工业App和安全体系等关键要素；高可靠性、实时性、安全性等。来自于制造业转型升级的需求；实现智能制造、个性化定制、网络协同等。在工业领域的应用更加深入和广泛物联网更广泛。将任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。万物互联包括感知层、网络层、平台层和应用层；以根据不同应用场景和需求进行调整来自于各行各业对智能化、自动化、信息化的需求；通过物联网技术推动社会经济的全面数字化转型。全部领域定义：指在工业领域中，整个产品全生命周期各个环节所产生的各类数据及相关技术和应用的总称。作用2：隐性问题预测性分析解决显性问题作用3：反向指导产品设计和制造系统设计端作用1：从解决可见问题到避免可见问题二、知识准备-⑤工业大数据二、知识准备-⑥边缘计算定义：将部分云端的计算和存储能力迁移到网络边缘侧，用分布式的计算与存储在本地直接处理或解决特定的业务需求。特点4：服务响应优化特点1：海量异构的连接（设备多）特点5：安全与隐私保护特点3：应用智能化特点2：稳定性和实时性特点2：云化服务特点1：泛在连接定义：是一种新型的网络化制造服务模式，它通过云计算为工业企业提供服务，使工业企业的社会资源实现共享。特点3：知识积累特点4：应用创新特点5：依托云平台二、知识准备-⑦工业云三、任务实施正确阐述工业互联网的参考架构准确讲述工业互联网体系框架包含的内容准确描述工业互联网技术架构涉及到的技术感谢聆听任务1.2认识工业互联网架构一、任务说明任务目标本任务旨在建立对工业互联网架构的整体认知。我们将从参考架构出发，深入剖析体系架构，最后落实到具体的技术架构，帮助读者构建完整的知识体系。参考架构：行业标准与顶层设计体系架构：功能模块与逻辑关系技术架构：实现路径与技术栈任务实施流程二、知识准备-①工业互联网的参考架构(IIRA)由工业互联网联盟（IIC）发布，是工业互联网系统的通用描述语言。它包含商业、使用、功能、实现四个层级，并定义了系统安全、互操作性等九大系统特性，为系统设计和开发提供了顶层框架。IIRA四大层级架构视图二、知识准备-②工业互联网的体系架构网络体系：全要素泛在互联通过网络互联、数据互通与标识解析技术，实现工业生产全要素的深度连接。平台体系：资源配置核心作为工业资源配置的枢纽，汇聚平台数据，支撑各类工业App的开发与运行。安全体系：可靠运行基石构建涵盖设备、网络、数据等多维度的防护体系，保障工业互联网的安全可靠。二、知识准备-②工业互联网的体系架构网络互联连接方式：有线、无线连接内容：人、机、物等全要素网络联络：工厂内网（企业）、工厂外网（国家运营商）数据互通跨设备、跨平台标准化和协议标识解析分层级架构：国家级、行业级、企业级、边缘设备级应用分类：静态标识、主动标识组成：标识编码（唯一）、标识解析（解码）网络体系：全要素泛在互联二、知识准备-②工业互联网的体系架构平台与数据发展初期、尚未统一工业APP新兴领域平台体系：资源配置核心安全体系保障设备、系统、网络、数据、平台、应用实现防护对象防护措施防护管理二、知识准备-②工业互联网的体系架构平台层核心枢纽与大脑网络层工业互联网的“神经”应用层智能化落地场景感知层工业互联网的“五官”二、知识准备-③工业互联网的技术架构二、知识准备-③工业互联网的技术架构感知层：工业互联网的“五官”核心功能负责数据的全面获取，通过智能识别与采集技术，实现对物理世界的数字化映射。关键技术RFID射频识别技术多类型传感器（物理、化学、生物）卫星定位技术（北斗、GPS）网络层：工业互联网的“神经”核心功能负责数据的传输与汇聚，构建低时延、高可靠的通信网络，实现数据的实时流动。关键技术工业以太网与无线局域网5G与TSN（时间敏感网络）技术WIA等工业无线标准协议二、知识准备-③工业互联网的技术架构平台层：核心枢纽与大脑核心功能数据汇聚与建模分析：挖掘数据深层价值知识复用与应用开发：沉淀工业机理模型核心载体工业互联网平台作为连接的枢纽，是资源优化配置的核心，承上启下支撑上层应用。应用层：智能化落地场景核心定位面向特定行业和场景，实现智能化应用将平台能力转化为具体的业务价值典型应用场景包括智能生产、远程运维、供应链协同、个性化定制等，覆盖企业生产经营全流程。三、任务实施正确阐述工业互联网的参考架构准确讲述工业互联网体系框架准确描述工业互联网技术架构感谢聆听任务1.3认识工业互联网基础网络技术一、任务说明任务目标任务实施流程深入理解OSI七层模型与TCP/IP核心协议栈，构建网络通信的理论基础。辨析IT网络与OT网络的联系与区别，理解工业互联网的融合趋势。二、知识准备-①网络拓扑结构与通信方式工业网络常采用树型拓扑结构，通过交换机连接各个设备单元。主要的工业以太网通信协议包括PROFINET、PROFIBUS、Modbus和Ethernet/IP，它们分别适用于不同的实时性和功能需求场景。PROFINET高实时性支持标准、实时（RT）、同步实时（IRT）三种通信等级，分别满足组态、控制和高速运动控制的需求。Modbus简单通用ModbusRTU：串行接口ModbusTCP：以太网通信Ethernet/IP现场到云端建立在标准TCP/IP协议之上，实现了从工业现场设备到企业管理网络的无缝连接与信息集成。PROFIBUS开放式PROFIBUS-DP：主站从站PROFIBUS-PA：过程自动化PROFIBUS-FMS：车间级二、知识准备-②OSI参考模型（理论模型）模型概述OSI七层模型是理解网络通信的理论基石，它将复杂的通信功能划分为七个层次，每一层各司其职，共同完成端到端的通信。七层结构(由下至上)OSI模型数据发送和接收过程二、知识准备-③TCP/IP模型（实际模型）模型概述TCP/IP模型是OSI模型的实际应用版本，简化为四层：应用层、传输层、网络层和网络接口层。四层结构(由下至上)程序之间数据沟通（协议）两台主机程序之间端到端数据传输地址管理、路由选择监视数据在主机和网络之间的交换二、知识准备-③TCP/IP模型（实际模型）01030204存在非真正层网络接口层并不是真正的一层，它是一个接口，处于网络层和数据链路层之间

不通用先有协议集然后建立模型，不适用于非TCP/IP网络四层协议栈采用了层次结构的概念，提供面向连接和无连接两种通信服务机制不适用于新网络TCP/IP模型没有明显区分服务、接口和协议的概念二、知识准备-③TCP/IP模型（实际模型）应用层协议数据单元（PDU）程序协议数据段Segment端口号路由器报文/数据包Packet网络接口层TCP/IP交换机数据帧Frame集线器比特Bit从上往下逐层发送：每一层都把上层的协议包当成数据部分，加上自己的协议头部，组成自己的协议包封装发送数据传输层报头数据网络层报头数据数据链路层报头数据011001110101001101101110001110源端口、目的端口源IP、目的IP、协议号源MAC、目的MAC、帧类型程序协议二、知识准备-③TCP/IP模型（实际模型）应用层（S7、OUC、ModbusTCP）传输层（TCP、UDP）网络层（IP）网络接口层TCP/IP数据链路层（MAC）物理层（RJ45）封装发送从下往上逐层解封：封装的逆过程，数据从比特流还原为数据的过程动作解封接收数据传输层报头数据网络层报头数据数据链路层报头数据011001110101001101101110001110剥离数据链路层剥离网络层剥离传输层检测MAC检测IP识别端口解析协议二、知识准备-③TCP/IP模型（实际模型）核心协议TCP协议传输层，保证数据安全送达子网掩码指明所处的子网IP协议网络层，IP地址找目标MAC地址数据链路层，设备的唯一ID二、知识准备-③TCP/IP模型（实际模型）PC触摸屏网线PLC交换机网线192.168.1.18192.168.1.58192.168.1.1628:63:36:E9:6D:2C00:1B:1B:21:B6:A094:C6:91:76:15:01MAC地址IP地址TCP协议二、知识准备-③TCP/IP模型（实际模型）同一网段判断方法：将设备的IP地址和子网掩码按二进制位对应求“与”逻辑，如果“与”结果相同即在同一子网中。NetMask子网掩码设备A：192.168.0.100/255.255.255.128设备B：192.168.0.130/255.255.255.12811000000101010000000000001100100IP11111111111111111111111110000000掩码11000000101010000000000010000010IP11111111111111111111111110000000掩码&192.168.0.0结论：网络号不同，不同网络00000000110000001010100000000000&192.168.0.12810000000110000001010100000000000二、知识准备-④有线网络和无线网络有线网络(Wired)核心优势传输速率高、稳定性好、抗干扰能力强、安全性高。主要局限移动性差、布线成本高、灵活性不足，难以适应动态环境。典型应用工厂自动化的主流选择，适用于位置固定的设备连接，如产线PLC、服务器等。无线网络(Wireless)核心优势部署灵活、移动性强、易于扩展，无需复杂的物理布线。主要局限稳定性和安全性相对较弱，易受环境干扰，延迟波动较大。典型应用适用于移动机器人、AGV、手持终端等移动设备，或布线困难的复杂场景。二、知识准备-⑤IT网络和OT网络IT网络核心功能支撑生产运营管理与信息处理

具体而言，它是为了满足工厂级的管理和决策需求，主要负责采集、存储、分析和应用各类生产经营信息，