IEC 62657-22022 工业通信网络.无线系统的共存.第2部分共存管理标准立项发展报告

工业通信网络无线系统的共存第2部分：共存管理标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:IndustrialCommunicationNetworks-CoexistenceofWirelessSystems-Part2:CoexistenceManagement摘要随着工业自动化与无线通信技术的深度融合，工业现场环境中多种无线系统共存的需求日益迫切，随之而来的电磁干扰与频谱资源竞争问题已成为制约工业无线技术规模化应用的关键瓶颈。为系统解决这一问题，国际电工委员会（IEC）制定了IEC62657-2:2022《工业通信网络无线系统的共存第2部分：共存管理》。本标准作为IEC62657系列标准的重要组成部分，系统规定了工业无线系统共存的管理框架、策略与评估方法，为工业现场的频谱规划、干扰协调与共存性能保障提供了权威技术依据。本报告从标准立项背景出发，系统阐述了标准的编制历程、核心技术内容及其在智能制造业数字化转型中的战略价值。同时，围绕标准的实施与推广，深入分析了标准的技术要点、应用实践与未来演进方向，旨在为标准使用者提供全面的解读与实施参考，推动工业无线技术向更可靠、更安全、更高效的方向持续迈进。关键词：工业通信网络；无线系统共存；共存管理；频谱资源；电磁兼容；IEC62657；工业自动化；无线通信Keywords:Industrialcommunicationnetworks;Coexistenceofwirelesssystems;Coexistencemanagement;Spectrumresources;Electromagneticcompatibility;IEC62657;Industrialautomation;Wirelesscommunication1.引言1.1立项背景工业4.0、中国制造2025等战略的深入推进，使得工业无线通信技术成为智能制造的关键使能技术之一。从过程控制中的无线传感器网络（WSN）、工业物联网（IIoT）设备，到移动巡检终端、增强现实辅助系统，大量无线设备正在涌入工业现场。然而，工业环境中的无线频谱资源是有限的，多种无线技术——如WirelessHART、ISA100.11a、WIA-PA、蓝牙、Wi-Fi、5G乃至未来的6G——在同一物理空间或邻近频段内运行时，不可避免地产生电磁干扰，进而影响工业控制系统的实时性、可靠性和安全性。传统的电磁兼容（EMC）标准主要关注设备级的发射与抗扰度指标，难以系统性地解决系统级的频谱共存与干扰管理问题。IEC认识到这一标准化缺口，于2008年前后启动IEC62657系列标准的制定工作，旨在为工业无线系统的共存提供一个从规划、部署到运维的全生命周期管理框架。1.2标准的战略意义IEC62657-2:2022标准的发布，填补了国际上工业无线系统共存管理领域的标准化空白，对促进工业无线技术的规模化应用、保障工业控制系统的安全可靠运行具有深远意义。标准的实施将帮助工业用户有效规划无线频谱资源，降低无线系统间的干扰风险，提升工业无线系统的整体性能和投资收益，同时为无线设备供应商提供清晰的技术规范指引，推动工业无线产业链的健康发展。2.标准编制历程与工作组织2.1标准编制进程IEC62657-2标准的编制经历了系统而严谨的多阶段流程，充分体现了国际标准制定的科学性与民主性。-提案阶段（2008-2010年）：IEC/TC65（工业过程测量、控制和自动化技术委员会）下属的SC65C（工业网络分技术委员会）依据工业无线技术发展的现实需求，正式提出制定无线系统共存管理标准的提案。-起草阶段（2011-2014年）：成立工作组WG16，广泛吸纳来自德国、美国、中国、日本、芬兰等国的专家参与，系统开展工业无线共存场景调研与关键技术研究。-征求意见与投票阶段（2015-2019年）：形成委员会草案（CD）和国际标准草案（DIS），历经多轮征集意见与技术修订，就共存管理的框架模型、评估流程等核心问题达成国际共识。-发布与修订（2020-2022年）：经最终国际标准草案（FDIS）投票通过后，IEC62657-2:2022于2022年正式发布。2.2主要参与标准编制的单位IEC62657-2:2022标准的编制汇聚了全球工业通信领域众多权威机构和企业，其中西门子公司（SiemensAG）作为关键起草单位，在标准制定过程中发挥了不可或缺的作用。西门子是工业自动化和工业通信领域的全球领导者，长期深度参与IEC/TC65/SC65C的标准化工作。凭借在工业无线技术研发、现场部署和频谱管理方面数十年的工程积累，西门子为标准的框架设计、共存评估方法论以及管理流程定义提供了大量原创性技术输入。尤其是在共存管理流程与工厂自动化场景的结合方面，西门子将其实践经验成功融入标准条款，使标准既有理论高度又具工程可操作性。此外，ABB、艾默生、横河电机、华为、思科等国内外企业以及德国联邦物理技术研究院（PTB）等研究机构也在标准草案的评审与完善中做出了重要贡献。3.标准主要内容解读3.1标准范围与定位IEC62657-2:2022定位于工业通信网络中无线系统共存的管理层面，重点关注如何在工业现场有效管理多种无线系统的共存，以保证各无线系统的性能目标得到满足。该标准不针对具体无线通信技术制定性能指标，而是提供一套通用的管理框架与流程方法，适用于工业自动化、过程控制、工厂运维等各类工业场景。3.2核心术语与概念框架标准系统定义了与无线共存管理相关的一系列核心概念，包括但不限于：-共存（Coexistence）：多个无线系统在共享或邻近频谱资源时，在不造成不可接受性能降级的前提下同时运行的能力。-共存管理（CoexistenceManagement）：为达成无线系统共存目标而实施的规划、协调、监控、评估和改进的全过程管理活动。-无线系统性能目标（PerformanceObjectives）：各无线系统在特定应用场景下需满足的通信可靠性、实时性、吞吐量等性能指标。-共存场景（CoexistenceScenario）：描述多个无线系统在特定空间与频段内共同运行的工况组合。-干扰预算（InterferenceBudget）：对无线系统受干扰程度的量化分配，是共存评估的核心工具之一。3.3共存管理体系架构标准构建了一个层次化的共存管理体系，将共存管理活动划分为三个层次：第一层：战略与策略层。此层面向工厂或企业的决策管理层，聚焦制定无线频谱使用的总体方针与优先级策略，包括明确哪些无线应用属于关键任务型（对时延和可靠性要求极高）、哪些属于非关键任务型，并在此基础上分配频谱优先使用权。该层次的核心产出是形成企业的无线共存策略文件，为后续各层次的执行提供纲领性指导。第二层：规划与设计层。在既定策略框架下，完成具体无线系统的频谱规划、干扰预测与共存方案设计。该层次的关键任务包括：开展现场电磁环境测量，识别潜在的干扰源与被干扰对象；运用干扰预算方法对各无线系统的信噪比、接收灵敏度、邻频抑制比等参数进行定量分析；基于分析结果选择合适的工作频段、信道配置、发射功率和天线方案；最终输出经过验证的共存设计方案，为工程实施提供依据。第三层：运维与优化层。在系统运行阶段，持续监控无线系统的频谱占用情况和性能指标，及时识别潜在的共存冲突，并采取相应的协调措施（如动态信道切换、功率调整、流量整形等）予以处置。同时建立共存管理的文档化记录和持续改进机制，为后续的系统扩建和新技术引入积累经验数据。三层架构形成从战略决策到工程落地再到运维优化的闭环管理体系，确保无线系统全生命周期内的共存性能得到有效保障。3.4共存管理流程与方法标准详细规定了共存管理的核心流程，主要包括以下关键环节：-需求分析与目标定义：明确各无线系统的应用场景、通信需求和共存性能目标，形成量化的共存需求规格。-现场电磁环境勘察：对工业现场进行电磁频谱测量与干扰源普查，建立现场电磁环境基线数据库。-风险识别与干扰分析：基于勘察数据和系统参数，运用干扰矩阵、链路预算等工具识别共存风险，量化干扰水平。-共存方案设计与优化：制定频谱分配方案、信道规划方案和干扰缓解措施，必要时通过仿真工具进行方案验证。-部署实施与验收：按设计方案完成无线系统的部署调试，通过实测验证共存性能是否满足需求规格要求。-运行监控与持续改进：建立共存性能的长期监测机制，并根据监测结果持续优化共存方案。3.5共存评估指标体系标准提出了多维度、多层次的共存评估指标体系，涵盖以下核心类别：-通信性能指标：包括数据包传输成功率、端到端时延、时延抖动、吞吐量等，直接反映无线系统的通信质量。-可靠性指标：包括系统可用性、平均无故障时间（MTBF）、故障恢复时间（MTTR）等，反映系统在干扰环境下的鲁棒性。-服务质量指标：涵盖优先级保障能力、服务等级协议（SLA）满足度等，体现共存管理对业务需求的支撑水平。-经济性指标：包括频谱利用率、单位吞吐量能耗等，反映共存方案的综合效能。4.标准实施与应用前景4.1应用价值IEC62657-2:2022的应用价值体现在多个层面。首先，为用户层面，标准提供了科学系统的共存管理方法论，帮助工业用户从被动应对干扰转向主动管理频谱资源，显著降低无线系统部署风险。其次，对设备制造层面，标准为产品研发提供了明确的共存设计指引，有助于提升设备在复杂电磁环境中的兼容性与互操作性。再者，对整个产业层面，标准的实施有促进工业无线生态系统的健康发展，推动工业无线技术的规模化应用与产业升级。4.2典型应用场景标准适用的典型应用场景包括：-流程工业（石油化工、电力等）：多种无线仪表与有线系统的混合组网，安全关键数据与常规监测数据共存的频谱协调管理。-离散制造业（汽车、电子等）：产线上移动机器人、AGV、手持终端与固定无线设备的共存协调，保障生产节拍的稳定性。-智能物流与仓储：大量RFID读写器、条码扫描设备与无线局域网络在密集空间内的频谱共享与干扰抑制。-智慧能源领域：风电场、光伏电站中无线传感器网络与SCADA系统的长距离共存保障。4.3与其他标准的关系IEC62657-2与IEC62657-1（无线通信要求概述）共同构成IEC62657系列标准的核心。两者之间的关系为：第1部分侧重规定工业无线通信的技术要求与性能规范，第2部分则聚焦于多个无线系统之间的共存管理。同时，本标准与IEC61508（功能安全）、IEC62443（工业网络安全）、ITU-R相关频谱管理建议书等标准存在紧密关联，共同构建了覆盖安全、网络与频谱的完整标准体系。5.参与单位介绍5.1西门子公司西门子公司（SiemensAG）成立于1847年，总部位于德国慕尼黑和柏林，是全球领先的技术型企业，业务涵盖自动化与数字化、智能基础设施、移动出行等众多领域。在工业通信领域，西门子拥有超过三十年的技术积累，其SIMATIC系列控制系统、SCALANCE系列工业交换机与无线设备在全球范围内得到广泛应用。在IEC62657-2:2022标准的编制过程中，西门子作为核心起草单位之一，重点贡献了以下关键内容：-共存管理流程的工程实践输入：西门子将自身在汽车制造、化工、制药等行业的大量无线部署经验提炼为标准化流程模板，为标准的流程设计提供了宝贵的一手素材。-干扰评估方法的验证数据：西门子利用其测试实验室和实际项目数据，对标准中提出的干扰预算方法和共存评估指标进行了验证与迭代优化。-与工业自动化系统的集成视角：西门子强调共存管理与工业控制系统（如PLC、SCADA）的深度融合，确保了标准条款对工业自动化场景的充分适配性。5.2其他重要参与机构除西门子外，ABB集团在过程工业无线仪表的共存需求方面提供了大量应用案例，推动了标准对过程自动化场景的覆盖；艾默生过程管理凭借WirelessHART技术的丰富部署经验，为无线网状网络的共存管理提供了实践验证；华为公司在5G与工业无线融合方面提供了前瞻性输入；中国电子技术标准化研究院等国内机构也在标准制定中代表中国提出了多项建设性意见，促进了标准对制造业不同发展水平国家的适用性。6.结论与展望IEC62657-2:2022作为工业无线系统共存管理领域的纲领性国际标准，系统构建了从战略规划到运维优化的全生命周期共存管理体系，填补了系统级频谱管理标准化的空白。该标准不仅为当前多种工业无线技术的和谐共存提供了科学方法论，也为未来5G/6G、Wi-Fi6/7等新技术的无障碍引入奠定了管理基础。其发布和实施将有力推动工业无线技术从"可用"迈向"好用"，为全球制造业的数字化转型提供坚实的通信底座支撑。展望未来，随着工业无线应用的不断深化和频谱资源的日趋紧张，共存管理的重要性将持续提升。IEC62657系列标准有望在以下方向持续演进：面向TSN（时间敏感网络）与无线通信融合场景的共存增强；引入AI/机器学习技术实现自适应频谱管理与智能干扰协调；深化与功能安全、网络安全标准的协同整合；开发面向特定行业（如医疗、轨道交通）的共存管理应用指南。可以预见，IEC62657-2:2022将在工业无线技术发展进程中发挥愈发重要的作用，引领工业通信网络迈向更加智能、可靠、安全的新时代。参考文献[1]IEC62657-2:2022,Industrialcommunicationnetworks-Coexistenceofwirelesssystems-Part2:Coexist