IEC 62657-42025 工业通信网络.无线系统的共存.第4部分无线应用的中心协调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4部分：无线应用的中心协调共存管理标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Industrialnetworks-Coexistenceofwirelesssystems-Part4:Coexistencemanagementwithcentralcoordinationofwirelessapplications摘要随着工业物联网（IIoT）与智能制造技术的深度融合发展，工业现场环境中无线通信系统的部署密度持续攀升，异构无线技术共存引发的电磁干扰与频谱资源竞争问题日益突出，已成为制约工业无线系统规模化应用的关键瓶颈。为系统解决多无线系统在工业场景中的共存管理问题，国际电工委员会（IEC）于2025年2月14日正式发布IEC62657-4:2025《工业通信网络无线系统的共存第4部分：无线应用的中心协调共存管理》。本标准作为IEC62657系列标准的重要组成部分，聚焦于中心化协调架构下的共存管理机制，定义了无线资源协调配置、干扰检测与规避、共存策略管理等功能要求，为工业无线应用的可靠运行提供了系统性技术规范。本报告全面阐述了该标准的立项背景、编制过程、核心技术内容、关键创新点及应用前景，旨在为国内外工业自动化领域的标准应用、产品研发及工程实施提供权威参考与决策依据。关键词：工业通信网络；无线系统共存；中心协调；共存管理；IEC62657；工业物联网；频谱管理；电磁兼容Keywords:Industrialcommunicationnetworks;Coexistenceofwirelesssystems;Centralcoordination;Coexistencemanagement;IEC62657;IndustrialInternetofThings;Spectrummanagement;Electromagneticcompatibility1引言1.1背景概述工业4.0与中国制造2025战略的深入推进，促使工业自动化系统正经历从传统有线通信向无线通信转型的关键阶段。无线技术以其部署灵活、成本低、扩展性强等优势，在工业过程控制、设备状态监测、移动机器人导航、仓储物流管理等场景中获得了日益广泛的应用。然而，工业现场环境中同时运行的无线系统数量与类型持续增长，涵盖WLAN（基于IEEE802.11）、WirelessHART（基于IEC62591）、ISA100.11a（基于IEC62734）、蓝牙低功耗（BLE）、ZigBee（基于IEEE802.15.4）、5G工业专网等多种异构技术体制。在有限的ISM频段资源约束下，多种无线技术在同一地理区域内的共存成为工业无线系统部署必须面对的核心技术问题。不同无线系统之间的相互干扰不仅可能导致通信链路质量下降、数据传输时延增大，还可能引发严重的安全事故——尤其是在过程自动化、紧急联锁等对可靠性有极高要求的应用场景中。1.2标准体系沿革IEC62657系列标准由国际电工委员会工业过程测量、控制和自动化技术委员会（IEC/TC65）下属的SC65C分技术委员会（工业网络）制定，是工业无线通信领域的核心标准体系。该系列标准从系统架构、应用需求、共存管理等多维度为工业无线系统的规划、设计、部署与运维提供了全面的技术规范。此前已发布的系列标准包括：-IEC62657-1:2023：无线通信需求与应用场景总则，明确了工业无线通信的应用分类、通信需求参数及系统参考架构；-IEC62657-2:2023：共存管理方法，提出了非集中协调和集中协调两种共存管理方法的基本框架；-IEC62657-3:2022：无线应用的中央协调共存管理的性能要求，规定了集中协调场景下的关键性能指标（KPI）和验证方法。IEC62657-4:2025作为该系列标准的新增部分，在IEC62657-2所定义的中心协调共存管理方法框架基础上，进一步细化了管理功能的技术实现要求，与IEC62657-3的性能要求形成互补，构建了从方法定义、性能规范到功能实现的完整技术闭环。2标准编制背景与立项依据2.1行业需求驱动工业无线系统在实际部署中面临严峻的共存挑战。据相关行业统计，一个典型的现代化智能工厂中，无线设备的数量已超过数千个，无线技术的类型涵盖5种以上。在2.4GHzISM频段，WLAN、蓝牙、ZigBee等技术共享同一频谱资源，不可避免地产生相互干扰。实测数据表明，当WLAN与WirelessHART网络在同一区域内同时运行时，若无有效的共存管理机制，WirelessHART网络的端到端通信可靠性可下降高达30%，严重影响工业自动化系统的安全稳定运行。传统的非集中式共存管理方法（如基于载波侦听多路访问（CSMA）的竞争机制、基于功率控制的干扰规避等）在无线设备密度较高时，存在频谱利用效率低、协调延迟大、全局优化能力不足等固有局限。因此，基于中心协调架构的共存管理方法逐渐成为工业界关注的焦点——通过集中的频谱管理实体对区域内所有无线系统的信道资源进行统一调度与动态分配，实现全局最优的干扰规避和资源利用效率。2.2标准制定历程IEC62657-4的制定工作于2021年正式启动，由IEC/TC65/SC65C/WG16工作组（工业无线通信技术工作组）负责推进。来自德国、中国、美国、日本、韩国、芬兰等国家的工业自动化企业、通信设备制造商、科研机构和标准化组织专家参与了标准草案的编制工作。标准制定过程中，工作组充分吸收了IEC62657-2和IEC62657-3的编制经验，并结合了工业现场实际部署案例及多个国际研究项目的最新成果。经过多轮工作组会议讨论、委员会草案（CD）投票、最终国际标准草案（FDIS）投票等标准化程序，该标准于2025年2月14日由IEC正式发布，标准编号为IEC62657-4:2025。标准同时以英语和法语两种官方语言出版，标志着该标准成为国际公认的工业无线共存管理的权威技术规范。2.3政策与技术背景从国际政策层面看，各国工业信息化主管部门对工业无线频谱资源的规划日趋精细，ISM频段内的频谱共享与干扰协调已成为频谱管理政策的重要议题。国际电信联盟（ITU）在《无线电规则》中亦对工业科学医疗（ISM）频段内的设备认证和干扰管理提出了明确要求。从技术发展维度看，软件定义网络（SDN）、网络切片、人工智能（AI）辅助频谱管理等新兴技术的成熟，为中心协调共存管理的高效实施提供了有力的技术支持。中心协调器可以借助AI算法实时分析无线环境状态，预测干扰趋势，并动态优化资源分配策略。这些技术进展为IEC62657-4标准的制定提供了坚实的技术基础。3标准核心内容分析3.1标准范围与定位IEC62657-4:2025规定了工业通信网络中无线应用中心协调共存管理（centralcoordinationofwirelessapplications）的系统架构、功能模块、管理流程及接口要求。该标准适用于采用中心协调架构对多个无线系统进行共存管理的工业场景，包括但不限于过程工业、制造业、物流仓储等领域的无线网络部署。本标准的定位与IEC62657系列其他部分形成互补关系：IEC62657-1定义无线应用的总体框架和需求，IEC62657-2定义共存管理的基本方法（包括集中和非集中两种模式），IEC62657-3规定中心协调共存管理的性能要求，而本部分则聚焦于中心协调共存管理的功能实现细节。3.2系统架构标准定义的中心协调共存管理系统由以下核心功能实体组成：-中心共存管理实体（CentralCoexistenceManagementEntity,CCME）：作为系统的核心决策单元，负责无线资源的统一管理与协调。CCME通过收集各无线系统的共存状态信息、频谱占用信息及干扰检测结果，做出全局最优的资源分配决策。-共存管理代理（CoexistenceManagementAgent,CMA）：部署在各类工业无线系统内，负责将本系统的运行状态、频谱使用情况和干扰感知信息上报至CCME，并接收和执行CCME下发的资源调整指令。-共存管理接口（CoexistenceManagementInterface,CMI）：定义CCME与CMA之间的信息交互协议，包括消息格式、交互流程和时序要求。CMI的设计兼顾了不同无线技术体制之间的异构性，支持通用的语义化信息模型。标准还定义了三种部署模式：嵌入式部署（CCME功能集成于某个无线系统的管理平台中）、独立式部署（CCME作为独立的物理实体存在）以及云化部署（CCME以虚拟化功能的形式部署于边缘计算节点或云端平台）。3.3核心管理功能标准的重点内容之一是对中心协调共存管理功能的定义，主要包括以下核心功能模块：3.3.1无线资源态势感知CCME需要实时获取工业现场各无线系统的频谱使用情况和干扰状态。标准规定的态势感知功能包括：频谱占用度检测、信号强度分布估计、干扰源识别与定位、无线信道质量监测等方面的数据采集方法、采集周期和信息上报要求。3.3.2共存策略决策基于态势感知结果，CCME通过内置的决策引擎生成合理的共存管理策略。策略决策涵盖了信道分配策略、发射功率控制策略、时隙调度策略和信道切换策略。标准规定策略决策的频率可动态调整，兼顾干扰规避的实时性和系统运行的稳定性。3.3.3策略执行与反馈CMA接收CCME下发的管理策略后，将其转换为本无线系统可执行的具体配置参数（如通信信道、发射功率、工作时隙等）。同时，CMA持续监测策略执行效果，并将结果反馈至CCME，形成闭环管理机制。3.4管理流程与接口协议标准定义了完整的共存管理流程，包括共存信息采集流程、共存策略生成流程、策略下发与执行流程、效果评估与优化流程等主要场景的时序要求和状态转换关系。在接口协议设计方面，标准规定了CMI接口的协议栈架构、消息类型定义、传输层承载要求（可基于TCP/IP、UDP/IP或工业以太网协议），以及安全性要求（包括消息认证、防重放攻击和访问控制机制）。此外，标准还定义了接口的信息模型，以统一的数据结构表示频谱占用、干扰水平、设备状态等信息。3.5性能要求与验证方法标准设置了分级性能指标体系，对中心协调共存管理系统的响应时间、决策精度和可扩展性提出了差异化要求。例如，对于时间敏感型工业应用场景（如运动控制），共存策略调整的端到端响应时间应不超过某一特定阈值（如50毫秒级）；对于非实时性应用（如状态监测），响应时间可在秒级范围内。验证方法部分规定了实验室仿真测试、半实物仿真测试和外场实测三种验证途径，以及相应的测试场景设置、评价指标和通过的判定准则。4标准关键创新点4.1面向多技术体制的统一共存管理框架IEC62657-4:2025提出了一个独立于具体无线通信技术的通用共存管理框架，能够协调管理不同技术体制（如WLAN、WirelessHART、BLE、5G等）的无线系统。这一创新设计解决了传统共存管理方案中“一种技术对应一种管理策略”的碎片化问题，有效降低了工业无线网络的管理复杂度。4.2基于闭环反馈的动态优化机制标准引入“感知-决策-执行-评估”的闭环管理模型，通过持续监测和动态调整实现共存管理策略的持续优化。该机制能够适应工业现场环境中干扰条件和工作负载的动态变化，确保系统长期在最优或近最优状态运行。4.3可扩展的分级管理体系标准支持分级部署的共存管理体系，即多个CCME之间可以形成层级化管理关系（如图1所示），适用于大型工厂中多车间、多区域的复杂共存管理需求。各区域的CCME负责本地的共存管理决策，同时向上级CCME汇报状态并接受全局协调，兼顾了管理效率与系统可扩展性。5标准实施的意义与影响5.1技术层面本标准的发布填补了工业无线系统中心协调共存管理功能规范方面的国际标准空白，为异构无线系统的协调管理提供了统一的技术语言和实现框架。通过标准化的共存管理接口和管理流程，不同厂商的工业无线产品和共存管理系统之间实现了互联互通和互操作，降低了系统集成的技术门槛。5.2产业层面标准为工业无线相关设备和系统的制造商提供了明确的产品设计要求，有利于缩短产品研发周期。对于系统集成商和最终用户，标准提供了系统规划、部署和运维的技术依据，有助于降低无线系统部署的风险和成本。同时，标准的发布将促进工业无线共存管理相关技术和产品的成熟与市场化，推动形成完整的产业链。5.3应用场景标准在以下典型场景中具有广阔的应用前景：一是智能工厂多无线系统共存场景——通过中心协调实现WLAN、5G、蓝牙等多系统在同一工厂环境中的高效共存；二是过程工业无线仪表密集部署场景——保障WirelessHART、ISA100.11a等过程自动化无线仪表的可靠通信；三是物流仓储机器人调度场景——协调AGV/AMR通信与WLAN基础设施的频谱共享。6标准主要起草单位（IEC/TC65/SC65C）6.1分技术委员会概览IEC/TC65/SC65C（工业网络）是负责制定工业通信网络领域国际标准的分技术委员会，其秘书处由德国工业界权威机构担任。SC65C的工作范围涵盖工业通信网络的体系架构、传输协议、网络安全、无线通信及共存管理等方向，迄今已发布国际标准50余项，是工业通信领域最具影响力的国际标准化组织之一。6.2主要参与单位——西门子股份公司西门子股份公司（SiemensAG）是全球工业自动化和数字化领域的领导者，总部位于德国慕尼黑和柏林。作为IEC/TC65/SC65C的积极成员单位，西门子在IEC62657系列标准的制定中发挥了核心主导作用。在技术贡献方面，西门子在工业无线通信领域拥有深厚的技术积累，其SCALANCEW系列工业WLAN设备、SIMATICRF系列工业识别系统等产品广泛应用全球制造业。西门子专家深度参与了IEC62657-4标准中中心协调共存管理架构设计、功能模块划分以及CMI接口协议等核心技术内容的起草工作。同时，西门子在其工业无线产品中率先实践了标准所定义的中心协调共存管理功能，积累了宝贵的工程验证数据，为标准技术方案的可行性和有效性提供了佐证。西门子一直积极参与中国工业自动化标准化工作，并与中国合作伙伴保持紧密合作，为中国制造业数字化转型和国际标准化事业的发展贡献了重要力量。7结论与展望7.1结论IEC62657-4:2025的正式发布，是工业无线通信领域标准化工作的一项重要里程碑。该标准系统规定了中心协调架构下工业无线应用共存管理的系统架构、功能要求、管理流程和接口协议，填补了中心协调共存管理功能规范方面的标准空白。标准的发布将为工业无线系统的规划设计、设备研发、系统集成和运行维护提供权威的技术依据，对提升工业无线通信的可靠性和安全性、促进异构无线系统的深度融合具有重要意义。7.2展望随着工业无线技术向更多关键任务型应用场景的渗透，以及AI、数字孪生等新技术与工业无线系统的深度融合，中心协调共存管理技术将持续演进。未来的标准化工作可在以下方向进一步深化：一是面向5G/6G与工业无线异构融合场景的共存管理增强；二是基于AI的智能共存管理决策框架的标准化；三是共存管理功能与工业网络安全机制的协同设计；四是面向特定垂直行业（如流程工业、离散制造）的共存管理应用指南。建议国内外工业无线领域的相关企事业单位、科研机构密切关注IEC62657系列标准的后续发展动态，积极参与相关标准化工作，共同推动工业无线共存管理技术的持续进步与广泛应用。参考文献[1]IEC62657-4:2025,Industrialnetworks-Coexistenceofwirelesssystems-Part4:Coexistencemanagementwithcentralcoordinationofwirelessapplications.Geneva:IEC,2025.[2]IEC62657-1:2023,Industrialcommunicationnetworks-Coexistenceofwirelesssystems-Part1:Generalrequirementsandapplicationscenarios.Geneva:IEC,2023.[3]IEC62657-2:2023,Industrialcommunicationnetworks-Coexistenceofwirelesssy