工業PON助力工業互聯網實現高效、智能的生產和管理

工業互聯網的發展對產業升級具有顯著的帶動作用。據中國工業互聯網研究院數據顯示，2023年中國工業互聯網產業增加值規模預計達到4.69萬億元，占GDP的比重上升至3.72%，顯示出工業互聯網產業對我國經濟穩定增長的重要支撐作用。工業互聯網已廣泛應用于石化、鋼鐵、電子信息、家電、服裝、能源、機械、汽車、裝備、航空航天等行業和領域，推動企業提升質量效益，并不斷催生新的增長點。

工業互聯網的發展首先需要強大的網絡基礎設施作為支撐。根據《工業互聯網網絡建設及推廣指南》，我國正著力建設先進網絡基礎設施，打造標識解析體系，以構筑支撐工業全要素、全產業鏈、全價值鏈互聯互通的網絡基礎設施為目標。這包括對工業企業內網、外網和標識解析體系的建設升級，支持工業企業以IPv6、工業無源光網絡（PON）、工業無線等技術改造工業企業內網。5G、時間敏感網絡（TSN）等技術成為新一代工業網絡演進的基石，推動工業網絡向高性能、高智能、高融合的方向發展。

工業網絡的發展是工業互聯網和產業升級的重要組成部分，它涉及基礎設施的升級改造、技術創新與融合、應用模式和業務模式的變革、產業升級與經濟增長、安全保障體系的建立、數字化轉型的加速等多個方面。

助力消除障礙，促進IT與OT加速融合

傳統以太網采用輪詢機制或集束幀技術，導致標準以太網和實時以太網無法在同一網絡中進行數據傳輸。對于邊緣計算、工業物聯網、智能制造的全局優化而言，制造現場控制所需的實時性數據和生產管理與優化層所需的非實時性數據要通過統一網絡進行集中，在統一的數據平臺進行數據處理與分析，并下發到各個控制器執行。此外，生產系統往往由來自不同企業的設備與系統構成，必須有統一的網絡與協議規范，因此，獨立于廠商的總線在智能時代變得更為必要。

業界投入力量發展時間敏感網絡（TSN）技術，主要目的是實現異構網絡上OT實時數據和IT交互數據（非實時）共享網絡帶寬。TSN提供了實現其融合的工具，允許交換實時控制、遙測和一般IT信息，所有這些都由IT和OT安全管理，這將降低基礎設施成本以及管理和維護網絡所需的資源。TSN為工業以太網的未來實現的基本概念是打破關鍵和非關鍵系統之間的通信障礙，促進IT與OT融合。但TSN網絡在推廣過程中面臨以下嚴峻挑戰，具體表現在以下幾方面。

技術成熟度：TSN技術雖然在理論上具備諸多優勢，如IEEE 802.1工作組完成了協議族的發布，但在實際應用中仍需要解決諸多技術難題，如網絡延遲、穩定性等。此外，由于缺乏統一的應用規范，不同廠商之間的產品與現有工業以太網的兼容性和互操作性，成為制約TSN技術廣泛應用的一大障礙。

與現有技術的集成復雜性：將TSN解決方案與現有技術集成相關的復雜性對時間敏感型網絡市場構成挑戰。這涉及如何在現有工業基礎設施中集成TSN技術，以及如何確保新舊系統之間的兼容性和平滑過渡。

市場需求與定制化解決方案的矛盾：不同行業和應用場景對TSN的需求各異，如何提供既符合標準又能適應特定需求的解決方案是一個挑戰。

市場接受度和推廣策略：TSN技術推廣和應用過程中，如何提高市場接受度，以及制定有效的市場推廣策略也是一個挑戰。需要通過加強技術研發、拓展應用領域、加強標準制定和統一、提高網絡安全保障、加強國際合作與交流等措施來推動TSN行業市場的健康發展。

工業PON具有獨特優勢和廣泛應用前景

工業PON（無源光網絡）和TSN（時間敏感網絡）在工業互聯網中各有優勢，而在某些方面則呈現了TSN目前不具備的優勢。工業PON通過在時延、可靠性、工業協議融合等方面的創新，為企業構建了一套符合各類工業場景指標需求的全光工業網。工業PON的時延抖動優化技術將時延降低到100us以內，同時保證確定性時延，滿足工業生產場景的要求。工業PON技術通過光纖網絡連接各種智能設備，如機器人、傳感器等，提升生產線的自動化和智能化水平。它能夠實現工廠內各種工業設備的互聯，以及工廠辦公及監控網絡的融合承載，打通生產管理網絡到生產車間/現場網絡之間的屏障。這種全光網絡連接技術，采用開放軟硬件平臺架構、SDN管控模型和能力開放接口，提供工業數據采集解析、確定性傳輸、邊云協同、網絡切片、智能化運維等關鍵能力，實現“人、機、物”全面互聯。

由中國信通院以及各大運營商承辦的“光華杯”千兆光網應用創新大賽，提供了一個驗證工業PON網絡實踐的平臺，2024年10月9日至10日，第三屆“光華杯”千兆光網應用創新大賽智能制造專題賽在湖南長沙成功舉辦，本屆賽事在1600多個項目中遴選出了70個項目，這些項目大多數是工業PON在制造領域的應用。從比賽中可以看到工業PON已經開始在制造業數字化轉型中扮演了關鍵角色，呈現出了獨特的優勢，主要包括以下幾個方面。

維護與擴展性：工業PON技術的一個顯著優勢是易于維護和擴展的特性。光纖網絡相比于傳統的銅纜更加耐用，維護成本更低。此外，PON網絡的擴展性強，可以靈活地根據工業需求調整網絡架構。

技術成熟度和標準化：工業PON技術已在運營商網絡規模應用，相比其他有線接入技術，具有技術優勢和成熟的產業鏈生態。經過國內運營商、設備廠商等產業鏈各個層級成員的合力推動，PON技術已經在工業領域生根落地。

應對網絡安全挑戰：工業PON采用ODN無源光纖組網，無需供電且部署位置靈活，在建筑空間中減少了弱電空間，以及供電設備和空調設備等，實現了節能減排，符合綠色低碳的發展目標，同時提高了網絡的安全性。

與現有技術的集成復雜性：工業PON提供了一套符合各類工業場景指標需求、提供工業協議采集轉換開放平臺的工廠內網絡連接綜合解決方案，滿足各種行業、各類規模企業的網絡應用需求。

市場需求與定制化解決方案的矛盾：工業PON技術通過確定性調度算法實現業務需求與網絡能力的匹配，提供滿足業務需求的確定性PON傳輸能力，相比TSN+5G/工業以太網的實現方式，確定性工業PON系統更加簡潔，能力更加靈活。

無線TSN的技術難點：工業PON通過光纖網絡提供高速度和大容量的數據傳輸能力，尤其適用于數據密集型的工業應用，解決了無線TSN在大容量和低時延方面的挑戰。

市場接受度和推廣策略：工業PON技術以其高帶寬、低時延、易維護和高擴展性的特點，為工業網絡提供了一個高效、可靠的解決方案，有助于提高市場接受度。在實踐應用方面，工業PON技術已經在多個領域得到應用，例如能源管理與環境監測，對于能源密集型的工業企業，PON技術可以幫助實現更加高效的能源管理和環境監測。利用其高帶寬和低時延的特性，企業可以實時監控能源使用情況，及時調整策略，以達到節能減排的目的。

與TSN網絡在推廣過程中面臨諸多挑戰相比，工業PON展現出了獨特的優勢和廣泛的應用前景。

烽火通信工業PON助企構建全光工業網

烽火通信基于PON技術打造的工業PON方案，通過在時延、可靠性、工業協議融合等方面的創新，為企業構建了一套符合各類工業場景指標需求的全光工業網。烽火工業PON采用無源器件組網和工業級ONU，能夠抗電磁干擾、抗氧化、耐腐蝕，適應工廠復雜的生產環境。高達99.999%的網絡可靠性，可滿足遠程集中控制場景對網絡穩定性的要求；通過時延抖動優化，滿足現場控制類業務對低時延和確定性時延的需求。在工業數據采集場景，工業PON多協議深度解析和融合，解決了工業設備接口和協議各異造成的設備數據無法互通問題。通過拉通生產數據、設備數據、市場數據等不同系統數據，打通工廠內部信息孤島，推動管理和生產效率的提升。

烽火通信聯合運營商實現了小米智能工廠的網絡建設，小米智能工廠采用烽火通信工業PON系統，通過銅線改光纖，成本降低50%以上，空間減少80%、能耗降低30%；網絡架構簡化，施工效率提升50%；統一可視化網管快速定位故障，設備即插即用放裝，運維效率提升60%，助推小米智能工廠成為智能工廠的一個標桿范例。

工業PON憑借其在運營商網絡穩定運行20年的經驗積累，繼承了PON的統一管理、全光網絡、生態鏈完善、實踐經驗豐富等特點。同時，針對工業網絡特性，提升了其低時延、高可靠性和協議融合等方面的能力，在一些應用場景中表現出比TSN更強的適應性，能更好助力工業互聯網實現更高效、更智能的生產和管理。隨著技術的不斷進步和應用的深入，這些技術必將在未來的工業互聯網中發揮更加重要的作用。