智慧工厂F5G全光网应用技术白皮书（附PPT）

2023-07-12

作者：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所传感与网络中心副主任赵艳玲

随着制造企业数字化转型的不断深入，“智能工厂”、“黑灯工厂”等概念被提出。 本质是借助ICT技术的不断完善，实现工厂的数字化、网络化、无人化、智能化。 2023年5月，中国勘察设计协会联合ONA联盟等组织在F5G大会上正式发布业界首个《智能工厂F5G全光网络应用技术白皮书》（以下简称白皮书）行业峰会暨ONA年度盛典。 本白皮书定义了F5G全光网络在智能工厂中的应用架构和设计原则。 旨在推广F5G在智能工厂建设中带来的巨大价值和新体验，加快完善F5G全光网络智能工厂生态标准。

F5G全光网络具有架构简单、可靠性高、智能运维的特点。 与传统工业网络相比，F5G全光网络采用扁平化二层架构，减少了汇聚层。 网络层次降低，使整个工厂网络变得更加容易。 另一方面，传统园区末端以网线布线为主，而F5G全光网络以光纤为主，建设成本和部署效率显着提升。

白皮书包括智能工厂网络建设的趋势与挑战、F5G全光网络解决方案介绍、设计参考和案例描述等内容，系统阐述了智能工厂F5G全光网络及设计原理，包括业务规划、网络架构设计等、综合布线设计、光分路器/ONU安装部署设计、设备选型建议等。同时提供F5G全光网络在智能工厂的应用案例，包括光伏/半导体制造、车辆制造等应用案例、重工业制造、医疗制造。

白皮书分为六个部分：一是智能制造发展趋势； 二、智能工厂网络建设的趋势与挑战； 三、智能工​​厂F5G全光网络的定义及技术优势； 四、智能工厂F5G全光网络设计； F5G智能工厂F5G应用案例； 六是F5G全光网络智慧工厂生态建设。

智能制造的发展趋势：

我国智能制造发展已进入从最初的概念普及和试点示范阶段到试点示范主导、供需两端、多方协调的新阶段。 未来，智能制造将朝着低碳、IT与OT融合的方向发展。 一方面，中国提出“双碳”目标，力争2030年之前达到峰值，力争2060年之前实现碳中和。智能制造作为先进生产力的代表，与“双碳”密切相关。 未来，制造企业将利用大数据、人工智能、物联网技术，在智慧园区构建以智能制造为核心驱动的能效管理系统，对设备能耗信息进行统计分析，环境信息、运行信息，以及获取与能源消耗相关的信息。 用电量和能源滞后效率相关的决策数据和信息，帮助管理者了解历史和当前能源使用状况，预测未来能源消耗趋势，协助管理者制定正确的能源滞后改善策略，实现多能源激增、多业态以及多用户综合管理。 另一方面，随着数字时代的发展，实现了软件化，产生了大量的数据。 这些数据分为两类：IT数据和OT数据。 基于物理实体的基本状态，两类数据可以融合，构建完整的设施、设备和产品的数字孪生模型，覆盖从接收订单、制造生产到交付物流监控、实时交付的全过程。时间监控，还可以用于数字世界提前预测未来可能发生的业务变化，做出数据驱动的决策，提高智能制造的敏捷性。

智能工厂网络建设的趋势与挑战：

智能工厂需要通过统一的智能云平台建设数字化基地，将工厂的所有系统统一部署在云平台上。 业务云化已成为明显趋势。 传统工厂的数字化水平不高，各个系统往往独立运行。 各种服务器部署在本地，各个子系统形成一个网络。

随着制造业数字化水平的不断提升，越来越多的制造企业采用云服务。 终端设备需要到数据中心节点访问服务器。 工厂网络的流量模式由原来的东西向流量（横向流量）演变为南北向流量（纵向流量）。 服务的云化、架构的变化、系统的统一、应用的增加，都对智能工厂网络提出了新的挑战。 需要建设适应网络南北流量、架构简单、设计统一、支持业务快速部署的网络。 以及不断发展的基础网络。

除了业务云化之外，WLAN的应用和简化网络运维的需求也给传统工业网络带来了新的挑战。 传统园区工厂部署的五类、六类铜缆（网线）面临带宽瓶颈，无法支持100米距离100M带宽的传输。 全部需要更换为支持的Cat6A及以上网线。 如果未来升级到Wi-Fi 7，线缆还得重新更换，整体WLAN升级AP传输网络和综合布线改动的工作量会非常大。传统制造工厂的各个子系统都是各自独立，形成一个网络。 因此，整个制造工厂通常有多个烟囱式网络。 网络规划没有统一的架构。 多级网络设备的串联导致网络冗余。 施工/维护工作量将呈指数级增长，维护人力需求量巨大

智能工厂F5G全光网络的定义及技术优势：

F5G是第五代固定网络，以全光网络技术为支撑，在带宽、连接数、网络体验等方面实现跨越式发展。 在智能工厂场景中，F5G全光网络以单模光纤为介质，采用10G GPON（兼容GPON）、基于Wi-Fi 6的第五代固定接入技术构建园区网络，主要包括光线路终端OLT、无源光分配网络ODN、光网络单元ONU等，可统一承载工业生产控制数据、生产现场感知数据、视频监控数据、办公数据、语音通话数据等多种业务，具有架构简单、易于演进、运行智能、维数高、可靠性高等特点。

所谓架构极简，是指F5G智能工厂具有网络扁平化的优势。 整个架构中，采用无源分光器替代原有的有源汇聚交换机设备，减少汇聚层数。 无源分光器不需要电源，可以部署在任何位置。 可考虑取消或减少弱电之间的空间，提高建筑空间的利用率。

高可靠性主要来自于F5G全光网络可以提供Type B或Type C保护方式，即如果光纤或设备出现问题，Type B或Type C会自动触发网络保护云浮能耗管理系统方案设计，而无需人工干预，实现链路业务自动切换。 同时，设备的抗电磁干扰、宽温度范围、数据加密能力也为工厂网络提供了更强的保护。

最后，由于OLT设备实现了ONU设备的集中管理，OLT设备和网管设备都可以支持全网数据的快速采集和处理，网管设备可以监控整个网络的部署状态。对网络、报警状态、健康状态等各种报表进行采集、显示和快速处理，实现整个校园网络的实时故障检测和高效管理，保证服务实时在线。

智能工厂F5G全光网络设计：

F5G为智能工厂园区的生产网络、视频监控网络、办公网络提供了全新的解决方案。

通常，生产网络独立建设，接入层到核心层的网络设备和光纤链路与办公网络、视频监控网络的网络设备物理隔离，保证独立性、可靠性和可靠性。最大程度保障生产网络的安全。 。 生产网络、办公网络、视频监控网络之间的通信是通过防火墙进行的。

白皮书针对不同场景，从网络架构、布线设计、设备选型等方面进行了详细描述。

F5G智能工厂 F5G应用案例：

F5G智慧工厂在行业广泛应用并获得广泛好评。 目前已覆盖半导体电子、车载设备、轻工等多个行业。 白皮书列举了10个典型案例，为F5G在行业的进一步应用奠定了坚实的基础。

智能工厂F5G全光网络生态建设：

从产业链来看，全光网络端到端的产业链（包括光模块、光器件、光芯片、光纤等），中国企业具备自主研发能力，而且他们的竞争力非常强。

最后，《白皮书》还介绍了目前F5G全光网络的主要厂商。 目前，在F5G全光网络行业，以华为技术、诺基亚贝尔、长飞公司为代表的设备供应商正在积极布局和推广其F5G全光产品。 在行业下游应用方面，以制造、医疗、教育、交通等行业为代表的智慧园区网络建设将是F5G全光网络的重点应用领域。

随着万物互联的发展趋势，数据中心、专线、家庭、制造、办公园区等场景的连接将呈指数级增长。 随着全球连接数量的进一步增加，F5G网络将推动光纤网络覆盖范围的部署进一步延伸，延伸到企业的每一个场景，延伸到企业桌面、延伸到工厂的机械设备、还将覆盖每一个数据中心，最后到光纤网络。 连接一切。

点击下载白皮书：《智能工厂F5G全光网络应用技术白皮书》

在“智能工厂”出现之前，传统工厂管理缺乏数字化支撑，访客和外部人员难以管理，识别困难，员工代为打卡，人力巡逻安全能力薄弱。随着互联网、物联网、大数据、云计算、5G、AI等技术的发展，智能预警、“人脸识别”出入、人员定位抓拍、电子巡更......等智能安防系统使智能工厂管理成为现实。

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