1.1.3 工业网络
业务和技术是推动工业网络演进的主要驱动力。
最初的工业网络基于工业控制系统发展而来，随着工业企业网络化、信息化进程的不断推进，工业网络逐步发展，涵盖了工业控制网络和工业信息网络。在新技术的推动下，工业控制网络与工业信息网络逐渐融合，具备了支持多业务、多协议、多厂商设备和数据的互联互通能力，以及共网承载和高质量传输的能力[5]。
工业网络3.0功能架构可分为应用层、编排层、控制层、网络层，如图1.4所示。
图1.4 工业网络3.0功能架构
来源：工业互联网产业联盟，《工业网络3.0白皮书（2022年）》。
应用层负责识别上层业务提出的需求，并将其转换为工业网络内部的各种服务指标。
编排层包含上下两部分。行业应用平台负责根据应用层所理解的具体需求，对复杂任务进行拆解，并为不同业务建立特有的流量模型，同时根据服务指标监控业务和网络的质量；共性能力平台则负责将工业控制能力及计算和网络资源融合为统一视图，并基于流量模型对其进行智能编排，进而实现自适应的网络构建。
控制层感知当前网络状态并跨域管理网络资源，根据网络编排结果对网络设备进行管理配置，从而为上层业务提供资源保障。
网络层负责提供工业网络的基础功能，其中，网络OS配合控制层的指令调整和监控设备配置，实现网络遥测与资源预留等功能；硬件设备则从硬件层次上保障网络的确定性转发与实时模态转换，并将工业控制能力集成到网络设备中。
1.1.3.1 工业网络3.0
工业网络3.0技术继承了工业网络原有的网络技术（包括现场总线和传统工业以太网、工业无线及广域网技术），在5G/6G、TSN等新型网络技术应用于工业网络的基础上，在转发技术、管控技术和融合技术3个领域进行进一步创新。工业网络3.0关键技术图谱如图1.5所示。
图1.5 工业网络3.0关键技术图谱
来源：工业互联网产业联盟，《工业网络3.0白皮书（2022年）》。
在转发技术领域，以确定性承载为目标，依赖TSN、5G/6G、无源物联网、跨域确定性网络、高可靠转发技术、增强确定性网络等技术的演进，构建内生确定性承载网络技术。
在管控技术领域，以开放自治为目标，依赖网络演算、柔性编排、数字孪生网络等技术的演进，发展智能原生的网络运维技术。
工业网络3.0还通过算网融合技术、通信感知融合技术、多源信息融合定位技术和有线无线融合组网融合通信信息技术，推动工业互联网不断演进升级。
1.1.3.2 工业生产网络和工业园区网络
工业生产网络主要连接工厂内部的各种要素，包括人员（如生产人员、设计人员、外部人员）、机器（如生产装备）、材料（如原材料、过程件、制成品）、环境（如仪表、监测设备）等，包含多种不同的生产终端[6]。工业生产网络架构如图1.6所示。
图1.6 工业生产网络架构
来源：工业互联网产业联盟，《工业互联网园区终端接入自动化技术白皮书（2021年）》。
工业园区网络实现了企业内部不同业务、终端之间的连接和通信。工业园区网络主要由工业生产网络、企业信息网络、园区公共服务网络及云基础设施组成，其架构如图1.7所示。
图1.7 工业园区网络架构
来源：工业互联网产业联盟，《工业互联网园区终端接入自动化技术白皮书（2021年）》。
1.1.3.3 确定性网络
确定性网络（Deterministic Networking，DetNet）是为确定性业务流提供服务的网络，其主要特征包括亚微秒级精度的时钟同步、关键业务数据通信的有界延迟和抖动、网络冗余和自愈等[3]。
物理层的DetNet技术主要采用FlexE（灵活以太网）技术。FlexE技术基于高速以太网（Ethernet）接口，在EtherNet/IP技术体系下较好地满足了大带宽、灵活速率及通道隔离等需求，符合技术与产业的发展趋势。视频、无线通信技术等业务的兴起，以及FlexE技术的完善与功能的增强正在加速FlexE产业链的形成。
数据链路层的DetNet技术主要是时间敏感网络（Time-Sensitive Networking，TSN）技术。TSN通过IEEE 802.1AS（时钟同步）、IEEE 802.1Qbv（时隙控制）、IEEE 802.1Qbu&IEEE 802.3br（帧抢占）、IEEE 802.1CB（冗余数据传输）等技术确保数据链路层端到端的确定性时延。TSN允许每个节点都有对应的同步时钟和数据队列，同步时钟用于同步计算，而数据队列用于处理数据优先级，包括针对高动态数据的快速通道方式、抢占式机制。
DetNet技术的核心思想是面向全局性大网场景，在排队转发机制上使用TSN定义的技术，并基于网络层协议定义的方案，在统计复用的基础上提供确定性时延和抖动。其核心思想是定义一种通用架构，对数据平面和网络层超低时延操作、管理与维护进行标准化，涉及多跳路由的时间同步、控制和安全，以及动态网络配置与多路径转发。
DetNet通过拥塞保护、显式路由、服务保护来提供QoS（Quality of Service，服务质量）。
由于DetNet技术的特点是精准的网络时间同步和确定的传输时延，因此该技术可以很好地实现各种设备之间实时、确定而可靠的数据传输，满足众多工业场景的应用需求。
DetNet可以解决工业控制、远程医疗、在线游戏等对时延要求特别高的应用的需求，其部署还可以与固移融合网络及边缘云统筹考虑。
面向工业制造的DetNet技术作为兼具理论创新性与技术实用性的前沿领域技术，对推动新一代工业互联网技术创新、促进工业制造和高质量网络融合发展具有价值，为抢占DetNet技术制高点、抓住新的经济增长点提供了机遇。
对工业网络来说，智能开放的运维管理架构尤其重要。工业网络的特点是构成复杂、业务多样、可用性要求高，需要强大的运维管理才能满足其特点的需求。人工智能将在运维管理中发挥更大作用，特别是在故障预见、故障定位、故障排除等方面。
从网络技术的角度来说，工业互联网环境有两个特殊需求，一个是极高的可靠性，另一个是极低的时延（或确定性时延），这正是DetNet要解决的问题。
互联网、工业软件、工业网络是工业互联网实现人、机、物、系统等全要素互联互通，支撑生产制造与管理控制智能化发展的关键基础设施。