為了適應(yīng)工廠數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，海爾擬在新建工業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)中引入TSN、IPv6、SDN等新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建一張靈活定義、多維可視、質(zhì)量保障、安全可靠的園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)場(chǎng)景下人員、設(shè)備、物料、產(chǎn)品各生產(chǎn)要素的互聯(lián)，為工廠實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)、協(xié)同制造和柔性制造提供網(wǎng)絡(luò)支撐，為M2M、安全巡檢、設(shè)備監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)應(yīng)用提供支撐，并形成針對(duì)典型工業(yè)場(chǎng)景化園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的基線標(biāo)準(zhǔn)。
一、關(guān)鍵詞
SDN控制器 ，TSN網(wǎng)絡(luò)
二、發(fā)起公司和主要聯(lián)系人聯(lián)系方式
海爾集團(tuán) 張濤 13385320088
新華三技術(shù)有限公司 鞏飛 13210037171
三、合作公司
該測(cè)試床由以下參與方共同建設(shè)：
海爾集團(tuán)
新華三技術(shù)有限公司
四、測(cè)試床項(xiàng)目目標(biāo)和概述
該測(cè)試床適用于制造業(yè)工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和升級(jí)改造，建成后的網(wǎng)絡(luò)能夠滿足海爾柔性制造、協(xié)同生產(chǎn)、個(gè)性化定制的業(yè)務(wù)需求。
測(cè)試床的主要測(cè)試目標(biāo)包括：
1. 基于SDN技術(shù)部署工廠有線無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，SDN控制器北向?qū)覥OSMO平臺(tái)的功能組件，南向?qū)W(wǎng)絡(luò)的spine、leaf節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自動(dòng)配置和業(yè)務(wù)快速部署，提升IT人員工作效率，減少人力投入。
2. 通過(guò)SDN控制器納管產(chǎn)線部署的TSN交換機(jī)，構(gòu)建TSN網(wǎng)絡(luò)的流量模型，滿足產(chǎn)線指令信息確定性、低時(shí)延的傳輸要求。
五、測(cè)試床解決方案架構(gòu)
（一）測(cè)試床應(yīng)用場(chǎng)景
本次測(cè)試床部署在海爾新建工廠內(nèi)，測(cè)試床擬選取工廠的部分產(chǎn)線部署TSN網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)線TSN交換機(jī)通過(guò)千兆/萬(wàn)兆鏈路上行接入?yún)R聚/核心交換機(jī)，構(gòu)成整個(gè)廠區(qū)有線網(wǎng)絡(luò)。工廠廠區(qū)弱電機(jī)房部署SDN控制器和相關(guān)安全設(shè)備。
（二）測(cè)試床重點(diǎn)技術(shù)
交換機(jī)通過(guò)802.11AS協(xié)議保證全網(wǎng)時(shí)鐘的精度同步，在測(cè)試床驗(yàn)收測(cè)試環(huán)節(jié)將測(cè)試全網(wǎng)TSN交換機(jī)的時(shí)鐘精度。
在全網(wǎng)設(shè)備的時(shí)鐘同步后，交換機(jī)通過(guò)802.1Qbv、802.1Qbu協(xié)議對(duì)特定信息流預(yù)留帶寬資源并提供優(yōu)先保證。
整個(gè)廠區(qū)采用SDN方案組Vxlan大二層網(wǎng)絡(luò)，TSN交換機(jī)作為SDN方案中的access節(jié)點(diǎn)被控制器統(tǒng)一納管，方便了廠區(qū)IT人員的運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)了對(duì)廠區(qū)各種IP終端（攝像頭、打印機(jī)）的接入管理和流量監(jiān)控。
（三）技術(shù)創(chuàng)新性及先進(jìn)性
本次測(cè)試床主要是在三個(gè)方面進(jìn)行探索：
TSN交換機(jī)如何經(jīng)濟(jì)有效地部署在廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)中。因?yàn)門(mén)SN交換機(jī)的芯片成本較高，所以從成本考慮不建議核心、匯聚交換機(jī)都要支持TSN相關(guān)協(xié)議。那么如何在組網(wǎng)層面進(jìn)行設(shè)計(jì)，兼顧生產(chǎn)需求和部署成本，就是測(cè)試床創(chuàng)新的第一個(gè)方面。
廠區(qū)物聯(lián)終端全生命周期的管理。廠區(qū)當(dāng)中存在多種IP終端，包括PC、Pad、攝像頭、掃碼槍?zhuān)珹GV小車(chē)等等。測(cè)試床網(wǎng)絡(luò)方案中支持通過(guò)SDN控制器中的自動(dòng)分揀引擎ASE來(lái)識(shí)別物聯(lián)終端類(lèi)型（識(shí)別方式主要通過(guò)Mac OUI字段、DHCP報(bào)文、HTTP報(bào)文），識(shí)別終端類(lèi)型后自動(dòng)下發(fā)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)策略。同時(shí)，通過(guò)終端探測(cè)系統(tǒng)EPS，實(shí)現(xiàn)對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)終端的安全掃描和精細(xì)監(jiān)控。
TSN交換機(jī)納入整個(gè)廠區(qū)SDN組網(wǎng)方案中，這在國(guó)內(nèi)屬于先行探索階段，我們也會(huì)定期反饋實(shí)施過(guò)程中遇到的技術(shù)問(wèn)題。
（四）測(cè)試床解決方案架構(gòu)
上圖是海爾新建工廠網(wǎng)絡(luò)的整體部署架構(gòu)，測(cè)試床的重點(diǎn)在上圖左下角的產(chǎn)線TSN交換機(jī)環(huán)網(wǎng)上，根據(jù)產(chǎn)線信息點(diǎn)的點(diǎn)位情況，TSN交換機(jī)的數(shù)量、布放位置、組網(wǎng)會(huì)有微調(diào)。
在廠區(qū)建設(shè)一個(gè)小型弱電機(jī)房，除了部署海爾自有的Cosmo-MES、Cosmo-SCADA等軟件外，部署SDN控制器軟件，SDN組網(wǎng)方案選擇EVPN+VxLAN的方式，核心交換機(jī)和匯聚交換機(jī)應(yīng)支持VxLAN特性。同時(shí)為了滿足廠區(qū)大量IP終端的管理需要，部署相應(yīng)的終端管理軟件。
六、預(yù)期成果
（一）測(cè)試床的預(yù)期測(cè)試結(jié)果，針對(duì)測(cè)試項(xiàng)
1. 全網(wǎng)TSN交換機(jī)的時(shí)鐘同步精度預(yù)期保持在200ns內(nèi)，全網(wǎng)TSN交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的端到端時(shí)延（最大7跳）小于1ms。
2．通過(guò)SDN控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)一納管，支持一鍵下發(fā)相關(guān)配置，減輕運(yùn)維工作量。同時(shí)SDN控制器和終端管理軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)廠區(qū)各類(lèi)IP終端的類(lèi)型識(shí)別，配置自動(dòng)下發(fā)和精細(xì)監(jiān)控。
3. 通過(guò)SDN控制器，對(duì)工廠網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行集中管控，從全局的視角進(jìn)行資源調(diào)度，靈活、合理地為不同網(wǎng)絡(luò)需求的業(yè)務(wù)進(jìn)行智能選路。同時(shí)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況和流量變化，對(duì)網(wǎng)絡(luò)路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，持續(xù)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)流量分布，在提高網(wǎng)絡(luò)利用率的同時(shí)保障時(shí)間敏感應(yīng)用的實(shí)時(shí)性需求，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在同一網(wǎng)絡(luò)中傳輸。
（二）商業(yè)價(jià)值
1.為產(chǎn)線工作人員提供一套低時(shí)延、高可靠的網(wǎng)絡(luò)，整網(wǎng)可靠性達(dá)到99.995%，產(chǎn)線接入環(huán)網(wǎng)端到端時(shí)延（最大7跳）小于1ms。
2.為工廠IT運(yùn)維人員提供一套能夠快速部署和易運(yùn)維的柔性網(wǎng)絡(luò)，整網(wǎng)部署時(shí)間大大縮短，同時(shí)產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)產(chǎn)線生產(chǎn)設(shè)備的位置變動(dòng)針對(duì)場(chǎng)景的無(wú)線需求（PDA、AGV小車(chē)或是工廠不適合部有線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域），提供高效的無(wú)線覆蓋，移動(dòng)漫游時(shí)間縮短到30ms內(nèi)。
3.為海爾Cosmoplat平臺(tái)提供開(kāi)發(fā)的Restful API接口，使得Cosmoplat的多個(gè)軟件組件可以快速對(duì)接SDN控制器，為應(yīng)用驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。
（三）經(jīng)濟(jì)效益
基于SDN的柔性網(wǎng)絡(luò)迎合了海爾大規(guī)模定制化的需要，使得工廠整定制化訂單交付周期大大縮短。整網(wǎng)時(shí)延、可靠性等各項(xiàng)性能得到進(jìn)一步提升，將IT運(yùn)維人員從重復(fù)工作中剝離出來(lái)，提升IT運(yùn)維人員的工作效率，減少部署或排除故障的時(shí)間。
（四）社會(huì)價(jià)值
目前國(guó)內(nèi)TSN網(wǎng)絡(luò)在產(chǎn)線的部署才剛開(kāi)始，需要有比較好的最佳實(shí)踐作為其他工廠的建設(shè)參考。本次測(cè)試床的價(jià)值就是探索一套性?xún)r(jià)比高的部署方案，為T(mén)SN網(wǎng)絡(luò)在國(guó)內(nèi)大規(guī)模部署提供實(shí)踐依據(jù)。
七、測(cè)試床技術(shù)可行性
海爾負(fù)責(zé)提供產(chǎn)線測(cè)試環(huán)境和產(chǎn)線生產(chǎn)設(shè)備，H3C負(fù)責(zé)提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和相關(guān)的SDN控制器、終端管理軟件。整個(gè)測(cè)試床方案所用到的產(chǎn)品已基本研發(fā)完成，測(cè)試環(huán)境已具備，整個(gè)測(cè)試床實(shí)施可行性較高。
物理平臺(tái)
序列 | 設(shè)備名稱(chēng) | 設(shè)備用途 |
1 | 服務(wù)器 | 承載COSMO平臺(tái)對(duì)應(yīng)的MES、SCADA、WMS等軟件，同時(shí)部署SDN控制器軟件、終端控制軟件。 |
2 | TSN交換機(jī) | 部署于產(chǎn)線信息點(diǎn)附近的電器柜或機(jī)柜中，以兆鏈路組環(huán)網(wǎng) |
3 | 核心/匯聚交換機(jī) | 部署于廠區(qū)機(jī)房 |
3 | 防火墻 | 部署于廠區(qū)機(jī)房 |
軟件平臺(tái)
序列 | 設(shè)備名稱(chēng) | 設(shè)備用途 |
1 | SDN控制器 | 部署于廠區(qū)機(jī)房服務(wù)器中，實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)設(shè)備的管理運(yùn)維。 |
2 | 終端管理軟件 | 部署于廠區(qū)機(jī)房服務(wù)器中，負(fù)責(zé)對(duì)廠區(qū)IP物聯(lián)終端進(jìn)行管理 |
3 | 工業(yè)軟件 | COSMOPlat-MES 、COSMOPlat-SCADA、COSMOPlat-WMS等等 |
八、和AII技術(shù)的關(guān)系
（一）與AII總體架構(gòu)的關(guān)系
該測(cè)試床遵循AII發(fā)布的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，在海爾工廠智能工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)符合數(shù)字化工廠網(wǎng)絡(luò)需求。測(cè)試平臺(tái)將在網(wǎng)絡(luò)框架的建設(shè)過(guò)程中提供反饋，以報(bào)告的形式分享經(jīng)驗(yàn)。
（二）與已存在AII測(cè)試床的關(guān)系
該測(cè)試床項(xiàng)目與之前已經(jīng)審批的測(cè)試床無(wú)任何關(guān)聯(lián)。
九、交付件
測(cè)試床的交付件包括：
測(cè)試床項(xiàng)目計(jì)劃書(shū)
測(cè)試床部署實(shí)施方案
測(cè)試用例清單
測(cè)試床結(jié)題報(bào)告
十、測(cè)試床使用者
該測(cè)試床是海爾集團(tuán)基于新建工廠的SDN+TSN工廠網(wǎng)絡(luò)部署實(shí)踐，利用TSN、SDN、IPv6等新興技術(shù)，支撐海爾大規(guī)模定制的柔性制造需求。第三方的企業(yè)與用戶如需參觀訪問(wèn)該測(cè)試床，可向海爾集團(tuán)提出書(shū)面申請(qǐng)，海爾集團(tuán)將在保障工廠安全生產(chǎn)與不影響自身業(yè)務(wù)的前提下，酌情接洽，開(kāi)展訪問(wèn)、交流事宜。
十一、知識(shí)產(chǎn)權(quán)說(shuō)明
該測(cè)試床由海爾集團(tuán)和新華三技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)，其過(guò)程中產(chǎn)生的開(kāi)發(fā)成果及其知識(shí)產(chǎn)權(quán)，包括但不限于專(zhuān)利申請(qǐng)權(quán)、專(zhuān)利權(quán)、版權(quán)、商業(yè)秘密，均歸海爾集團(tuán)和新華三技術(shù)有限公司所有。
十二、部署，操作和訪問(wèn)使用
測(cè)試床部署方案如下：
產(chǎn)線接入層，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信息點(diǎn)的點(diǎn)位部署工業(yè)TSN交換機(jī)，擬部署7臺(tái)以上TSN交換機(jī)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置組環(huán)網(wǎng)。TSN交換機(jī)萬(wàn)兆上行至生產(chǎn)匯聚交換機(jī)。
安全方面，在核心交換機(jī)與生產(chǎn)匯聚交換機(jī)間部署一對(duì)防火墻，保護(hù)生產(chǎn)區(qū)域，同時(shí)將服務(wù)器區(qū)設(shè)置為防火墻DMZ區(qū)。
軟件層面，增加SDN管理軟件，對(duì)工廠網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和管理；增加無(wú)線管理組件，對(duì)整網(wǎng)無(wú)線進(jìn)行統(tǒng)一管理；增加終端管理組件，對(duì)生產(chǎn)網(wǎng)IP終端進(jìn)行接入認(rèn)證。
十三、資金
本測(cè)試床項(xiàng)目所需資金約200萬(wàn)元，由海爾集團(tuán)自行籌措并展開(kāi)建設(shè)。
十四、時(shí)間軸
2020年1月，在海爾試點(diǎn)完成測(cè)試基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建，并部署SDN管理軟件。
2020年3月，完成測(cè)試用例設(shè)計(jì)，測(cè)試用例包括網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試、與Cosmoplat平臺(tái)對(duì)接測(cè)試、功能性測(cè)試等方面。
2020年6月，按用例要求進(jìn)行第一階段測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容主要包括TSN網(wǎng)絡(luò)的傳輸時(shí)延，與SDN控制器的對(duì)接情況。
2020年11月，進(jìn)行第二階段測(cè)試，主要測(cè)試內(nèi)容是基于SDN控制器實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的流量調(diào)度，以保證工業(yè)指令的確定性傳輸。
十五、附加信息
該測(cè)試床以海爾新建工廠為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)踐，可滿足多行業(yè)智能工廠需求，適用于制造業(yè)工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和升級(jí)改造。
聲明
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