項(xiàng)目5：工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)搭建

項(xiàng)目5：工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)搭建CONTENTS5.1工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)5.1.1工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的概念5.1.2工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)5.1.3有線網(wǎng)絡(luò)5.1.4無線網(wǎng)絡(luò)5.2工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求5.2.1功能層次劃分5.2.2信息系統(tǒng)互聯(lián)和展示5.2.3組建工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.了解工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的概念、結(jié)構(gòu)和組成。2.了解有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。3.了解時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的作用。4.能區(qū)分和應(yīng)用AP、AC、管理型交換機(jī)和非管理型交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。3.能實(shí)現(xiàn)無線組網(wǎng)，將無線終端設(shè)備與有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一起形成工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。【情景故事】

隨著公司業(yè)務(wù)的發(fā)展和客戶的不斷變化，電池生產(chǎn)企業(yè)王總經(jīng)理發(fā)現(xiàn)最近的訂單出現(xiàn)從大批量少品種的模式轉(zhuǎn)向小批量多品種的情況。他向業(yè)界其他同行一打聽，大家現(xiàn)在都面臨著這種訂單轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。王總趕緊召集公司高層開會(huì)探討，讓大家針對(duì)這種情況找到高效率解決的方法。生產(chǎn)部李經(jīng)理提議建立公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，把公司采購(gòu)、銷售、生產(chǎn)和倉(cāng)儲(chǔ)等各部門的數(shù)據(jù)打通，加強(qiáng)生產(chǎn)管控，根據(jù)訂單實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，以適應(yīng)快速變化的訂單需求。這個(gè)提議得到參會(huì)領(lǐng)導(dǎo)的一致贊同。王總交代生產(chǎn)部李經(jīng)理抓緊落實(shí)。會(huì)后，李經(jīng)理安排小張要求根據(jù)工廠的實(shí)際情況拿出工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的組建方案。

【項(xiàng)目描述】

工廠已經(jīng)建有IT信息網(wǎng)絡(luò)，并且實(shí)現(xiàn)了內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的分離。內(nèi)部IT網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)部各部門的連接。生產(chǎn)車間雖然和辦公大樓有一定物理距離，已經(jīng)通過光纖連入IT網(wǎng)絡(luò)。目前急需將原有的PLC設(shè)備、傳感器以及新購(gòu)入的一批射頻標(biāo)簽、AGV小車和智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)以及筆記本、PAD等無線辦公設(shè)備連入網(wǎng)絡(luò)，形成工廠內(nèi)網(wǎng)，同時(shí)考慮到后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的增加，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容需要簡(jiǎn)單方便，最后決定采用無線控制器AC+無線接入點(diǎn)AP的分布式組網(wǎng)模式組建生產(chǎn)車間OT網(wǎng)絡(luò)，并通過融合網(wǎng)關(guān)融合OT和IT網(wǎng)絡(luò)，完成工廠內(nèi)網(wǎng)組建。

5.1工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是指在工廠或園區(qū)內(nèi)部，用于生產(chǎn)要素互聯(lián)以及企業(yè)信息化管理系統(tǒng)之間連接的網(wǎng)絡(luò)，具體說來就是連接生產(chǎn)、管理及決策等部門，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供高效支撐的網(wǎng)絡(luò)。工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是隨著生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、數(shù)字化和信息化而出現(xiàn)的產(chǎn)物。

5.1.1工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的概念任務(wù)目標(biāo)：1.了解工廠網(wǎng)絡(luò)的概念。2.掌握工廠外網(wǎng)和工廠內(nèi)網(wǎng)的區(qū)別和概念。任務(wù)準(zhǔn)備：調(diào)研現(xiàn)有工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀。知識(shí)鏈接：1、工廠網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的融合形成了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，并使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)產(chǎn)品、生產(chǎn)設(shè)備、用戶、智能設(shè)備、OT（控制）網(wǎng)絡(luò)、IT（信息）網(wǎng)絡(luò)和外部協(xié)作配套企業(yè)這7類互聯(lián)主體和9種互聯(lián)類型為特點(diǎn)的互聯(lián)體系。2、工廠網(wǎng)絡(luò)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)部署的位置可以分為工廠外部網(wǎng)絡(luò)和工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，工廠外網(wǎng)是指以支撐工業(yè)全生命周期各項(xiàng)活動(dòng)為目的，用于連接企業(yè)上下游之間，企業(yè)與外部智能設(shè)備、企業(yè)與外部用戶之間的網(wǎng)絡(luò)。

工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是指在工廠或園區(qū)內(nèi)部，用于生產(chǎn)要素互聯(lián)以及企業(yè)信息化管理系統(tǒng)之間連接的網(wǎng)絡(luò)，具體說來就是連接生產(chǎn)、管理及決策等部門，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供高效支撐的網(wǎng)絡(luò)。工工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施和軟件系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖：

5.1.2工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

任務(wù)目標(biāo)：1.清楚工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成。2.區(qū)分IT網(wǎng)絡(luò)和OT網(wǎng)絡(luò)的不同以及各自組成。任務(wù)準(zhǔn)備：調(diào)研現(xiàn)有工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)問題。知識(shí)鏈接：

大部分工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)兩層三級(jí)結(jié)構(gòu)。（1）兩層是指存在IT網(wǎng)絡(luò)和OT網(wǎng)絡(luò)兩層技術(shù)異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，其中IT網(wǎng)絡(luò)是指工廠信息網(wǎng)絡(luò)，主要由IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和安全隔離；OT網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，用于連接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的控制器，如可編程邏輯器（PLC）、過程控制系統(tǒng)（DCS）、分散控制系統(tǒng)（FCS）等，以及傳感器、服務(wù)器、監(jiān)測(cè)控制設(shè)備等部件。（2）三級(jí)是指根據(jù)工廠管理層次的劃分，一般分為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、車間級(jí)、工廠級(jí)三個(gè)層級(jí)，每層之間的網(wǎng)絡(luò)配置和管理策略相互獨(dú)立。

5.1.3有線網(wǎng)絡(luò)

任務(wù)目標(biāo)：1.了解學(xué)習(xí)工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中有線網(wǎng)絡(luò)的主要類型—PON。2.掌握OLT、ODN和ONU的定義和作用。3掌握光纖保護(hù)的方法。任務(wù)準(zhǔn)備：查閱有線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)范和協(xié)議相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，了解廠區(qū)有線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定覆蓋要求。知識(shí)鏈接：PON是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)（PointToMultiplePoints，P2MP）結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng)絡(luò)。PON系統(tǒng)由局端的光線路終端（OpticalLineTerminal，OLT）、光分配網(wǎng)絡(luò)（OpticalDistributionNetwork，ODN）和用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元（OpticalNetworkUnit，ONU）組成。OLT位于網(wǎng)絡(luò)側(cè)，可以是一個(gè)交換機(jī)或路由器。它提供網(wǎng)絡(luò)集中和接入，能完成光/電轉(zhuǎn)換、帶寬分配和控制各信道的連接，同時(shí)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理及維護(hù)功能。ONU位于用戶側(cè)，提供用戶側(cè)接口，實(shí)現(xiàn)各種電信號(hào)的處理與維護(hù)管理。OLT與ONU之間通過一個(gè)或多個(gè)無源光分路器ODN連接。除了終端設(shè)備，PON系統(tǒng)中無須電器件，因此是無源的。單纖雙向代表了信號(hào)在光纖中有兩種傳輸方向，從OLT到ONU為信號(hào)下行方向，即OLT發(fā)送的信號(hào)通過ODN到達(dá)各個(gè)ONU；從ONU到OLT為信號(hào)上行方向，其中ONU發(fā)送的信號(hào)只能到達(dá)OLT，而不會(huì)到達(dá)其他ONU。PON的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)PON信號(hào)上行/下行示意圖

1.光線路終端OLT作用是提供業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)與ODN之間的光接口，降低上層業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)對(duì)接入側(cè)設(shè)備之間的具體接口、承載手段、組網(wǎng)形式、設(shè)備管理等的緊耦合，并提供統(tǒng)一的光接入網(wǎng)的管理接口。OLT內(nèi)部由核心層、業(yè)務(wù)層和公共層組成。業(yè)務(wù)層提供業(yè)務(wù)端口，完成業(yè)務(wù)接口適配、處理接口信令以及保護(hù)業(yè)務(wù)接口；核心層匯聚分發(fā)功能、ODN適配功能，提供信號(hào)交叉連接、復(fù)用、傳輸；公共層主要包括OAM（OperationAdministrationandMaintenance，運(yùn)營(yíng)商根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的實(shí)際需要將網(wǎng)絡(luò)的管理工作劃分為操作、管理和維護(hù)三大類）功能和供電功能。

從OLT發(fā)出的光通過分路器和光纖才能到達(dá)ONU，每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)帶來光功率出現(xiàn)一定的損耗。其中分路器所分路的數(shù)量越多，光纖距離越長(zhǎng)，光功率的損耗越大。末端ONU的數(shù)量越多，需要的OLT發(fā)射功率越大。因此，OLT發(fā)射功率需要根據(jù)實(shí)際的數(shù)量和地理分布提前進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.光分配網(wǎng)ODN是OLT與ONU之間提供光傳輸手段，其主要功能是完成OLT與ONU之間的信息傳輸和分發(fā)作用，建立ONU與OLT之間的端到端的信息傳送通道。ODN的配置通常為采用多個(gè)ONU通過一個(gè)ODN與一個(gè)OLT相連，即采用點(diǎn)到多點(diǎn)的方式，形成如星形、樹狀形、總線型和環(huán)形等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣多個(gè)ONU可以共享OLT到ODN之間的光傳輸媒質(zhì)和OLT的光電設(shè)備。ODN主要由單模光纖和光纜、連接器、無源光分路器（OBD）、無源光衰減器、光纖接頭等無源器件構(gòu)成。決定整個(gè)系統(tǒng)光通道損耗性能的參數(shù)主要有ODN光通道損耗（最小發(fā)送功率和最高接收靈敏度的差）、最大容許通道損耗（最大發(fā)送功率和最高接收靈敏度的差）和最小容許通道損耗（最小發(fā)送功率和最低接收靈敏度/過載點(diǎn)的差）這三項(xiàng)。ODN的反射則取決于構(gòu)成ODN的各種器件的回?fù)p以及光通道上的任意反射點(diǎn)。一般來講，所有離散反射必須優(yōu)于?35dB，光纖接入的最大離散反射則應(yīng)優(yōu)于?50dB。

3.光網(wǎng)絡(luò)單元ONU

它位于ODN和用戶設(shè)備之間，提供用戶與ODN之間的光接口和與用戶側(cè)的充電接口，實(shí)現(xiàn)各種電信號(hào)的處理與維護(hù)管理。和OLT一樣，ONU內(nèi)部由核心層、業(yè)務(wù)層和公共層組成，業(yè)務(wù)層提供用戶端口，核心層提供ODN端口復(fù)用

、光接口，公共層提供供電、維護(hù)管理。4.三種類型的光纖保護(hù)

主干光纖冗余保護(hù)OLT端口冗余保護(hù)OLT端口全保護(hù)

5.1.4無線網(wǎng)絡(luò)任務(wù)目標(biāo)：1.了解無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成。2.掌握無線網(wǎng)絡(luò)的幾種常用組網(wǎng)架構(gòu)3.熟悉工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的幾種常見技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。任務(wù)準(zhǔn)備：查閱無線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)范和協(xié)議相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，了解廠區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定覆蓋要求。知識(shí)鏈接：無線網(wǎng)絡(luò)，是指無須布線就能實(shí)現(xiàn)各種通信設(shè)備互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)涵蓋的范圍很廣，既包括允許用戶建立遠(yuǎn)距離無線連接的全球語(yǔ)音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，也包括為近距離無線連接進(jìn)行優(yōu)化的紅外線及射頻技術(shù)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的不同，可以將無線網(wǎng)絡(luò)劃分為無線廣域網(wǎng)（WWAN：WirelessWideAreaNetwork)、無線局域網(wǎng)（WLAN：WirelessLocalAreaNetwork)、無線城域網(wǎng)（WMAN：WirelessMetropolitanAreaNetwork）和無線個(gè)人局域網(wǎng)（WPAN：WirelessPersonalAreaNetwork)。從應(yīng)用層面來講，它與有線網(wǎng)絡(luò)的用途完全相似，兩者最大不同的地方在于數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椴煌?。無線數(shù)據(jù)通信不僅可以作為有線數(shù)據(jù)通信的補(bǔ)充及延伸，而且還可以與有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境互為備份。在某種特殊環(huán)境下，無線通信是主要的甚至唯一的可行的通信方式。在硬件架設(shè)或使用的機(jī)動(dòng)性上，無線網(wǎng)絡(luò)均比有線網(wǎng)絡(luò)更有優(yōu)勢(shì)。

1.無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)從傳輸方式、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、網(wǎng)絡(luò)接口等幾個(gè)方面來闡述無線網(wǎng)的特點(diǎn)。1）傳輸方式可以采用的傳輸媒體有無線電波和紅外線。其中紅外線對(duì)非透明物體的透過性極差，導(dǎo)致傳輸距離受限，因此目前無線局域網(wǎng)主要依靠無線電波傳播。實(shí)際傳播中采用擴(kuò)展頻譜和窄帶調(diào)制兩種信號(hào)調(diào)制方式。2）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可歸結(jié)為三類：無中心或?qū)Φ仁剑╬eertopear）拓?fù)?、中心（hub-based）拓?fù)湟约扒皟煞N方式的混合。3）網(wǎng)絡(luò)接口類型無線網(wǎng)絡(luò)中站點(diǎn)可以從OSI（OpenSystemInterconnection，開放式系統(tǒng)互聯(lián)）參考模型的物理層或數(shù)據(jù)鏈路層接入。（1）無線網(wǎng)絡(luò)選擇物理層接口是指使用無線信道替代通常的有線信道，而物理層以上各層不變。這樣上層網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序都不需要做任何修改。這種接口方式一般作為有線網(wǎng)絡(luò)的集線器和無線轉(zhuǎn)發(fā)器使用，可以實(shí)現(xiàn)有線局域網(wǎng)間互聯(lián)或擴(kuò)大有線局域網(wǎng)的覆蓋面積。（2）無線網(wǎng)絡(luò)從數(shù)據(jù)鏈路層接入，采用適合無線傳輸環(huán)境的MAC（MediaAccessControl，媒介訪問控制子層），主要負(fù)責(zé)控制與連接物理層的物理介質(zhì)。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，數(shù)據(jù)鏈路層和物理層對(duì)上層是透明的，配置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序來完成與上層的接口，從而保證現(xiàn)有的有線局域網(wǎng)操作系統(tǒng)或應(yīng)用軟件可在無線局域網(wǎng)上正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.無線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)架構(gòu)典型家庭網(wǎng)絡(luò)無線組網(wǎng)Ad-Hoc組網(wǎng)示意企業(yè)無線組網(wǎng)架構(gòu)

3.工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸采用的技術(shù)協(xié)議(1)WIA協(xié)議棧概圖(2)WirelessHART網(wǎng)絡(luò)組成示意圖（3）ISA100.11a，工業(yè)級(jí)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一。相關(guān)技術(shù)WirelessHARTISA100.11aWIA-PA物理層IEEE802.15.4-2006IEEE802.15.4-2006IEEE802.15.4-20062.4GHz，信道26排除2.4GHz，信道26可選2.4GHz數(shù)據(jù)鏈路層概述TDMA接入，支持多超幀、跳信道和重傳機(jī)制，時(shí)隙可配置成專用方式和共享方式TDMA/CSMA信道接入，支持3種跳信道機(jī)制、超幀調(diào)度和時(shí)間同步TDMA和CSMA混合信道訪問機(jī)制，基于超幀和跳頻的時(shí)隙通信，支持重傳機(jī)制和時(shí)間同步時(shí)間同步時(shí)間同步命令幀進(jìn)行同步廣播幀和確認(rèn)幀進(jìn)行同步信標(biāo)幀和時(shí)間同步命令幀進(jìn)行同步跳頻自適應(yīng)跳頻，黑名單技術(shù)時(shí)隙跳頻、慢跳頻和混合跳頻，黑名單技術(shù)自適應(yīng)跳頻，時(shí)隙跳頻超幀使用一般超幀使用一般超幀使用EEE802.15.4超幀時(shí)隙可變長(zhǎng)度固定長(zhǎng)度可變長(zhǎng)度鄰居支持

鄰居組支持鄰居組只支持與簇頭通信鏈路實(shí)現(xiàn)收發(fā)獨(dú)立收發(fā)獨(dú)立基于網(wǎng)絡(luò)管理者將管理和數(shù)據(jù)分開MIC32位IEEE802.15.4安全策略1EEE802.15.4安全策略鄰居發(fā)現(xiàn)使用廣播幀使用廣播幀使用IEEE802.15.4信標(biāo)幀網(wǎng)絡(luò)層采用圖路由和源路由方式，動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)帶寬管理采用6LoWPAN標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換、分片與重組以及骨干網(wǎng)間的路由實(shí)現(xiàn)尋址路由（支持靜態(tài)路由）和分段與重組傳輸層無基于RFC786(UDP）協(xié)議無應(yīng)用層基于HART命令，支持周期性信息和報(bào)警基于服務(wù)，面向?qū)ο?，支持周期性信息和?bào)警基于服務(wù)，支持周期性信息和報(bào)警支持鄰居組？已修改（4）三種工業(yè)無線技術(shù)的比較安全通信設(shè)備之間有數(shù)據(jù)加密、消息鑒別、設(shè)備認(rèn)證、健壯性操作等通過數(shù)據(jù)加密和完整性鑒別保護(hù)點(diǎn)到點(diǎn)和端到端安全，還有消息/設(shè)備認(rèn)證和入網(wǎng)設(shè)備安全處理等分層分級(jí)實(shí)施不同的安全策略和措施，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)校驗(yàn)和設(shè)備認(rèn)證等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一層：全Mesh兩層：上層Mesh，下層Star兩層：上層Mesh，下層Cluster設(shè)備類型現(xiàn)場(chǎng)儀表、手持設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)管理器精簡(jiǎn)功能設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)路由器、手持設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)管理器、安全管理器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、手持設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理全集中網(wǎng)管集中網(wǎng)管和分布網(wǎng)管集中網(wǎng)管和分布網(wǎng)管

5.1.5時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)任務(wù)目標(biāo)：1.掌握時(shí)間敏感性網(wǎng)絡(luò)TSN的價(jià)值。2.了解時(shí)間敏感性網(wǎng)絡(luò)TSN的幾種核心技術(shù)。3.能夠區(qū)分TSN的各種整形器的工作原理。4.理解并掌握TSN的網(wǎng)絡(luò)配置模型。任務(wù)準(zhǔn)備：查閱TSN相關(guān)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)白皮書等。知識(shí)鏈接：傳統(tǒng)以太網(wǎng)時(shí)延波動(dòng)較大，并且具有不確定性。最初以太網(wǎng)傳輸使用CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，載波監(jiān)聽多路訪問沖突檢測(cè)）原理，只有當(dāng)偵測(cè)到鏈路有空閑的時(shí)候，才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。隨著以太網(wǎng)應(yīng)用的推廣，音視頻應(yīng)用首先對(duì)以太網(wǎng)傳輸提出了確定性時(shí)效的需求。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time-SensitiveNetwork，TSN）最早就是為了滿足音視頻數(shù)據(jù)傳輸而產(chǎn)生，后面延伸到安全行駛赫爾自動(dòng)駕駛的汽車領(lǐng)域，現(xiàn)在在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域大放異彩。TSN是IEEE802.1任務(wù)組開發(fā)的一套數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)范，用于構(gòu)建更可靠、延遲低和抖動(dòng)低的工業(yè)以太網(wǎng)，尤其滿足了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)?shí)時(shí)性和大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重要求。TSN的誕生和發(fā)展離不開以太網(wǎng)的技術(shù)支撐和行業(yè)需求的推進(jìn)，解決了傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)之間不能兼得的矛盾。TSN在ISO/OSI模型中的示意圖

1.

TSN的價(jià)值（1）TSN提供微秒級(jí)確定性服務(wù)，保證各行業(yè)的實(shí)時(shí)性需求。（2）TSN降低整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)周期性數(shù)據(jù)和非周期性數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸。2.TSN核心技術(shù)

（1）時(shí)鐘同步技術(shù)。IEEE802.1AS的時(shí)鐘結(jié)構(gòu)：

（2）數(shù)據(jù)調(diào)度和流量整形（3）網(wǎng)絡(luò)配置完全分布模式集中式網(wǎng)絡(luò)/分布式用戶模式完全集中模式

5.2工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求5.2.1功能層次劃分任務(wù)目標(biāo)：了解工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用中的功能層次。任務(wù)準(zhǔn)備：調(diào)研行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)銳捷網(wǎng)絡(luò)，在倉(cāng)儲(chǔ)物流網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的解決方案。知識(shí)鏈接：

工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)以“三化（IP化、扁平化、無線化）+靈活組網(wǎng)”為發(fā)展趨勢(shì)，基于以IP技術(shù)為基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系，加快工業(yè)生產(chǎn)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)（IT）系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合、操作技術(shù)（OT）系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合、企業(yè)專網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合以及產(chǎn)品服務(wù)與互聯(lián)網(wǎng)的融合。實(shí)際應(yīng)用時(shí)按照所執(zhí)行功能的不同，工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)一步直觀地細(xì)分為四層，自下而上包括現(xiàn)場(chǎng)層、控制層、執(zhí)行層和計(jì)劃層。

5.2.2信息系統(tǒng)互聯(lián)和展示任務(wù)目標(biāo)：熟悉工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)互聯(lián)的可視化展示方式。任務(wù)準(zhǔn)備：調(diào)研行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)信銳網(wǎng)絡(luò)，在智能制造領(lǐng)域解決方案。知識(shí)鏈接：目前常見的電子看板主要有以下幾種：1.液晶屏電子看板系統(tǒng)2.SOP（StandardOperatingProcedure，標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程）電子看板系統(tǒng)3.物料電子看板系統(tǒng)

5.2.3組建工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)任務(wù)目標(biāo)：掌握組建工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的方法。任務(wù)準(zhǔn)備：查閱行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)邁普通信技術(shù)股份有限公司網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資料。知識(shí)鏈接：1.名詞解釋（1）fastethernet：百兆端口，可以簡(jiǎn)寫為fa，例如：fastethernet0/1或者fa0/1。

（2）gigabitethernet：千兆端口，可以簡(jiǎn)寫為gi，例如：gigabitethernet0/25或者gi0/25。

（3）tengigabitethernet：萬(wàn)兆端口，可以簡(jiǎn)寫為te，例如：tengigabitethernet1/1或者te1/1。

（4）管理型交換機(jī)：可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部署需要，進(jìn)行配置部署的交換機(jī)類型。

（5）非管理型交換機(jī)：即插即用型交換機(jī)，使用時(shí)無須配置直接接入網(wǎng)絡(luò)即可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入接口的擴(kuò)展。

（6）設(shè)備互聯(lián)：兩個(gè)互相連接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如果兩個(gè)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中處于同一層，互相連接的兩個(gè)接口叫互聯(lián)口；如果處于不同層，，位于網(wǎng)絡(luò)下層的設(shè)備接口叫上聯(lián)口，位于網(wǎng)絡(luò)上層的設(shè)備接口叫下聯(lián)口。

2.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備介紹（1）WNC6600-100-AC無線控制器。（2）WA2600-821-PE室內(nèi)無線接入設(shè)備AP。（3）IS160-10TP-AC千兆非管理交換機(jī)。（4）SM3220-28TF-AC千兆二層智能管理交換機(jī)。3.配置準(zhǔn)備（1）用于配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的電腦（如不帶COM口則需準(zhǔn)備USB轉(zhuǎn)串口模塊）。（2）瀏覽器（用于無線網(wǎng)絡(luò)控制器配置）。（3）MobaXterm軟件（用于配置交換機(jī)）。（4）網(wǎng)線。（5）RJ45串口線。

任務(wù)實(shí)施：從后續(xù)生產(chǎn)線升級(jí)并網(wǎng)絡(luò)投資的角度考慮，工廠內(nèi)網(wǎng)需要滿足以下幾個(gè)要求：（1）新增生產(chǎn)設(shè)備的接入以及后續(xù)的彈性擴(kuò)展；（2）滿足新增移動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備的接入。（3）滿足新增無線辦公設(shè)備的接入。（4）滿足生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)絡(luò)的隔離。

（5）考慮終端接入的安全性。

工廠內(nèi)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行物理隔離；無線控制器和無線接入點(diǎn)接入辦公網(wǎng)絡(luò)，釋放兩個(gè)無線信號(hào)供生產(chǎn)終端和辦公終端接入，同時(shí)開啟無線接入點(diǎn)射頻與網(wǎng)口綁定，將同一套無線設(shè)備的無線生產(chǎn)和無線辦公進(jìn)行物理隔離。

為了保障無線網(wǎng)絡(luò)安全同時(shí)兼容終端，無線辦公網(wǎng)絡(luò)開啟dot1x認(rèn)證，無線生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)開啟密碼認(rèn)證同時(shí)采用終端MAC白名單方式限制終端的接入，數(shù)據(jù)采用本地轉(zhuǎn)發(fā)。表

本工廠內(nèi)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)類型IP網(wǎng)段無線網(wǎng)絡(luò)名稱無線網(wǎng)絡(luò)安全方式生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)192.168.200.0/24TPN_networkWPA2-PSK+mac白名單生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)連接IT系統(tǒng)192.168.201.1/24網(wǎng)關(guān)：192.168.201.254NANA辦公網(wǎng)絡(luò)192.168.300.0/24OA_networkWPA2辦公網(wǎng)絡(luò)連接IT系統(tǒng)192.168.301.1/24網(wǎng)關(guān)：192.168.301.254NANA

車間占地1200平方米，根據(jù)設(shè)備數(shù)量和生產(chǎn)需求，測(cè)算當(dāng)前需要無線接入的設(shè)備終端200個(gè)、無線辦公終端20個(gè)，有線接入的設(shè)備終端30個(gè)、辦公終端10個(gè)。同時(shí)考慮到后續(xù)還會(huì)有更多的設(shè)備接入，為了實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，工廠考慮二層組網(wǎng)：生產(chǎn)、辦公各自通過匯聚交換機(jī)連接到公司IT系統(tǒng)。匯聚交換機(jī)初次部署配置后，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展時(shí)不需要再配置，終端接入交換機(jī)采用即插即用型號(hào)以便快速部署和維護(hù)。

無線接入方面，必須考慮無線接入點(diǎn)是具備內(nèi)外網(wǎng)隔離功能的產(chǎn)品，這樣可以在車間設(shè)備和辦公設(shè)備通過同一套無線設(shè)備連網(wǎng)的情況下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和辦公數(shù)據(jù)隔離。按照一個(gè)無線接入點(diǎn)覆蓋半徑10米

計(jì)算，1200平方米需要無線接入點(diǎn)數(shù)量最少為12

個(gè)，無線接入點(diǎn)保障網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量情況下可以支持同時(shí)32個(gè)終端在線，12個(gè)AP可以容納384個(gè)終端，兼顧以后生產(chǎn)擴(kuò)展的需要。

設(shè)備列表名稱型號(hào)數(shù)量無線控制器WNC6600-100-AC1無線接入點(diǎn)WA2600-821-PE12千兆智能管理

交換機(jī)SM3220-28TF-AC2千兆非管理交換機(jī)IS160-10TP-AC8臺(tái)（5臺(tái)生產(chǎn)、3臺(tái)辦公）管理還是網(wǎng)管？無誤IP管理地址設(shè)備設(shè)備名稱管理IP辦公匯聚交換機(jī)SW_OA_AG192.168.300.254/24生產(chǎn)匯聚交換機(jī)SW_TPN_AG192.168.200.254/24無線控制器100-AC2192.168.300.253/24

1.配置流程（1）生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)配置流程。步驟1：在生產(chǎn)匯聚交換機(jī)（SW_TPN_AG）配置生產(chǎn)設(shè)備所屬網(wǎng)絡(luò)和接口。步驟2：在生產(chǎn)匯聚交換機(jī)（SW_TPN_AG）配置生產(chǎn)設(shè)備DHCP地址池。步驟3：在生產(chǎn)匯聚交換機(jī)（SW_TPN_AG）配置上聯(lián)生產(chǎn)接入接口。步驟4：在生產(chǎn)匯聚交換機(jī)（SW_TPN_AG）配置生產(chǎn)設(shè)備到生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)路由。步驟5：連接生產(chǎn)接入交換機(jī)（SW_TPN_Access）到生產(chǎn)匯聚交換機(jī)（SW_TPN_AG），連接生產(chǎn)匯聚交換機(jī)（SW_TPN_AG）和IT生產(chǎn)接入交換機(jī)。（2）辦公網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)配置流程。步驟1：在辦公匯聚交換機(jī)（SW_OA_AG）配置辦公設(shè)備所屬網(wǎng)絡(luò)和接口。步驟2：在辦公匯聚交換機(jī)（SW_OA_AG）配置辦公設(shè)備DHCP地址池。步驟3：在辦公匯聚交換機(jī)（SW_OA_AG）配置上聯(lián)辦公接入接口。步驟4：在辦公匯聚交換機(jī)（SW_OA_AG）配置辦公設(shè)備到生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)路由。步驟5：連接辦公接入交換機(jī)（SW_OA_Access）到辦公匯聚交換機(jī)（SW_OA_AG），連接辦公匯聚交換機(jī)（SW_OA_AG）和IT辦公接入交換機(jī)。

（3）無線網(wǎng)絡(luò)配置流程。步驟1：將無線控制器接入辦公匯聚交換機(jī)（SW_OA_AG）。步驟2：配置無線控制器AP管理接口。步驟3：將無線接入點(diǎn)LAN1口接入辦公接入交換機(jī)（SW_OA_Access）。步驟4：配置無線接入點(diǎn)射頻與接口綁定

。步驟5：配置辦公無線網(wǎng)絡(luò)。步驟6：配置生產(chǎn)無線網(wǎng)絡(luò)。

步驟7：將無線接入點(diǎn)LAN2口連接生產(chǎn)接入交換機(jī)（SW_TPN_Access）

2.設(shè)備配置方式（1）交換機(jī)配置。采用MobaXterm軟件設(shè)置串口

（2）無線控制器配置方式無線控制器登錄界面。PC端配置192.168.1.0/24的靜態(tài)地址。使用網(wǎng)線將配置電腦連接至AC的DC0口，再在PC端打開WEB瀏覽器，地址欄輸入19