[发明专利]一种应用于智能工厂的异构融合网络架构及路由配制方法

说明书

本发明涉及一种应用于智能工厂的异构融合网络架构及路由配制方法，其中网络架构包含：现场总线网络、工业以太网以及无线网络；其中，现场总线网络主要包含：现场总线网络控制器、现场总线网络以及现场总线终端；工业以太网络主要包含：工业以太网用户设备配置模块、工业以太网网络控制模块以及网桥；无线网络主要包含：网络转换器、网关、无线网络控制面模块、无线网络用户面模块、接入网模块以及无线终端、支持无线传输的工业以太网终端。本发明能够实现基于不同网络技术的现场设备之间有效互联互通，并能够保证工业控制类业务的端到端时延限制。

技术领域

本发明涉及工业互联网互联互通的网络架构，尤其涉及一种应用于智能工厂的异构融合网络架构及路由配制方法。

背景技术

智能制造成为新一轮工业革命的核心技术，工厂生产过程的智能化则成为实现智能制造的最为关键的环节。其中网络互联是实现生产过程智能化中全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析的基础，引领工业制造领域的智能控制、运营优化和生产组织方式的变革。因此，必须构建具备低时延、高可靠、广覆盖等特点的关键网络基础设施以满足工业智能化发展需求。

工业互联网的网络连接通常分为两个层次：操作技术(OT，OperationalTechnology)网络和信息技术(Informational Techonolgy)网络。OT网络主要位于工厂内的现场级及车间级，且由于历史原因不同生产设备商采用了多个协议标准，从而在同一个现场及车间将会出现多种传输协议，主流技术包含现场总线、工业以太网及工业无线技术。然而，现有主流连接技术(比如 Profinet、modus等)在时延、可靠性、带宽等方面均无法满足当前智能制造的业务需求。因此，近些年，将第五代移动通信技术(5G)、时延敏感网络(TSN，time sensitive network)等新兴网络技术用于工业互联网已成为业界共识。新技术全面取代原有技术仍是一个漫长的过程，可以预见的是未来相当长一段时间内将会是多种异构工业网络技术共存的局面。因此，支持智能工厂互联互通的融合架构应该包含现场总线、工业以太网及工业无线技术的融合。

然而，现阶段智能工厂异构网络融合方案的研究尚处初级阶段[1]-[3]，同时考虑这三种网络连接技术异构融合的研究成果极少，尤其是涉及到TSN、 5G等新型网络技术异构融合的相关成果甚少，从而导致现有的异构融合网络架构无法真正实现工业互联网中端到端的业务服务质量需求，因此有必要提出涉及现场总线网络、工业以太网以及无线网络的融合方案，尤其是TSN、 5G等新型网络技术与现有总线网络融合的方案。

发明内容

本发明的目的在于，解决现有异构网络融合方案中存在的上述缺陷。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种智能工厂互联互通的异构融合网络架构，该异构融合网络架构包含三种网络：现场总线网络、工业以太网以及无线网络。现场总线网络模块主要包含可编程逻辑控制器、现场总线网络以及现场总线终端；工业以太网络主要包含工业以太网用户设备配置模块、工业以太网网络控制模块以及网桥；无线网络包含网络转换器、网关、无线网络控制面模块、无线网络用户面模块、接入网模块以及无线终端、支持无线传输的工业以太网终端。

基于上述架构，智能工厂异构融合网络的互联互通分为用户面和控制面两个层面的互联互通。用户面的互联互通主要通过两种网络模块实现：网桥和网关。其中，网桥主要实现工业以太网网络与现有现场总线网络之间的信令、数据的转换与传输。网关有两种功能，其一是实现无线网络与工业以太网之间的信令、数据的转换与传输；其二是经由无线网络，与支持无线传输的工业以太网终端设备实现无线通信。控制面的互联互通主要通过五种网络模块实现：现场总线网络控制模块、工业以太网用户设备配置模块、工业以太网网络控制模块以及无线网络中的网络转换、控制面管理模块。