工业网络体系架构的演进、关键技术及未来展望

基于工业互联网应具备的特征,结合现有工业互联网总体现状,分析总结传统工业自动化封闭式五层架构存在的问题.首先,提出支持数据高效流转的云、边端新型工业网络协同架构,架构的变革对现有技术提出挑战,同时也为传统自动化系统提供了新的机遇.其次,在总体架构的基础上,提出适配新型工业网络基础架构的两项关键技术.5G–时间敏感网络(Time-sensitive networking, TSN)协同传输技术,包括5G–TSN异构网络融合架构、网络时钟适配机制以及基于软件定义网络(Software defined network,SDN)的融合管控和资源调度三部分技术内容;基于确定性网络的云化可编程逻辑控制器(Programmable logic controller,PLC)技术包括工业控制虚拟化和5G云化工业控制技术两部分技术内容.基于此,提出自主设计面向实时运动控制的5G云化PLC与EtherCAT融合系统,以及面向实时运动控制的EtherCAT与TSN融合系统试验平台,并验证了新型工业网络架构的科学性和合理性.最后,对未来网络、控制、计算一体化工业自动化系统中的高效性、可靠性和安全性之间的融合问题及潜在解决方案进行了探讨.