2020年1月通信设计与应用37
基于未来网络关键技术的工业互联网平台方案研究及应用南京211111）（南京未来网络产业创新有限公司，彭新玉【摘要】分析工业互联网发展存在的问题，提出基于未来网络关键技术的工业互联网平台方案。该平台方案采用SDN、云计算等关键技NFV、
术，部署一套新一代工业互联网试验及应用平台，利用工业云数据中心，提升企业生产的智能化水平，实现企业的纵向应用集成。本项目平台方案在南京市开始试验应用。【关键词】工业互联网；软件定义网络；网络功能虚拟化；云计算【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】（2020）TP399A1006-422201-0037-02
1方案概述1.2平台目标
经过近十几年的迅猛发展袁互联网技术已经广泛地应用于大众日常消费袁为人们的生活带来了便利和快捷遥从2006年开始袁互联网技术开始逐步深入到工业生产中袁步入工业互联网发展时期遥通过工业互联网袁将大量的智能传感器尧工业生产设备和控制系统软件等连接起来袁构成智能生产网络体系袁为工业智能制造服务遥
但是袁将现有传统意义上的消费互联网平移到工业生产上袁存在一些明显的问题袁如院网络传输速率低尧系统时延迟高尧平台安全性低和整体能耗高等袁网络资源调度的灵活性和可管可控性等也不能满足工业互联网发展要求[1]遥
为了解决工业互联网发展的上述问题袁需要将先进技术和工业生产需求结合起来袁探索新型工业互联网平台建设方案遥本项目部署一套新一代工业互联网试验及应用平台袁利用工业云数据中心袁依托可灵活调度的未来网络试验网袁并采用SDN尧NFV尧云计算等未来网络关键技术袁提升生产企业内的信息化水平尧自动化水平和智能化水平袁实现企业的纵向应用集成[2]遥同时袁本项目平台将提供一套针对工业互联网的特殊协议袁特殊应用袁特殊需求打造的试验验证平台袁为制造型企业提供个性化尧定制化的工业互联网解决方案袁实现提高企业生产效率和核心竞争力的目标遥
1.1背景分析
图1平台总体架构
2平台方案介绍2.1平台总体构架
从传统工业制造生产过渡到工业互联网袁对于大多数企业而言袁投资是一个重要的考虑因素遥一条生产线的互联网改造是需要花费高昂的费用袁并且袁可能会带来不可预知的风险遥那么袁是否可以以低廉的成本在一个实验环境下先对生产线业务进行模型化实验袁从而规避生产环境下的风险呢钥答案是肯定的遥
基于新一代网络的工业制造业务试验验证平台袁是一个开放尧灵活尧稳定尧安全的试验环境遥通过SDN底层架构袁为企业用户提供一套虚拟化环境遥用户可以在这套环境中模拟各种业务袁编写新的通信协议袁运行在不影响生产的试验网中袁一旦验证通过袁通过平台提供的应用协议封装接口袁将其输出为满足企业生产需要的协议栈文件袁作为企业自主控制的工业控制和通讯系统组件袁应用在生产环境中遥
2.2基于新一代网络的工业制造业务试验平台
户提供多元化的应用服务体验遥
如图1所示袁本项目平台的总体架构分三层遥各个分层主要组成部分如下院
渊1冤基础设施层袁包括SDN架构的未来网络云基础设施尧网络接入尧光的连接和中间的传输链路等遥
渊2冤平台层袁在基础设施层之上袁提供对网络及资源的控制功能袁包括接入层面的设备控制尧客户终端设备的控制尧广域网连接的控制以及虚拟云资源的管理和控制遥
渊3冤应用层袁为最终用户提供工业互联网应用服务袁更多是面向用户操作业务尧应用和管理的视图遥
本项目平台的应用层袁除了支持自主研发的互联网应用外袁还提供对外开放接口袁对接更多合作厂商平台袁为工业用
2.3基于SDN架构的新型工业互联网试验平台
传统的电信运营商的网络普遍存在着新旧设备的替换尧现有网络的智能化改造等需求袁通过SDN技术可以将现有网络基础设施改造方式进行变化袁从以硬件为中心向以软件为中心转变袁从而实现基于云数据中心的开放型网络遥
本项目平台通过SDN技术搭建的数据中心将计算尧存储尧网络资源虚拟化袁同时开放可编程接口渊API冤袁使得用户能够针对自己网络的特点使用这些可编程接口来开发网络应用袁并通过网络应用对网络进行智能掌控袁从而实现网络与用户业务及应用的无缝集成袁快速响应用户需求袁实现网络的快速部署尧快速上线袁提升网络灵活度袁提升运营网络主导尧自我
38通信设计与应用
规划尧自我设计能力[3]遥
本项目平台将在数据中心及端局部署内容调度与分发网络系统袁有效地缓解骨干网络的带宽瓶颈袁减少骨干网络投资袁有助于带动宽带网络的整体优化升级袁提升业务应用体验遥
本项目平台依托南京市各工业生产聚集区的云数据中心袁并在数据中心之间建设城域光网络袁来互联其多站点运营袁以使得多业务核心光网络和更高层网络支持数据中心互联的激增遥构建野光+IP融合冶的SDN网络袁实现交换层面的光层能力互通遥
基于VxLAN技术构建跨域的虚拟专网袁并通过基于SDN的混合云实现私有云和阿里云尧腾讯云等公有云间的无缝衔接遥针对企业用户实现全程的光纤互联接入袁同时针对大客户的互联网专线业务袁进行了高等级的QoS部署遥利用SDN技术实现合理地利用带宽袁有效地分配和管理带宽袁可以对不同的业务制定不同的业务等级袁对不同的业务等级制定不同的服2.4务策软件略袁为高定义等数据中级的业务提心
供更加优质的服务遥
基于软件定义的云数据中心架构如图2所示袁采用统一的云基础设施同时承载网络云和业务云袁通过南京市部署云化数据中心并进行数据中心互联渊DCI冤袁实现跨数据中心大二层组网遥新型数据中心将能更好地支撑云平台的多租户隔离尧网络资源按需分配尧网络架构灵活调整尧网络配置集中管理等[4]遥
图2基于SDN/NFV技术的云数据中心架构
同时袁本系统平台充分利用不同云资源池渊位于不同机房冤间已具备的光纤直连环境袁能够支持跨机房东西向尧南北向互通以及虚拟机在线迁移等多个功能场景遥基于此基础设施可以灵活开展工业互联网的PaaS和SaaS的应用遥
15云数据中心分别规划建设约20个机架袁每个机架约集约台24高TB性的能存储容服务器量袁遥每为保个机证架灵可活的网络管理和搭载磁盘阵列袁成调可度至少能力支袁持同时2.5部署基支于持软件SDN定特义性的的白无牌线交换接入网络
机遥
本项目在园区尧企业尧工厂等边缘网络部署基于软件定义的WiFi网络袁通过SDN控制器基于全局视图对每个无线接入点的统一调度和控制袁实现高密接入尧无缝切换和负载均衡袁充分提高用户的无线上网体验遥
本项目在企业需求的领域部署基于面向工业场景的WiFi网络袁融合了SDN尧NFV和无线网络控制技术袁有效提升不同
2020年1月场景下无线网络的服务质量袁在保证用户实时业务的基础上可支持无缝切换尧负载均衡尧干扰控制尧功耗管理等遥同时袁基于虚拟化技术实现多个专用虚拟网络袁每个虚拟网络相互隔离和按需分配资源袁可同时支持高隐蔽性的专用网络和公开的访客网络[5]遥除此之外袁还可以提供缓存加速尧VPN等多种网络服务遥
软件定义无线接入点可以直接与各种新型设备组网联动袁出口可以是有线网络也可以是4/5G移动网络甚至是卫星网络3平台遥
本项目方案应用平台方案由情南况京未来网络产业创新有限公司实施袁在南京市开始试验应用遥该平台已经在南京市制造业集中区构建一套野三园一核冶的工业互联网示范网袁目前已经完成三个实施节点的建设曰这三个实施节点分别为院南京未来网络小镇尧翠屏科创园袁紫金研创中心遥已经在南京未来网络小镇部署运行管控中心袁分别在翠屏科创园尧紫金研创中心部署区域云数据中心袁并在各园区部署若干个端局云服务中心袁形成南京市未来网络工业互联网云服务实验平台袁结合SDN创新实验室进行工业生产与网络结合的试验验证遥本项目平台也对生产企业用户开放袁使其通过实际案例熟悉工业互联网的4运作总方式本项结遥
目平台把新一代网络的关键技术应用于工业互联网建设袁采用SDN尧NFV尧云计算等先进技术袁建设工业云数据中心袁完成新一代工业互联网试验及应用平台的部署袁有效地提升了生产企业的信息化水平尧自动化水平和智能化水平遥后续将逐步扩大工业互联网平台的覆盖范围袁增加工业互联网应用的种类和数量袁为南京市更多的工业企业提供广泛的工业互联网创新应用遥
基00162金项目冤遥
：2016年南京市新兴产业引导专项资金项目渊2016-参考文献
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网络的协作式路由实现收稿日期：2019-12-19作者简介：彭新玉渊1973-冤袁男袁汉族袁山东日照人袁高级工程师袁硕士袁主要研究方向为网络通信尧人工智能遥
