工业互联网的发展对产业升级具有显著的带动作用。据中国工业互联网研究院数据显示，2023年中国工业互联网产业增加值规模预计达到4.69万亿元，占GDP的比重上升至3.72%，显示出工业互联网产业对我国经济稳定增长的重要支撑作用。工业互联网已广泛应用于石化、钢铁、电子信息、家电、服装、能源、机械、汽车、装备、航空航天等行业和领域，推动企业提升质量效益，并不断催生新的增长点。
工业互联网的发展首先需要强大的网络基础设施作为支撑。根据《工业互联网网络建设及推广指南》，我国正着力建设先进网络基础设施，打造标识解析体系，以构筑支撑工业全要素、全产业链、全价值链互联互通的网络基础设施为目标。这包括对工业企业内网、外网和标识解析体系的建设升级，支持工业企业以IPv6、工业无源光网络（PON）、工业无线等技术改造工业企业内网。5G、时间敏感网络（TSN）等技术成为新一代工业网络演进的基石，推动工业网络向高性能、高智能、高融合的方向发展。
工业网络的发展是工业互联网和产业升级的重要组成部分，它涉及到基础设施的升级改造、技术创新与融合、应用模式和业务模式的变革、产业升级与经济增长、安全保障体系的建立以及数字化转型的加速等多个方面。
1.工业网络在IT/OT融合中的决定作用
传统以太网其轮询机制或集束帧技术使得标准以太网和实时以太网无法在同一网络中进行数据传输。对于边缘计算、工业物联网、智能制造的全局优化而言，制造现场控制所需的实时性数据和生产管理与优化层所需的非实时性数据要通过统一网络进行集中，在统一的数据平台进行数据处理与分析，并能够下发到各个控制器执行。此外，生产系统往往由来自不同企业的设备与系统构成，必须有统一的网络与协议规范，因此，独立于厂商的总线在智能时代变得更为必要。
业界投入力量发展时间敏感网络（TSN）技术，主要目的是实现异构网络上OT实时数据和IT交互数据（非实时）共享网络带宽。TSN提供了实现其融合的工具，允许交换实时控制、遥测和一般IT信息，所有这些都由IT和OT安全管理，这将降低基础设施成本以及管理和维护网络所需的资源。TSN为工业以太网的未来实现的基本概念是打破关键和非关键系统之间的通信障碍，促进IT/OT融合。但TSN网络在推广过程中面临以下严峻挑战，具体表现在：
技术成熟度：TSN技术虽然在理论上具备诸多优势，如IEEE 802.1工作组完成了协议族的发布，但在实际应用中仍需要解决诸多技术难题，如网络延迟、稳定性等。此外，由于缺乏统一的应用规范，不同厂商之间的产品与现有工业以太网的兼容性和互操作性，成为制约TSN技术广泛应用的一大障碍。
与现有技术的集成复杂性：将TSN解决方案与现有技术集成相关的复杂性对时间敏感型网络市场构成挑战。这涉及到如何在现有工业基础设施中集成TSN技术，以及如何确保新旧系统之间的兼容性和平滑过渡。
市场需求与定制化解决方案的矛盾：不同行业和应用场景对TSN的需求各异，如何提供既符合标准又能适应特定需求的解决方案是一个挑战。
市场接受度和推广策略：TSN技术推广和应用过程中，如何提高市场接受度，以及制定有效的市场推广策略也是一个挑战。需要通过加强技术研发、拓展应用领域、加强标准制定和统一、提高网络安全保障以及加强国际合作与交流等措施来推动TSN行业市场的健康发展。
2. 工业PON和TSN网络的优势比较
工业PON（无源光网络）和TSN（时间敏感网络）在工业互联网中各有优势，而在某些方面则呈现了TSN目前不具备的优势。工业PON通过在时延、可靠性、工业协议融合等方面的创新，为企业构建了一套符合各类工业场景指标需求的全光工业网。工业PON的时延抖动优化技术将时延降低到100us以内，同时保证确定性时延，满足工业生产场景的要求。工业PON技术通过光纤网络连接各种智能设备，如机器人、传感器等，提升生产线的自动化和智能化水平。它能够实现工厂内各种工业设备的互联，以及工厂办公及监控网络的融合承载，打通生产管理网络到生产车间/现场网络之间的屏障。这种全光网络连接技术，采用开放软硬件平台架构、SDN管控模型和能力开放接口，提供工业数据采集解析、确定性传输、边云协同、网络切片、智能化运维等关键能力，实现“人、机、物”全面互联。
由中国工信部、信通院以及各大运营商承办的“光华杯”千兆光网===链接===大赛，提供了一个验证工业PON网络实践的平台，2024年10月9日至10日，第三届“光华杯”千兆光网应用创新大赛智能制造专题赛在湖南长沙成功举办，本届赛事在1600多个项目中遴选出了70个项目，这些项目大多数是工业PON在制造领域的应用。从比赛中可以看到工业PON已经开始在制造业数字化转型中扮演了关键角色，呈现出了独特的优势，包括：
易于维护与扩展性：工业PON技术的一个显著优势是其易于维护和扩展的特性。光纤网络相比于传统的铜缆更加耐用，维护成本更低。此外，PON网络的扩展性强，可以灵活地根据工业需求调整网络架构。
技术成熟度和标准化：工业PON技术已在运营商网络规模应用，相比其他有线接入技术，具有技术优势和成熟的产业链生态。经过国内运营商、设备厂商等产业链各个层级成员的合力推动，PON技术已经在工业领域生根落地。
应对网络安全挑战：工业PON采用ODN无源光纤组网，无需供电且部署位置灵活，在建筑空间中减少了弱电空间，以及供电设备和空调设备等，实现了节能减排，符合绿色低碳的发展目标，同时提高了网络的安全性。
与现有技术的集成复杂性：工业PON提供了一套符合各类工业场景指标需求、提供工业协议采集转换开放平台的工厂内网络连接综合解决方案，满足各种行业、各类规模企业的网络应用需求。
市场需求与定制化解决方案的矛盾：工业PON技术通过确定性调度算法实现业务需求与网络能力的匹配，提供满足业务需求的确定性PON传输能力，相比TSN+5G/工业以太网的实现方式，确定性工业PON系统更加简洁，能力更加灵活。
无线TSN的技术难点：工业PON通过光纤网络提供高速度和大容量的数据传输能力，尤其适用于数据密集型的工业应用，解决了无线TSN在大容量和低时延方面的挑战。
市场接受度和推广策略：工业PON技术以其高带宽、低时延、易维护和高扩展性的特点，为工业网络提供了一个高效、可靠的解决方案，有助于提高市场接受度。在实践应用方面，工业PON技术已经在多个领域得到应用，例如能源管理与环境监测，对于能源密集型的工业企业，PON技术可以帮助实现更加高效的能源管理和环境监测。利用其高带宽和低时延的特性，企业可以实时监控能源使用情况，及时调整策略，以达到节能减排的目的。
工业PON在面对TSN网络推广过程中的挑战时，展现出了其独特的优势和广泛的应用前景。
3. 烽火通信在工业PON的探索
烽火通信基于PON技术打造的工业PON方案，通过在时延、可靠性、工业协议融合等方面的创新，为企业构建了一套符合各类工业场景指标需求的全光工业网。烽火工业PON采用无源器件组网和工业级ONU，能够抗电磁干扰、抗氧化、耐腐蚀，适应工厂复杂的生产环境。高达99.999%的网络可靠性，可满足远程集中控制场景对网络稳定性的要求；通过时延抖动优化，满足现场控制类业务对低时延和确定性时延的需求。在工业数据采集场景，工业PON多协议深度解析和融合，解决了工业设备接口和协议各异造成的设备数据无法互通问题。通过拉通生产数据、设备数据、市场数据等不同系统数据，打通工厂内部信息孤岛，推动管理和生产效率的提升。
烽火通信联合运营商实现了小米智能工厂的网络建设，小米智能工厂采用烽火通信工业PON系统，通过铜线改光纤，成本降低50%以上，空间减少80%、能耗降低30%；网络架构简化，使得施工效率提升50%；统一可视化网管快速定位故障，设备即插即用放装，运维效率提升60%。成为了智能工厂的一个标杆范例。
工业PON凭借其在运营商网络稳定运行20年的经验积累，继承了PON的统一管理、全光网络、生态链完善、实践经验丰富等特点。同时，针对工业网络特性，提升了其低时延、高可靠性和协议融合等方面的能力，在一些应用场景中表现出比TSN更强的适应性，能更好助力工业互联网实现更高效、更智能的生产和管理。随着技术的不断进步和应用的深入，这些技术必将在未来的工业互联网中发挥更加重要的作用。
