一、课题来源与背景：本课题是广东省重点领域研发计划“网络协同制造与工业互联网”专项，项目名称“工业时敏网络和现场交换技术设备的研发”,项目编号2019B010119001。项目由中国电子科技集团公司第七研究所、中国电子科技集团公司第三十四研究所、中国电子科技集团公司第三十研究所、惠州市蓝微电子有限公司、惠州市新一代工业互联网创新研究院、广东工业大学、中国电子科技集团公司信息科学研究院等七家单位承担。本课题以提升广东省“网络协同制造与工业互联网”产业发展潜力、创新成果富集度为总目标，具体研究内容包括设计时敏承载网络体系架构与系统模型，完成基于工业时敏网络关键技术的现场网络交换设备（一体化光电交换承载与高精度授时设备、无线光/微波协同传输设备、汇聚层SDN组网控制设备、现场边缘云网络交换及接入设备）的整机产品开发，在实际工业制造环境下完成现场网络交换设备的功能、性能指标试验验证，构建满足多样化、差异化工业控制需求的网络，满足智能制造需求。

    二、技术原理及性能指标：本课题提出基于软件定义时敏网络的工业时敏网络架构，在此基础上，采用分层分面的设计模式，网络架构自顶向下 包含汇聚交换层、MEC边缘接入层与现场设备层。技术体系架构采用“两面一支撑“的分层分面的网络架构，由数据面、控制面和跨层管理支撑系统组成。针对工业时敏网络低时延业务承载和亚纳秒级的时间同步需求，本课题设计了软件定义光交换及授时一体化承载体制，实现了亚纳秒级授时业务的一体化承载。研制了高速光信号的时敏光交换与亚纳秒级授时融合一体原理样机，实现了单设备交换时延小于1us、时间同步精度小于1ns、传输误码率小于1╳10-12的技术指标。本课题完成汇聚层SDN组网控制设备研制，解决了时敏和普适网络业务传输过程中的网络控制问题。研究基于SDN技术的网络架构实现对承载资源和业务传输方式的控制，支持时敏和非时敏网络承载控制传输，实现了符合OpenFlow交换机规范网络控制服务接口，支持多种工业应用场景下的组网。本课题研制了现场多接入边缘云网络交换及接入设备，采用CU/DU分离架构设计，支持宽窄带多种接入体制，多个DU同时在CU的集中控制下实现现场干扰协调、多连接传输，实现宽窄带物联网接入空口时延传输小于lms，模组到车间边缘云端时延小于5ms等技术指标，满足工厂车间现场低时延高可靠的数据传输需求。

    三、技术的创造性与先进性：1、本课题提出SD-TSN工业时敏承载网络架构，采用软件定义网络思想，通过控制与转发的分离，使得工业网络层级更加扁平，保障信息高效可靠传输。基于SDN、MEC等技术，构建软件定义工业时敏网络模型，工业现场设备通过无线、光电等多种手段实现高可靠低时延接入。采用创新的设计方法和思路，打破现有工业网络的分层体系结构，构建更加扁平高效的工业时敏网络体系架构。2、针对宽带数据的低时延光交换承载需求，在传统基于负载均衡的路由算法基础上，创新引入了时延权重参数，提升了光交换承载在组网条件下的时敏性。3、针对工业时敏网络的亚纳秒级高精度时间同步需求，将WhiteRabbit与专用DWDM波长传输技术结合，在双纤双向授时技术体制下，自适应补偿光纤色散等因素造成的不对称时延，确保了亚纳秒级时间同步，实现了光交换承载与精准授时的一体融合。4、针对工业时敏网络宽带数据的无线传输需求，创新采用基于喷泉码的无线光/微波协同技术，对光和电两路信源信息同时进行喷泉编码，并最大程度的提高通信速率和减小传输延迟。5、通过引入基于SDN技术的网络控制架构实现对承载资源和业务传输方式的快速控制，解决工厂生产环境中时间敏感业务传输过程中的控制问题，并支持多种工业应用场景下的灵活组网，并将工厂内OT网络和IT网络深度融合为一个全互联网络，促进工厂网络智能化演进。

     四、技术的成熟程度，适用范围和安全性： 本课题完成基于工业时敏网络关键技术的现场网络交换设备（一体化光电交换承载与高精度授时设备、无线光/微波协同传输设备、汇聚层SDN组网控制设备、现场边缘云网络交换及接入设备），项目完成时技术就绪度达到8级。本课题围绕“TSN+工业互联网”为核心应用示范标杆体系，综合方案集成了IT、OT和CT等业界先进技术，可以在工业领域进行应用示范并带动更广泛的应用，基于软件定义TSN的网络，实现工业生产要素末端海量传感信息的自动采集、传输、汇聚、融合与信息挖掘，广泛试用现代工厂且对工厂优化资源配置，迭代改进生产工艺，节约工业生产的成本具有重大的意义。

    五、应用情况及存在的问题：本课题完成了工业时敏现场网络交换设备整机产品的研发，并在智能制造企业的电子制造组装和SMT贴片生产线进行综合演示示范。工业时敏网络在智能制造企业应用时需要实现高精度的时间同步，使得在复杂的工业工厂环境中实现存在困难。实际应用中，本课题研发网络设备和协议也需要适应不断变化的工业环境和需求。另外在实际工业应用时，成熟度和稳定性仍需经过更多的实践检验。