数字化网络化智能技术：生产系统网络与通信 课件第5章 生产系统网络规划与设计.pptx

第5章生产系统网络规划与设计

演讲人

1生产系统网络需求

1.1生产系统网络特点

在如今工业4.0理念不断推进的浪潮下，OT和IT开始整合不断打通信息孤岛，要求设备、传感器、各种智能制造IT系统间普遍流畅的互联，迫使网络和其相关设备遍布生产的每个环节与角落。在这个浪潮之中，网络所担任的角色越发重要的同时，其需要满足的要求也愈发复杂。

网络作为现在生产系统中最重要的基础设施之一需要具有数据隔离、访问控制、高可靠性、低时延等特性，从而满足在工业4.0背景下设备与相关数据的安全以及IT和OT系统间的高度融合，实现对生产更为高效和精细的控制与规划。

1生产系统网络需求

1.2生产系统网络需求

尽管不同行业的生产系统网络其流程、环境、规模各有不同，但是其对于网络的关键指标都有类似的需求。

（1）可靠性：由于网络承担着IT与OT系统间沟通的桥梁，每时每刻都在不断地传输设备与传感器的数据，所以一旦网络中断将会严重影响生产效率，因此必须保证网络具有高度的可靠性。其可靠性需要在两方面进行考虑：一方面是在网络设计时需要考虑使用链路冗余、热备份等技术增加网络的可靠性；另一方面是由于生产环境可能较为恶劣，存在扬尘或者复杂的电磁环境，所以在设备选型时需要依据现场实际环境选择工业级网络设备降低设备故障概率。

1生产系统网络需求

1.2生产系统网络需求

（2）安全性：在OT系统全面接入IT系统后，以往孤立的设备现在全部暴露在生产系统网络之中。此时网络中的恶意用户或者程序将有可能对实际设备产生影响，甚至导致重大安全事故，因此网络的安全性也变得更为重要。在进行网络设计时需要将关键设备和数据进行保护或者隔离。

2生产系统网络设计

2.1生产系统网络设计方法

在构建高效、可靠和可扩展的生产系统网络过程中，需要运用一系列方法和工具来确保所设计的网络能够满足特定的场景需求，并达到网络设计标准要求。网络设计可采用模块化和层次化的设计方法。

2生产系统网络设计

模块化设计方法

将大型网络划分为多个小型的子网或模块。每个模块可以完成特定的功能，并且模块之间相对独立，这样可以简化网络管理，也容易隔离故障和模块升级。

2生产系统网络设计

层次化设计方法

分层模型如OSI七层模型或TCP/IP四层模型,可将网络分为接入层、汇聚层和核心层，每一层都有其特定功能。这样的设计方法可以提高网络的性能和安全，方便管理。

在设计上，可采用自上而下或者自下而上的设计思路。

2生产系统网络设计

自上而下的设计思路

首先进行整体规划，明确网络的总体目标，然后进行高层架构设计，最后选择合适的硬件设备和软件平台，完善技术实现细节。这种设计方法需要较多的前期规划和分析工作。

2生产系统网络设计

自下而上的设计思路

与自上而下相反，从现有的网络设施和技术能力出发，逐步构建网络的高层设计。这种方法适合已有一定基础设施，需要对现有网络进行扩展或优化的情况。

2生产系统网络设计

2.2网络拓扑类型

网络拓扑是网络设计的基础，它描述了网络中设备的连接方式，决定了网络的性能、成本和可扩展性。常见的拓扑类型包括总线形、星形、环形、树形、网状和混合型。

2生产系统网络设计

总线型

总线型拓扑中，所有节点通过一根主线进行通信。这种连接方式成本低，布线简单，但缺点是出现故障后整个网络都会收到影响，而且排查比较困难，因此主要应用于早期的小型局域网。

2生产系统网络设计

星型

在星型拓扑中，每个节点都直接连接到一个中心节点，节点间通信也要通过这个中心节点进行转接。这种结构易于对故障进行定位和隔离，且新增或删除节点对其他节点不会产生影响。星型拓扑结构在企业局域网中较为常用。

2生产系统网络设计

环形

环形拓扑中，每个节点通过点对点连接形成一个闭环，数据沿着环路单向传递。这种结构可以简化路径选择，但单个节点的故障会影响整个环路。环形拓扑结构目前已经较少使用。

2生产系统网络设计

树形

树形拓扑是星型拓扑的扩展，多个星型网络通过上层节点连接起来，形成层次结构。便于管理和扩展，也便于故障隔离，但上层节点的故障会影响其下所有子节点。树形结构适用于大型企业多层级的网络。

2生产系统网络设计

网状

网状拓扑中，每个节点都可能与其他多个节点直接相连，形成多条数据传输路径。网络的可靠性和容错能力较强，但是这种结构需要复杂的路由算法，配置管理较为复杂。网状拓扑主要应用于广域网和高可用性需求的网络。

2生产系统网络设计

混合型

在实际应用中，通常会结合以上多种拓扑结构，根据实际需求和环境进行灵活设计。

选择合适的拓扑结构需要综合考虑网络的规模、可靠性、成本、可扩展性和管理便利性等因素。

2生产系统网络设计

2.3网络拓扑图绘制

网络拓扑图绘制主要包括以下步骤：

1

1.确定目标与要求：明确网络设计的目的和要求，如带