工業交換機研究框架（2024）

2024-02-26碼農

工業網路是指安裝在工業生產環境中的一種綜合整合網路，將工廠生產現場的各種要素連線在一起並提供可靠、即時通訊的設施，集確定性、可靠性、靈活性於一體。工業網路的概念已經從最初的工業控制網路延伸到包含工業控制網路（OT）、工業資訊網路（IT）以及工業物聯網在內的網路全集。工業網路最重要的功能是實作傳感器、控制器、執行器之間的通訊，通常會在惡劣的環境下執行，所以對於連線效能和通訊有著嚴格的要求。

以下內容來自" "。

工業網路經歷了電腦集中控制系統、集散控制系統、現場匯流排控制系統三個發展階段，目前正處於從現場匯流排技術到工業乙太網路的演進過程中。 21世紀開始，IT與OT資訊互動模式出現變革，工業網路未來還將向5G、TSN、 APL等新型網路技術方向不斷演進。

ISA-95標準參考模型將工業互聯網系統分為五層，定義了從物理生產過程到企業管理各個層級所實作的功能。

同時，中國工業互聯網產業聯盟（AII）也定義了工業網路實施架構，包括裝置層、邊緣層、企業層和產業層四個層級，各個層級透過工業匯流排、邊緣閘道器、工業乙太網路交換機、路由器和高品質專線等模組相互連線，形成一套全流程、全業務的公司內網與公司外網數據互通體系。

工業網路分為有線通訊和無線通訊，其中有線通訊技術包括了現場匯流排和工業乙太網路等，工業無線則包括了Wi-Fi、LoRA等。工業乙太網路相較於現場匯流排有更易於整合、適用範圍更廣的優勢，有效解決了現場匯流排封包傳輸延遲、數據遺失的問題，但是成本較高，且受限於距離和頻寬。工業無線與前二者相比而言，不需要布置供電路線，同時能夠連線更多監測和控制點，但是存在容易被電磁幹擾、標準多樣難以統一介面的問題。

工廠內網主要包括工業現場的生產網路（OT）以及資訊網路（IT）。 OT以工業控制網路為主，IT以工廠資訊系統及辦公網路為主。

OT是以電腦技術為輔助的自動化技術營運技術，采用的通訊協定有OPC UA、DDS、FDT、DTM等。

IT是以電腦技術為基礎的軟體技術互聯網技術，采用的通訊協定有MQTT、AMQP、RESTful等。

由於OT與IT數據網路的傳輸協定有所差異，數據整合存在困難，無法滿足工業互聯網大趨勢下多種業務彼此協同、共網傳輸的需求，二者的融合發展十分關鍵，而工業乙太網路作為一種解決OT與IT互聯互通的方案在工廠內網架構中被大量套用。

工業交換機具有高效性、可靠性、安全性和易用性。其采用流控制、擁塞控制、錯包重傳等技術，確保數據傳輸的穩定和可靠；並且透過支持各種冗余技術和工業協定，提高網路的可靠性、穩定性和相容性，從而適應各種工業現場的資料通訊需求。隨著電力、冶金、石化、環保、交通、建築等行業的迅速發展，各行各業資訊化建設對工業乙太網路交換機的需求也越來越大，其廣泛套用於在軌域交通、智慧制造、智慧礦山、工業自動化控制系統中。

工業交換機和商業交換機在功能可用性方面相似，在環境適應力方面差別較為顯著。二者差別主要體現在溫度、濕度、鹽霧環境、振動環境、惡劣電磁幹擾環境、海拔等各類環境下穩定可靠提供功能服務的能力。工業交換機在一些告警功能，冗余設計等方面也有考慮，這些是讓工業交換機迥異於商業交換機的根本原因，因此二者替代彈性較小。

工業交換機可按功能和速率進行分類。工業交換機依據傳輸速率可分為百兆、千兆、萬兆交換機，目前市場正向千兆、萬兆升級過程，高端高速交換機需求逐步提升。

工業交換機需求逐步提升，技術創新、綠色環保、多元市場成為未來發展主旋律。從時長性與實效性來看，工業乙太網路交換機未來將進一步完善自身的技術，力求加強防護技術、通訊即時性、穩定性等，而無線網路、藍芽、5G、TSN等網路技術的發展為工業乙太網路交換機技術的發展註入新的血液與活力。

全球工業乙太網路交換機將以7.1%的復合增速增長。據CMI，2023年全球工業乙太網路交換機市場規模約為33億美元，折合人民幣約 231億元。其中，中國市場約占全球市場的四分之一，市場規模約為57.8億人民幣。展望未來10年，市場將以8.4%的復合增速增長，到2032年工業乙太網路交換機全球市場規模有望達到68億美元。

工業裝置的連線數增長以及工業互聯網滲透為工業交換機市場提供增長動能。隨著工業4.0以及物聯網覆蓋率提升，工業裝置連線數快速增長，帶動了交換埠數量的提升。從場景看，光伏儲能、智慧駕駛、5G工廠等新型工業場景的增加也帶來了更多的工業連線需求。

關於CPU、伺服器和儲存詳細技術及資料獲取，請參考「」，「」、「」、「」、「」、「」、「」、「」等等。