工业互联网场景下网信工程数据传输的低时延与高可靠方案研究

引言

工业互联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，通过网信工程实现设备、系统、人员间的全面互联与数据互通，支撑智能制造、柔性生产、远程控制等新型工业场景落地。数据传输作为网信工程的核心环节，承担着工业现场传感器数据、设备控制指令、生产管理信息的实时传递任务，其时延与可靠性直接决定工业生产的效率与安全性。

与消费互联网相比，工业互联网场景下的网信工程数据传输需求更为严苛。生产控制类业务要求毫秒级时延，任何时延超标都可能导致生产中断；设备监测类业务需确保数据零丢包，否则会遗漏关键故障信息，引发安全事故。当前部分网信工程仍沿用传统互联网的传输架构与协议，未充分适配工业场景的特殊性，导致数据传输性能难以满足业务需求。因此，研究工业互联网场景下网信工程数据传输的低时延与高可靠方案，对推动工业互联网高质量发展具有重要现实意义。

一、工业互联网场景下网信工程数据传输的核心诉求与现存瓶颈

（一）数据传输的核心诉求

工业互联网场景下，网信工程数据传输的核心诉求集中在低时延与高可靠两个维度，且不同业务类型对二者的需求存在差异化适配。生产控制类业务以低时延为首要目标，此类业务产生的控制指令与反馈数据需在极短时间内完成传输，确保设备动作同步与生产流程连贯，时延过大会导致设备响应滞后，破坏生产节奏，甚至引发设备碰撞、产品报废等问题。

设备监测与预警类业务以高可靠为核心需求，此类业务需持续采集设备运行数据，并确保数据完整、准确传递至监控平台，即使在网络波动时也需避免数据丢包或失真，以便平台及时识别设备异常状态，提前预警故障风险。

（二）数据传输的现存瓶颈

当前工业互联网网信工程数据传输面临多方面瓶颈，制约低时延与高可靠目标的实现。网络架构层面，传统三层网络架构存在多级转发延迟，数据需经过多次路由跳转才能到达目标节点，延长整体传输时延；且架构中缺乏业务优先级划分机制，生产控制类高优先级数据与普通监测数据混传，易出现带宽争抢，导致高优先级数据时延超标。

传输协议层面，传统TCP/IP 协议存在固有缺陷。TCP 协议的重传机制虽能提升可靠性，但在数据丢包时会触发重传等待，增加时延，不适用于生产控制类低时延业务；UDP 协议虽时延低，但缺乏可靠性保障，易出现数据丢包，无法满足设备监测类业务需求。

环境与干扰层面，工业现场的电磁干扰、设备振动、粉尘油污等因素，会影响网信工程传输链路的稳定性。电磁干扰会导致信号衰减或失真，引发数据传输错误；设备振动可能造成网线松动、无线传输节点位移，导致链路中断；恶劣环境还会加速传输设备老化，降低设备运行稳定性，间接影响数据传输的可靠性。

二、工业互联网场景下网信工程数据传输的低时延与高可靠方案

（一）优化网络架构，减少传输层级与转发延迟

针对网络架构导致的时延问题，通过扁平化与边缘计算融合的架构优化，减少数据传输层级与转发延迟。构建“ 边缘节点-核心节点” 的二级扁平化网络架构，取消传统汇聚层，将工业现场接入节点直接连接至边缘节点，数据在边缘节点完成本地处理与转发，无需经过核心层跳转，大幅缩短传输路径长度，降低转发延迟。

在架构中引入业务优先级映射机制，根据业务类型为数据分配不同优先级标识，网络设备优先转发高优先级数据，为其预留专属带宽，避免与低优先级数据争抢资源。

（二）改进传输协议，平衡时延与可靠性

针对传统协议的缺陷，通过协议改进与定制化开发，实现时延与可靠性的平衡适配。对于生产控制类低时延业务，基于UDP 协议进行增强改造，引入轻量级可靠机制，在保留UDP 低时延优势的同时，减少数据丢包风险。具体而言，在协议头部增加简短校验字段，接收端通过校验字段快速判断数据完整性，若发现丢包仅重传丢失的数据包，而非全部数据，避免 TCP协议全量重传导致的时延增加；同时优化协议封装格式，删减冗余字段，简化数据封装与解封装流程，缩短协议处理时间。

（三）升级资源调度，实现带宽与节点的动态适配

通过资源调度机制升级，实现网络带宽与节点资源的动态适配，为低时延与高可靠传输提供支撑。构建带宽动态分配系统，实时监测各业务数据的传输需求与网络带宽使用情况，根据业务优先级与数据量动态调整带宽资源，为高优先级业务分配充足带宽，避免带宽不足导致的时延增加；同时设置带宽预留机制，为突发业务预留专用带宽，确保这类业务在任何情况下都能快速传输。

（四）完善容错机制，提升传输链路抗干扰能力

针对工业现场环境干扰问题，通过完善容错机制与链路优化，提升数据传输的抗干扰能力。在传输链路层面，采用多链路冗余部署，为关键业务数据设置主备两条传输链路，当主链路因电磁干扰、设备故障中断时，系统自动切换至备链路，实现链路无缝切换，避免数据传输中断。

在设备与节点层面，加强传输设备的环境适应性设计，选用工业级传输设备，这类设备具备防尘、防水、抗电磁干扰、耐高低温的特性，能在恶劣工业环境下稳定运行；定期对传输设备进行状态监测与维护，及时更换老化部件，修复松动接口，避免设备故障影响数据传输。

四、结语

工业互联网场景下，网信工程数据传输的低时延与高可靠是支撑工业生产安全、高效运行的核心基础。当前数据传输面临的架构冗余、协议不适配、环境干扰等瓶颈，需通过网络架构优化、传输协议改进、资源调度升级、容错机制完善等多维度方案协同解决，才能实现数据传输性能与业务需求的精准适配。

未来，随着工业互联网与5G、AI、区块链等技术的深度融合，网信工程数据传输方案可进一步向智能化、一体化方向发展。例如，利用AI 算法实时预测网络时延与故障风险，提前调整传输策略；借助区块链技术实现数据传输的可追溯与不可篡改，进一步提升可靠性。只有持续深化技术创新与方案优化，才能不断提升工业互联网网信工程数据传输的性能，为工业互联网的深度应用提供坚实支撑。

参考文献

[1]王兴伟,于戈.工业互联网数据传输的低时延优化技术研究[J].计算机学报, 2020.

[2]刘韵洁,黄永峰.工业互联网场景下高可靠数据传输协议的设计与实现[J]. 通信学报,2021.

[3]张宏科, 伟.工业互联网扁平化网络架构及其低时延传输机制[J].电子学报, 2019.