SD-WAN结合边缘智能在纸板生产车间的研究和实践

摘要：文章研究了软件定义广域网（Software-Defined Wide Area Networking，SD-WAN）结合边缘智能在瓦楞纸板生产车间中的应用。该研究的目标是提升瓦楞纸板生产车间的网络性能、安全性和管理效率。通过使用SD-WAN技术，该车间可以实现网络虚拟化、智能路由和实时监控，从而提高网络通信的可靠性和稳定性。SD-WAN与边缘智能的结合使网络资源得以高效利用，优化路由决策，并实现主动的网络管理。该研究对于推动工业环境中的网络技术发展具有重要意义，为瓦楞纸板制造业提供了提高生产效率、降低成本以及提升运营灵活性的机遇。

关键词：SD-WAN；边缘智能；网络优化；数据安全

中图分类号：TP315文献标志码： A

0 引言

瓦楞纸板生产车间是制造瓦楞纸板和纸箱的关键生产场所，被广泛应用于包装行业。随着全球贸易的增长和消费需求的增加，瓦楞纸板生产车间面临着越来越大的挑战。传统的瓦楞纸板生产工厂通常依赖于静态的网络架构和传统的以太网连接方式，存在网络带宽瓶颈、安全漏洞和管理复杂性等问题。随着软件定义广域网（Software-Defined Wide Area Networking，SD-WAN）技术的发展和智能化的趋势，瓦楞纸板生产工厂可以从中受益。本研究通过在瓦楞纸板生产车间中集成SD-WAN的网络虚拟化、智能路由和实时监控等关键特性，瓦楞纸板生产车间可以提供更灵活、可靠和高效的网络连接，使其能够应对不断增长的网络需求和复杂性。目前，一些先进的生产企业已经开始在瓦楞纸板生产车间中采用SD-WAN与边缘智能技术，并取得了一定的成果。然而，尽管SD-WAN与边缘智能在瓦楞纸板生产车间中的结合具有潜力，但仍然存在一些挑战和障碍。

1 SD-WAN与传统网络

传统网络通常使用分散式的管理和控制方式，每个网络设备都有独立的配置和管理。而SD-WAN采用集中化的管理和控制，该方案通过一个中央控制器来管理整个网络，简化了网络管理和配置的复杂性［1］。SD-WAN提供更高级的网络可视性和智能性。该技术通过集中化的控制器，管理员可以实时监测网络状态、应用性能和安全事件，并根据实时数据做出智能的路由和负载均衡决策，以优化网络性能和用户体验。传统网络通常使用单一链路进行数据传输，例如：多协议标签交换（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）［1］。而SD-WAN支持多链路的使用，可以同时利用多种网络链接，如MPLS、互联网、4G/5G等，该技术通过负载均衡和流量优化来提供更高的带宽和可靠性［1］。SD-WAN注重网络安全性，提供强大的安全功能。其使用隧道技术在不安全的公共网络上建立安全的连接，保护数据的传输和隐私［1］。传统网络通常需要额外的安全设备和配置来实现相同的安全性。SD-WAN提供更大的灵活性和可扩展性。其可以轻松适应不同网络环境和需求，支持快速部署和配置变更。该技术通过使用多链路的网络连接，SD-WAN可以降低传输成本，例如：在车间之间原本需要直连的以太网网线，如果使用传统网络直连往往需要拉一根超过几百米的网线。而采用集成SD-WAN技术后，可通过在车间或产线之间建立无线网桥或Wi-Fi，再通过SD-WAN控制器将链路在逻辑层面打通，从而完成通信，甚至在厂家相邻车间/厂区距离较远的情况下，SD-WAN可以综合当地互联网/4G/5G网络实现通信，降低传统网络的实施成本。此外，SD-WAN的集中化管理和智能路由决策能力可以优化网络利用率和性能，减少运营成本。

综上所述，SD-WAN技术通过将网络控制和数据转发分离，并通过集中化的控制器来管理和优化网络流量，提供了更灵活、可靠和高效的广域网连接。其可以根据应用需求和网络状况实时调整路由和负载均衡策略，从而提高网络性能、降低成本，并简化网络管理和运维工作。相对于传统网络，SD-WAN具有更高级的管理和控制方式、更好的网络可视性和智能性、多链路和负载均衡能力、强大的安全性、灵活性和成本效益。所有这些特点使得SD-WAN成为更现代化、高效和可靠的广域网解决方案。

2 瓦楞纸板生产车间的网络需求

瓦楞纸板生产车间通常是一个复杂的生产系统，涉及多个设备和工作站之间的数据通信和协调。为了满足瓦楞纸板生产车间的网络需求，以下是一些常见的网络需求。

2.1 高带宽要求

瓦楞纸板生产车间通常涉及大量的数据传输，包括生产计划、订单信息、生产数据、质量检测结果等。因此，生产车间所需的网络需要提供足够的带宽来支持实时数据传输和信息共享。

2.2 低延迟和高可靠性

瓦楞纸板生产车间对实时性要求较高，需要快速响应和传输数据。因此，瓦楞纸板生产车间的网络需要提供低延迟和高可靠性，以确保数据能够及时传输，并避免生产中断或数据丢失。

2.3 异地协作和远程监控

瓦楞纸板生产车间可能分布在不同的地理位置，需要支持异地协作和远程监控。因此，瓦楞纸板生产车间的网络需要提供安全的远程访问功能，以便远程工作人员能够实时监控生产车间状态，进行故障排除和远程操作。

2.4 设备互联和集中管理

瓦楞纸板生产车间涉及多个设备和工作站之间的数据交互和协作。因此，瓦楞纸板生产车间的网络需要支持这些设备的互联，以便实现数据共享、设备协调和集中管理。此外，网络还需要提供设备管理和监控功能，以便及时发现设备故障和进行维护。

2.5 数据安全和隐私保护

瓦楞纸板生产车间涉及敏感的生产数据和商业信息。因此，瓦楞纸板生产车间的网络需要提供安全性功能，如数据加密、身份认证和访问控制，以保护数据的安全和隐私。

2.6 扩展性和可靠性

瓦楞纸板生产车间可能需要随着业务需求进行扩展和升级。因此，瓦楞纸板生产车间的网络需要具备良好的扩展性和可靠性，能够支持新增设备和工作站的接入，并保证整个生产车间的稳定运行。

3 场景应用与影响

SD-WAN在瓦楞纸板生产车间中可以为生产车间的网络提供更高效、灵活和可靠的解决方案。以下是SD-WAN边缘智能在瓦楞纸板生产车间中的应用场景介绍。

3.1 虚拟化网络连接

SD-WAN可以将多个物理网络连接虚拟化为逻辑连接。这样，瓦楞纸板生产车间内的各个系统可以同时利用多种网络连接，并根据实时需求进行动态调整和优化，以实现更高的带宽和可靠性。

3.2 智能负载均衡和路径选择

SD-WAN可以根据网络状况和应用需求，动态选择最佳的传输路径。该技术通过监测网络延迟、带宽利用率、丢包率等指标，智能地将流量路由到最优的网络连接上，以确保数据传输的稳定性和效率［2］。例如：当某个网络链路出现故障或拥塞时，SD-WAN边缘设备可以自动将流量切换到其他可用的链路，以保证生产车间内各系统网络传输的连续性和可靠性。此外，SD-WAN还支持智能的负载均衡算法，根据连接的性能和负载情况，合理地分配流量，充分利用网络资源，避免网络拥塞和瓶颈，提高网络的吞吐量和响应时间［2］。SD-WAN边缘设备还支持基于应用程序的服务质量（Quality of Service，QoS）策略，根据应用程序的性质和优先级，为不同类型的流量分配带宽和网络资源。例如：对于实时视频流或监控数据这样对延迟敏感的应用，SD-WAN边缘设备可以为其分配足够的带宽和优先级，以确保其稳定传输和优质服务［2］。在瓦楞纸板生产车间中，负载均衡可以均衡地分配生产数据、订单信息等流量到不同的网络连接上，确保数据的平衡传输，提高生产效率和实时性，相比改造前对各机台数据的轮询式推送时效性得到了显著提升，而且避免了网络中的单点故障，即使某个网络链路或设备发生故障，SD-WAN边缘智能可以自动将流量切换到备用连接，确保生产车间的连续运行。

3.3 边缘智能和本地决策

SD-WAN边缘设备具备在边缘设备上进行智能决策的能力。这意味着网络决策可以在离用户或设备更近的地方进行，减少对中央控制器的依赖。在瓦楞纸板生产车间中，这意味着可以更快速地做出网络决策，减少延迟，提高故障恢复能力。SD-WAN边缘设备能够监测和分析车间内的网络状况，并根据实时数据做出相应决策［3］。例如：当检测到某个网络连接出现故障或性能下降时，边缘设备可以立即采取措施，如切换到备用连接或调整流量路由，以确保生产车间的网络稳定性和可靠性。这种本地决策的能力减少了对中央控制器的依赖，可以更快地响应变化，并在边缘设备上实现故障恢复，提高生产车间的网络性能和可用性。该技术通过边缘智能和本地决策，使得SD-WAN在瓦楞纸板生产车间中提供了快速、可靠的网络决策能力，提高了网络的响应速度和故障恢复能力，从而提升了生产效率和稳定性。

3.4 安全隔离和隧道技术

SD-WAN边缘智能可以通过隧道技术实现安全隔离和加密通信。这样，瓦楞纸板生产车间中的数据传输可以在不安全的公共网络上进行安全的传输和隐私保护，保证数据的完整性和机密性，防止数据泄露和窃听攻击［4］。

SD-WAN边缘设备可以通过负载均衡和智能路由的功能，有效地管理和分配网络流量。SD-WAN边缘设备可以根据流量需求和优先级，将数据流量动态地路由到最优的网络连接上，避免网络拥塞和瓶颈。这种方式可以最大程度地利用可用带宽，提高网络的吞吐量和传输效率；同时，该技术通过各种优化技术，如数据压缩、数据缓存和数据重复删除等。通过数据压缩、数据缓存和数据重复删除等优化技术，该技术可以减少数据传输的大小和频率，降低网络延迟，节省带宽消耗。

4 挑战和解决方案

在瓦楞纸板生产车间的网络环境中，可能会面临以下网络可靠性挑战。

4.1 高带宽需求

瓦楞纸板生产车间通常需要处理大量的数据和图像，对网络带宽有较高的要求。传统网络可能无法满足这种高带宽需求，导致网络拥塞和性能下降。

解决方案：SD-WAN技术可以通过多路径负载均衡和流量优化来提供高带宽和低延迟的网络连接。SD-WAN可以智能地选择最优的网络路径，并根据实时网络状况进行动态调整，以确保瓦楞纸板生产车间的网络带宽需求得到满足。

4.2 网络故障和中断

网络故障或中断可能导致生产车间的停机时间和生产中断，影响生产效率和业务连续性。

解决方案：SD-WAN边缘智能可以提供多路径冗余和快速故障切换的功能。该技术通过同时使用多个网络连接，并实时监测连接的可用性，SD-WAN可以自动切换到备用连接，以确保网络的连通性和可靠性。这样可以减少网络故障对生产车间的影响，并提高业务的连续性。

4.3 数据安全和隐私

瓦楞纸板生产车间中的数据可能包含敏感的生产信息和知识产权，需要保证数据的安全性和隐私保护。

解决方案：SD-WAN边缘智能可以提供强大的安全功能，包括加密通信、访问控制、安全审计等。该技术通过使用虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）加密技术和安全策略，SD-WAN可以保护数据在传输过程中的安全性［3］。此外，SD-WAN边缘智能还可以提供终端设备的安全策略管理，确保设备的合规性和安全性。

4.4 网络拓扑和设备管理

瓦楞纸板生产车间中的机台设备通常分布在多个地点，并且生产中须使用多套不同的系统才能完成生产工程，这其中涉及多个网络设备和连接，对网络拓扑和设备管理提出了挑战。

解决方案：SD-WAN边缘智能提供集中化的网络管理平台，可以对整个网络进行统一管理和配置。管理员可以通过一个控制界面对网络设备和连接进行集中管理，并实时监控网络状态和性能。这样可以简化网络拓扑和设备管理的工作，提高管理的效率和一致性［5］。

5 实验与结果分析

该研究在瓦楞纸板生产车间的网络环境中部署SD-WAN边缘智能解决方案。这涉及在各个生产车间各边缘设备上安装SD-WAN设备或虚拟化部署SD-WAN服务，并进行配置和连接设置。该方案能够确保SD-WAN边缘设备与网络连接兼容，并与现有网络基础设施进行集成。该研究可以通过以下实验来评估和验证SD-WAN边缘智能的效果。

5.1 带宽负载测试

使用SD-WAN边缘智能的多路径负载均衡功能，该研究可以评估网络的带宽利用率和性能改进。该研究通过模拟生产车间的数据传输和通信场景，监控和测量网络的带宽利用率、延迟和吞吐量等指标，并与传统网络进行对比。该研究通过网络性能测试工具进行测试和分析后的结果如表1所示。

测试结果分析：本测试通过使用SD-WAN边缘智能的多路径负载均衡功能，可以观察到网络带宽的有效利用率提高。相对于传统网络，SD-WAN能够将流量智能地分配到可用路径，减少拥塞和瓶颈情况，从而提供更高的带宽和更低的延迟。这可以通过测量和对比网络吞吐量、延迟和带宽利用率等指标来验证。

5.2 故障切换测试

模拟网络故障和中断情况，评估SD-WAN边缘智能的故障切换能力和恢复速度。该测试通过断开或模拟某个网络连接或设备的故障，观察SD-WAN是否能够自动切换到备用连接，并确保生产车间的网络连通性和可靠性。记录不同故障类型的切换时间、恢复过程以及影响范围如表2所示。

测试结果分析：在模拟网络故障和中断的情况下，SD-WAN边缘智能技术能够快速检测到故障，并自动切换到备用连接，以确保生产车间的连通性和可靠性。故障切换的时间和过程将被记录和分析，以评估SD-WAN的恢复速度和对生产车间的影响。较短的故障切换时间和无感知的切换过程将是评估成功的指标。

5.3 数据安全测试

本文通过数据安全性测试，验证SD-WAN边缘智能的加密通信和安全策略功能。该测试通过模拟数据传输和攻击场景，检查SD-WAN是否能够保护数据的机密性、完整性和可用性。文章使用安全漏洞扫描工具和攻击模拟工具进行测试，评估SD-WAN数据安全性能测试结果如表3所示。

测试结果分析：该测试通过进行数据传输和攻击场景的模拟测试，可以验证SD-WAN边缘智能的安全功能。如果SD-WAN能够提供加密通信、访问控制和安全审计等功能，以保护生产车间中的敏感数据和信息，那么其将通过测试并提供安全性的证明。测试结果可以包括数据完整性、机密性和可用性的验证。

6 结语

文章综合以上研究成果可得如下结论：SD-WAN结合边缘智能在瓦楞纸板生产车间网络环境中具有明显的优势；其能够提高带宽利用率，保障网络的连通性和可靠性，提供数据安全保护，并提升管理效率。这些成果为在生产车间网络中采用SD-WAN结合边缘智能解决方案提供了科学依据和实践经验。

参考文献

［1］穆琙博，柴瑶琳，宋平，等.SD-WAN产业发展与关键技术研究［J］.信息通信技术与政策，2019（11）：73-78.

［2］顾炯.运营商SD-WAN部署的难点分析［J］.电信科学，2017（12）：172-176.

［3］牛佳，颜永明，林志华.SD-WAN隧道技术与组网模式［J］.电信科学，2021（1）：137-146.

［4］叶朝阳，王欣，张士聪，等.SASE云安全研究与实践［J］.电信科学，2022（1）：140-149.

［5］孔玲，孙燕杰，范典.移动边缘计算发展与应用研究［J］.信息通信技术与政策，2020（3）：81-85.

Research and practice of SD-WAN combined with edge intelligence

in paperboard production workshop

Abstract： This paper focuses on the application of Software-Defined Wide Area Networking （SD-WAN） combined with edge intelligence in the corrugated paperboard production workshop. The objective of the study is to enhance the network performance， security， and management efficiency of the production workshop. By leveraging SD-WAN technology， the workshop can achieve network virtualization， intelligent routing， and real-time monitoring， thereby improving the reliability and stability of network communication within the production environment. The integration of SD-WAN and edge intelligence enables efficient utilization of network resources， optimized routing decisions， and proactive network management. This research contributes to the advancement of networking technologies in industrial settings， enabling enhanced productivity， cost-effectiveness， and operational agility in the corrugated paperboard manufacturing industry.

Key words： SD-WAN; edge intelligence; network optimization; data security