随着全球范围内工业4.0的浪潮不断涌动,工业互联网作为其核心驱动力,正引领着工业生产向智能化、网络化的崭新阶段迈进。在这一转型的浪潮中,光路科技凭借其卓越的工业互联设备与创新解决方案,正为工业互联网领域的发展注入新的活力,并持续推动其向前发展。

FIBERROAD(光路科技)
FIBERROAD(光路科技)

高可靠性与稳定性:工业互联网的坚实基石

在工业环境中,设备的稳定性和可靠性很重要。在这样的场景下,任何一次设备故障或网络中断都可能导致生产线停滞、产品质量下降甚至安全事故的发生。因此,对于工业以太网交换机而言,除了基本的通信功能外,还需要具备在各种恶劣环境下稳定运行的能力。

光路科技作为一家全球领先的工业互联设备和解决方案提供商,深谙工业环境中的种种挑战。为此,公司投入大量研发力量,致力于提升工业以太网交换机的稳定性和可靠性。其生产的交换机产品具备出色的防护等级和电磁兼容性,能够在高温、低温、潮湿或高电磁干扰的恶劣环境下保持稳定的运行状态。

具体而言,光路科技的工业以太网交换机采用了先进的散热设计、耐候材料以及电磁屏蔽技术,确保在极端天气或复杂电磁环境下仍能正常工作。此外,产品还通过了严格的质量检测和环境适应性测试,以确保在各种应用场景下都能提供稳定、可靠的网络连接。

正是凭借这种高度可靠的性能,光路科技的工业以太网交换机成为了众多企业的首选设备。它不仅能够确保工业网络的持续稳定,为企业的生产运营提供坚实的保障,还能够降低因设备故障或网络中断带来的损失和风险。

创新技术:推动工业互联网快速发展

光路科技始终将技术创新作为公司的核心竞争力,站在工业以太网交换机技术的最前沿,不断追求创新与突破。这种对技术的执着追求,使得光路科技能够持续推出领先市场、满足用户需求的产品。

其产品不仅支持高速、稳定的通信,确保数据传输的高效性和准确性,还具备网络冗余和备份机制,为企业的网络安全提供了强大的保障。当部分网络出现故障时,光路科技的工业以太网交换机能够迅速切换到备份路径,保持通信的连续性,确保企业的生产运营不受影响。

此外,光路科技的产品还具有高度灵活和可扩展的特性。无论是智能工厂、能源管理还是交通物流,光路科技的工业以太网交换机都能够适应各种应用场景,满足企业不断增长的需求。企业可以根据自身的网络架构和业务需求,灵活配置交换机的端口数量、传输速率等参数,实现个性化的解决方案。

值得一提的是,光路科技自主研发的TSN(时间敏感网络)工业交换机,是公司在技术领域的又一重大突破。TSN交换机能够确保网络中的数据传输具有严格的时间确定性,满足工业自动化对实时性的要求。通过引入TSN技术,光路科技的工业以太网交换机在工业自动化领域的应用得到了进一步拓展,为企业的智能化转型提供了有力支持。

TSN工业交换机
TSN工业交换机

广泛应用:覆盖工业互联网的各个领域

光路科技在工业互联网领域的广泛应用,无疑证明了其工业以太网交换机的卓越性能和市场价值。无论是在智能电网、轨道交通还是智能交通、智能煤矿和智能制造等领域,光路科技的产品都发挥着关键的作用。

在智能电网领域,光路科技的工业以太网交换机提供了稳定、高速的数据传输通道,确保了电网监控、调度和管理的实时性。通过与其他设备的协同工作,交换机实现了对电网设备的远程监控和智能控制,有效提高了电网的运行效率和稳定性。

在轨道交通领域,光路科技的工业以太网交换机为列车控制系统提供了可靠的通信保障。交换机的高速传输和稳定性能,确保了列车控制系统数据的实时传输和准确处理,为轨道交通的安全、高效运行提供了有力支持。

而在智能交通领域,光路科技的工业以太网交换机则助力实现了城市交通的智能管理。通过与交通信号灯、摄像头、车辆传感器等设备的连接,交换机实现了对交通状况的实时监控和智能调度,有效缓解了城市交通拥堵问题,提升了交通系统的整体运行效率。

在智能煤矿领域,光路科技的工业以太网交换机为煤矿的自动化生产提供了坚实的网络基础。交换机的高可靠性确保了煤矿生产数据的稳定传输,为煤矿的安全生产提供了有力保障。

最后,在智能制造领域,光路科技的工业以太网交换机更是发挥了重要作用。通过与生产设备的连接和协同工作,交换机实现了对生产过程的实时监控和智能控制,有效提高了生产效率和产品质量,降低了生产成本。

光路科技的工业以太网交换机在各个领域的应用,不仅提供了高速、稳定的通信服务,还通过与其他设备的协同工作,实现了对各种设备和系统的智能化管理和控制。这种全面的解决方案不仅提高了企业的运营效率,还降低了运营成本,为客户创造了巨大的商业价值。

展望未来:光路科技引领工业互联网新篇章

随着工业互联网的迅速崛起和持续发展,光路科技深知自身肩负着重要的使命和责任。作为业界领先的工业互联设备和解决方案提供商,光路科技始终将高可靠、高安全作为其核心价值观,并致力于将这些原则融入其工业以太网交换机的设计和制造中。

为了应对工业互联网领域日益增长的需求和挑战,光路科技将持续加大研发投入,对工业交换机进行持续的创新和升级。通过引入先进的技术和理念,光路科技将不断提升其产品的性能和功能,以满足不同行业和场景的需求。同时,光路科技还将积极关注行业发展趋势,与合作伙伴紧密合作,共同推动工业交换机的技术进步和应用拓展。

此外,光路科技将继续深化其在各领域的应用,将工业以太网交换机广泛应用于智能电网、轨道交通、智能交通、智慧矿山、智能制造等领域。通过与各行业的深度融合,光路科技将为其客户提供更加全面、高效的解决方案,助力企业实现数字化转型和智能化升级,从而推动工业互联网的繁荣和发展。

前言

随着时间的推移,网络通信在过去几十年里经历了巨大的演进,从最初的简单数据传输发展到今天复杂而高度智能化的体系。这个演进的过程带来了前所未有的便利,使得信息传递在全球范围内变得更加高效。然而,随着网络的快速发展,日益增长的网络流量对性能提出了更为严苛的要求。

网络流量的爆炸式增长,主要受到云计算、物联网、高清视频以及实时应用等因素的推动,使得传统网络在应对大规模数据传输和实时通信方面面临着一系列挑战。在这个背景下,引入确定性网络(Deterministic Networking)成为解决这些挑战的关键。确定性网络以其独特的特征和技术,为网络通信赋予了更高的可预测性和稳定性,从而能够更好地应对当今网络环境中的需求。

确定性网络(Deterministic Networking)
确定性网络

在这篇文章中,我们将深入探讨确定性网络的概念、优势以及在不同领域的应用。我们将揭示这一技术的核心原理,以及如何通过它来实现低延迟通信、提高网络稳定性,以及优化资源利用。同时,我们还将探讨确定性网络面临的挑战,并展望这一技术在未来网络发展中的潜在影响。通过这一全面的介绍,我们希望读者能更好地理解和认识确定性网络,并认识到它在推动网络通信进步方面的关键作用。

什么是确定性网络

确定性网络的定义

确定性网络是一种网络通信体系,旨在提供高度可预测、稳定和可控的通信环境。与传统网络相比,确定性网络通过优化数据传输路径、时间敏感的协议和智能流量管理,以确保数据在网络中的传输能够在预定时间内达到目的地。这种设计使得网络能够更好地应对实时通信和对延迟敏感的应用需求。

国内外研究机构及标准化组织已经开展了确定性网络技术的相关研究,并取得了一系列重要成果。例如,IEEE与IEC成立了P60802工作组,研究将二层确定性网络技术应用于工业控制领域;Internet标准规范最主要的国际标准化协会组织IETF(Internet Engineering Task Force)成立了确定性网络工作组,致力于在第2层桥接段和第3层路由段上构建通用架构以建立端到端确定性转发路径。这些研究为确定性网络的推广和应用提供了重要的理论和实践基础。

区分确定性网络与传统网络

1、时延可控性

传统网络在数据传输时存在不确定的时延,而确定性网络通过严格控制传输路径和时间参数,确保数据传输的时延具有可预测性。

2、网络拥塞管理

确定性网络采用智能流量管理机制,可以有效预防和处理网络拥塞,确保数据的稳定传输。

3、资源优化

确定性网络通过优化网络资源的利用,确保实时通信和对延迟敏感的应用能够在高效的网络环境中运行。

确定性网络的主要特征

时间敏感性:确定性网络注重数据传输的时间特性,确保实时数据在网络中的传输遵循严格的时间要求。

流量工程:通过智能的流量工程和路径规划,确定性网络可以避免拥塞,并确保网络资源的最优利用。

硬实时通信:确定性网络支持硬实时通信,即对于某些应用,数据的传输必须在预定的时间内完成,确保实时性和可靠性。

可预测性和稳定性:通过严格的协议和机制,确定性网络提供了更高的可预测性和稳定性,使其成为对延迟敏感的应用的理想选择。

在理解了确定性网络的定义和主要特征后,让我们深入探讨其工作原理,以了解它是如何实现这些特征的。

确定性网络的工作原理

确定性网络的工作原理涉及多个技术方面,从流量控制到路径规划,以下是确定性网络的核心技术和工作原理:

  1. 时间敏感网络协议

确定性网络使用专门设计的时间敏感网络协议,以确保数据在网络中的传输能够遵循精确的时间要求。时间敏感网络协议是确定性网络的基础,这些协议负责调度数据包的传输时间,确保实时数据在网络中的传输能够在预定的时间内达到目的地。其中,Time-Sensitive Networking (TSN) 是一种常用的时间敏感网络协议,它定义了多个标准,包括IEEE 802.1Qbv(用于基于时隙的流量调度)、IEEE 802.1Qbu(用于削减帧时延)等,以实现对时延敏感的通信。

  1. 流量工程和路径规划

通过流量工程和路径规划,确定性网络能够避免网络拥塞,确保数据在网络中的传输路径是最优的。流量工程技术通过智能的流量控制和路由选择,确保网络资源的最优分配,从而提高网络性能。路径规划则负责寻找最短、最可靠的数据传输路径。

流量拥塞示意图-流量工程和路径规划
最短路径依然会引起拥塞

如上图,起初基于最短路径优先(Shortest Path First, SPF)协议,流量选择最短的路径(A-C-E)进行数据传输。然而,当多个流量流都选择相同的路径时,可能会出现拥塞,当这条最短路径拥塞时,较长路径 A-B-D-E 可能是更优路线。这就是为什么我们有时需要偏离SPF原则,而采用更为复杂的流量工程策略。通过流量整形、流量监管、路由控制等手段,我们可以优化网络流量的路径选择,避免或减少拥塞,提高网络的可靠性和性能。简单来说,流量工程的目标是确保网络流量能够根据其特性(如优先级、QoS需求等)被合理地分配到不同的路径上,从而避免网络拥塞、提高网络资源利用率。

  1. 硬实时通信机制

硬实时通信机制是实现确定性网络中关键数据传输的重要技术,对于一些需要精确控制时延的应用,确保数据的传输在预定的时间内完成。这需要在网络中实施实时调度机制,以确保实时数据包的及时传输。

时间感知整形器(IEEE 802.1Qbv)是一种用于实现硬实时通信机制的技术,它的主要功能是在以太网帧上标识优先级,并将其指派给基于优先级的VLAN Tag。它通过定义时间表来控制队列流量,每个队列在时间表中都有一个时间段,该时间段定义了队列中数据帧的发送窗口。当数据帧到达队列时,时间感知整形器会根据其优先级和时间表进行调度,以确保关键数据帧在预定的时间内发送。

时间感知整形器在多个时隙分配不同的流量等级
时间感知整形器在多个时隙分配不同的流量等级
  1. 智能网络管理

确定性网络依赖于智能网络管理系统,通过监测网络状态、实时调整流量、识别并应对故障等手段,确保网络的稳定性和可用性。智能网络管理系统使用先进的算法和机器学习技术,以适应不断变化的网络条件。

  1. 时间同步机制

时间同步机制是确保网络中各个设备之间的时间一致性的关键。通过采用时间同步协议,确保网络中的设备对于时间的感知是一致的。这对于协同工作和协议的正确执行非常重要,尤其在需要多设备协同操作的场景。

FR-TSN交换机测量线路和节点延迟
测量线路和节点延迟

时间同步的目标是在分布式系统中,使各个节点的时钟保持一致,以及相对时间的一致性,即各个节点之间的计时误差保持在一定范围内。为了实现这一目标,需要充分了解系统中各个节点之间的传输延迟,以便进行精确的调整。线路和交换机中的延迟是影响时间同步精度的主要因素之一,通过测量这些延迟,可以更加准确地估计和补偿传输延时,从而提高时间同步的精度。

通过整合这些关键技术,确定性网络能够提供高度可预测、稳定和可控的通信环境,满足对时延敏感的应用需求,如工业自动化、智能交通系统等。这些技术的协同作用使得确定性网络在实时通信领域具有巨大的潜力和优势。

确定性网络的应用领域

确定性网络在各种应用领域中都发挥着重要作用,特别是那些对实时通信和时延敏感的应用。以下是一些确定性网络的主要应用领域:

  1. 工业自动化

工业自动化是确定性网络的重要应用领域之一。在智能制造、工业物联网等领域,需要实现设备之间的实时通信,以确保生产线的稳定运行。确定性网络能够提供低延迟、高可靠性的网络连接,支持工业控制系统的实时数据传输和远程控制。通过远程监控,可实时监测设备状态,远程诊断和修复问题,减少停机时间。

  1. 智能交通系统

在交通系统中,对于车辆间通信的实时性要求极高,以支持交通管理、自动驾驶和车辆安全。智能交通系统包括交通信号灯、监控摄像头、传感器等设备,需要实现实时数据采集和传输。确定性网络能够提供低延迟、高可靠性的网络连接,支持智能交通系统的稳定运行。

车联网是另一个确定性网络的典型应用场景。随着自动驾驶技术的不断发展,车辆需要与周围环境和其他车辆进行实时通信,以确保安全和高效的交通流。确定性网络能够为车联网提供可靠的通信链路,支持车辆之间的实时数据传输和紧急制动等安全功能的实现。

  1. 医疗领域

在医疗领域,实时数据传输对于远程监护、手术机器人和医疗诊断非常重要。通过确定性网络,医生可以实时接收病人的医疗数据,进行远程诊断和治疗。这不仅可以提高医疗服务的效率,还可以降低医疗成本。确定性网络让手术机器人能够在高度实时和可靠的通信环境中操作,以保证手术的精确性。

  1. 虚拟现实和增强现实

虚拟现实(VR)和增强现实(AR)应用也越来越需要低时延、高带宽的通信,以便让用户获得沉浸式的体验。在虚拟会议、培训和娱乐场景中,确定性网络可确保用户间的实时交互和体验。在AR导航方面,可提供低时延的位置信息,支持AR导航和信息叠加。

  1. 电力系统

在电力系统中,实时通信可以让电力配送、智能电网和电力设备的协同运行更加高效。

智能电网:实时监测电网状态,支持电力设备的远程控制和协同运行。

电力配送:通过确定性网络提供电力配送设备之间的实时通信,确保电力传输的稳定性。

这些应用领域突显了确定性网络在实现高效、可靠、时延低的通信方面的价值,为各种关键应用提供了支持。

确定性网络的挑战与解决方案

随着5G技术的不断成熟和广泛应用,越来越多的行业和应用场景开始对通信的可靠性和低延迟提出更高的要求,5G和确定性网络的融合也已经取得了一些显著的进展,但同时也需要解决一些关键技术挑战,例如,如何确保数据传输的可靠性和实时性、如何提高网络资源的利用率和管理效率、如何降低网络建设和运营成本等。针对这些挑战,可以采取一系列技术措施,如优化网络架构、引入边缘计算和云计算技术、采用高可靠性和低延迟的通信协议等。

随着对实时通信和时延敏感应用需求的不断增加,未来确定性网络面临的挑战和解决方案可能包括以下几个方面:

性能提升:随着应用场景的不断拓展,确定性网络需要更高的性能来满足不断增长的需求。其中包括更快的传输速度、更低的延迟、更高的可靠性等方面的提升。这可能需要研发更高效的传输协议、优化网络架构、采用新型传输介质等。

异构网络融合:未来确定性网络需要与现有的互联网、物联网等异构网络进行融合,实现数据和服务的互通互操作。这涉及到不同网络协议的兼容性、网络拓扑结构的复杂性等问题。解决方案可能包括制定统一的技术标准、研发中间件技术等。

数据安全和隐私保护:随着确定性网络的广泛应用,数据安全和隐私保护问题也日益突出。未来需要进一步加强数据加密、访问控制、隐私保护等方面的技术研发和应用推广。

智能化和自动化:未来确定性网络需要具备更高的智能化和自动化水平,能够自适应地处理各种复杂的网络问题。例如人工智能、机器学习等技术的应用。解决方案可能包括研发智能化的网络管理系统、自动化流量控制和路由选择算法等。

可扩展性和灵活性:未来确定性网络需要具备更好的可扩展性和灵活性,能够适应不同规模和不同需求的应用场景。这涉及到如何有效利用资源、降低成本、提高能效等问题。解决方案可能包括采用虚拟化技术、云计算平台等。

综上,未来确定性网络面临的挑战是多方面的,需要从多个方面进行解决。通过技术研发和创新,以及加强国际合作和标准化工作,相信未来确定性网络会取得更大的突破和发展。

TSN技术和TSN交换机

为解决确定性网络的挑战,时间敏感网络(TSN)技术应运而生。TSN技术作为确定性网络的一种实现方式,目前已经得到了广泛的应用。TSN技术主要针对工业自动化、车联网、智能交通等领域,提供低延迟、高可靠性的网络连接。

TSN技术能够为工业控制系统提供可靠的通信链路,支持实时数据传输和远程控制,从而提高生产效率和降低成本。在汽车制造生产线中,TSN技术可以确保各个设备之间的实时通信,实现高效的生产流程控制。TSN技术能够为车联网提供可靠的通信链路,支持车辆之间的实时数据传输和安全功能的实现。在智能交通系统中,TSN技术可以确保交通信号灯、监控摄像头、传感器等设备之间的实时通信,提高交通流的安全性和效率。

FR-TSN交换机
FR-TSN交换机

TSN交换机是TSN技术体系中的关键组成部分,通过提供时间同步、流量控制和低时延的网络通信,解决了传统网络所面临的时延和不确定性问题。目前,国内交换机头部厂商已经开始深入研发,光路科技在TSN技术研发领域已经取得了显著的进展,其FR-TSN系列工业以太网交换机不仅满足了实时通信的需求,还通过先进的流量工程和路径规划技术,解决了网络规模扩展性的问题,确保了网络的高效运行。

FR-TSN交换机作为确定性网络的一种实现方式,为各个行业应用带来了诸多好处。FR-TSN交换机具有高可靠性和稳定性,具有高性能和低延迟的特点,能够满足各种实时通信的需求,保证网络的正常运行和数据的可靠传输。它还具有可扩展性和灵活性,能够适应不同规模和不同需求的应用场景。目前,光路科技在国内智慧交通领域已经成功实现了TSN交换机的落地应用。通过在交通系统中部署FR-TSN解决方案,实现了实时数据传输、智能信号灯控制和车辆协同操作,提高了交通系统的效率和安全性。

未来,随着相关技术的不断发展,TSN技术的应用潜力将进一步得到挖掘。例如,TSN技术可以与人工智能、机器学习等技术结合,实现智能化的网络管理和自适应的网络控制;同时,TSN技术也可以与云计算、边缘计算等技术结合,为大数据和物联网等领域提供更好的数据传输和存储服务。

总结

确定性网络的引入标志着网络通信领域的一次重要变革。通过提供可预测、稳定和时延低的通信环境,确定性网络有效地解决了传统网络在应对实时通信和时延敏感应用方面的局限性。在工业自动化、智能交通、医疗保健等多个领域的成功应用中,确定性网络展现出了其巨大的潜力和广泛的适用性。

TSN技术作为确定性网络的应用已经得到了广泛认可,TSN交换机为确定性网络的应用提供了有力支持。未来,TSN技术的应用将逐渐广泛,为各个行业带来更多的创新和变革。通过标准化和行业合作,TSN技术有望成为推动实时通信和确定性网络发展的核心引擎,为数字化转型提供更可靠的网络基础。

鼓励更多行业采用确定性网络技术是推动数字化转型和提升网络通信质量的关键一步。在未来,随着技术的不断发展和行业标准的完善,确定性网络将成为各行业实现高效、可靠、智能通信的基石。我们呼吁各行业积极采纳确定性网络技术,共同推动网络通信领域的进步,助力社会各个层面的创新和发展。通过共同努力,确定性网络将为我们创造更安全、高效、智能的未来网络环境。

随着物联网的不断发展,越来越多的设备需要联网,而这些设备通常需要供电才能工作。传统的交换机无法提供电力供应,因此诞生了PoE交换机。本文将详细介绍PoE交换机和普通交换机的区别,并从各个角度全面介绍PoE交换机。

Power over Ethernet

什么是PoE?

PoE(Power over Ethernet)即“以太网供电”,是一种可以通过网络线缆为网络设备提供电力的技术。PoE技术可以将电力和数据信号同时传输,使得设备不需要额外的电源线缆。PoE技术的原理是在以太网电缆中加入直流电源,使得网络设备可以通过网线直接供电。

PoE交换机可以同时为设备提供电力和数据传输

POE供电系统的组成

PSE(供电设备)

PSE设备是指支持PoE技术的网络设备,它是PoE供电系统中的核心部分之一。PSE一般有POE供电器和POE交换机两种形式。它的主要作用是通过以太网线缆传输电力和数据信号,并为受电设备(PD)供电。

PD(受电设备)

PD设备是指在PoE供电系统中需要接受电力供应的网络设备,例如IP电话、摄像头、无线接入点等。PD设备通过以太网线缆从PSE设备获取电力供应,并与PSE设备进行数据通信。

PoE电源

PoE电源是指PoE供电系统中的电力来源。PoE电源的工作原理是将交流电源转换为DC电源,并将电力和数据信号通过以太网线缆传输到网络设备上。PoE电源的功率决定了PSE能同时为多少台PD设备供电。

以太网线缆

以太网线缆是连接POE供电器和POE设备之间的媒介,可以将电力和数据信号一起传输到网络设备上。一般采用CAT5、CAT5E、CAT6等类型的以太网线缆,其传输距离根据不同的POE技术版本有所不同。

PoE电线

在PoE供电系统中,PSE设备和PD设备之间的交互是基于IEEE 802.3af/at/bt标准协议来完成的。这些标准协议规定了PSE设备和PD设备之间的电力传输方式、电力传输功率、电力传输距离等关键参数,确保了PoE供电系统的稳定性和可靠性。

PoE交换机的定义和分类

PoE交换机是一种能够为网络设备供电的交换机。根据供电方式的不同,PoE交换机可以分为两种类型:一种是采用线端供电方式(End-Span),另一种是采用中继供电方式(Mid-Span)。其中,采用线端供电方式的PoE交换机将电力和数据信号一起传输到网络设备上,而采用中继供电方式的PoE交换机则需要在电缆中插入一个PoE中继器,将电力和数据信号分开传输。

PoE交换机的工作原理

PoE交换机的工作原理是将交换机的电源输出连接到以太网端口,并通过以太网电缆将电力传输到需要供电的设备上。PoE交换机还需要根据设备的需求来确定所需的电力等级,并控制供电的方式和时间。

当网络设备通过以太网线连接到PoE交换机时,PoE交换机会检测设备是否支持PoE技术。如果设备不支持PoE技术,则PoE交换机只会传输数据信号,不会供电。如果设备支持PoE技术,则PoE交换机会将电力和数据信号一起传输到设备上。

PoE交换机的供电标准

目前,PoE交换机的供电标准主要分为三种,分别是IEEE 802.3af(PoE)、IEEE 802.3at(PoE+)、IEEE 802.3bt(PoE++),其中PoE++又根据功率不同分为了两类(Type3和Type4)。下表详细列出了PoE、PoE+和PoE++的规格:

类别PoEPoE+PoE++PoE++
IEEE标准IEEE 802.3afIEEE 802.3atIEEE 802.3btIEEE 802.3bt
PoE类型Type 1Type 2Type 3Type 4
PSE端口功率15.4W30W60W90W
PSE电压范围44-57V50-57V50-57V52-57V
PD最大功率12.95W25.5W51W71W
PD电压范围37-57V42.5-57V42.5-57V41.1~57V
最大电流350mA600mA1.2A1.73A
线缆要求Cat3/以上Cat5/以上Cat5e/以上Cat5e/以上
使用双绞线2对2对2/4对4对
以太网供电 PoE 类型参考图表

IEEE 802.3af标准

IEEE 802.3af标准是PoE交换机最早的标准,于2003年发布。该标准定义了PoE交换机的最大供电功率为15.4W,最大电压为48V,最大电流为350mA,以及最大传输距离为100米。根据这个标准,PoE交换机可以通过以太网线缆向连接到交换机上的PD设备提供最大15.4W的电力供应,从而实现电力与数据的传输。此标准被用于低功率应用场景。

IEEE 802.3at(PoE+)标准

IEEE 802.3at(PoE+)标准是在IEEE 802.3af标准之后(2019年)发布的,提供了更高的功率传输能力,最高传输功率达到30W。相比于IEEE 802.3af标准,PoE+可以为更多的设备提供足够的功率,例如IP电话、Wi-Fi接入点、IP摄像头、高性能笔记本电脑等。IEEE 802.3at标准还支持双向通讯,使PD可以向PSE发送信息以调整功率需求。

IEEE 802.3bt(PoE++)标准

IEEE 802.3bt标准是最新的PoE交换机标准,于2018年发布,也被称为PoE++标准,它可以让一根网线的8条铜芯同时供电,进一步扩展了PoE的功率传输能力,每个端口传输功率可达60W-90W,如果需要,甚至可以达到100W的功率上限。这使得PoE技术可以为更多的设备提供可靠的供电,例如医疗设备、工业设备、高功率LED照明等。为了支持PoE++,PSE和PD需要支持更高的电压和功率传输,需要更先进的硬件设计和更复杂的协商过程。

PoE交换机和普通交换机的区别

区别1:PoE技术的支持

PoE交换机和普通交换机最大的区别在于是否支持PoE技术。普通交换机只能传输数据信号,不能为设备供电。而PoE交换机可以将电力和数据信号一起传输到网络设备上,为设备提供电力供应。普通交换机需要使用额外的电源适配器或电源线缆来提供电力供应。

区别2:支持的设备不同

PoE交换机可以为支持PoE技术的设备提供电力供应,如IP电话、网络摄像头、无线接入点等。而普通交换机无法为这些设备提供电力。

区别3:布线工作量

使用PoE交换机可以将电力和数据信号一起传输到网络设备上,这样可以简化设备的安装,减少布线的工作量。

区别4:成本不同

由于PoE交换机可以为设备供电,因此不需要额外的电源适配器或电源线缆,从而节省了设备成本,也降低了布线的成本。但由于PoE交换机的技术含量较高,其价格比普通交换机要贵一些。

PoE交换机的四个应用范围

A. 家庭应用

PoE交换机可以为家庭网络中的多种设备提供电力供应,如无线路由器、网络摄像头、IP电话等,使得家庭网络更加智能化和便利化。

B. 商业应用

在商业应用中,PoE交换机可以为各种支持PoE技术的设备供电,如网络摄像头、无线接入点、电子标牌等。这些设备通常需要安装在较高的地方或不易更换的位置,因此使用PoE技术可以大大简化安装和维护工作。

C. 工业应用

在工业应用中,PoE交换机可以为各种工业设备供电,如工业相机、传感器、控制器等。这些设备通常需要长期运行,需要较高的可靠性,因此使用PoE技术可以降低故障率和维护成本。

D. 公共设施

在公共设施中,PoE交换机可以为各种智能设备供电,如智能灯具、智能门锁、智能广告牌等。这些设备分布在广泛的区域内,使用PoE技术可以简化布线和安装工作。

PoE、PoE+和PoE++交换机如何选择?

针对IEEE 802.3af、IEEE 802.3at(PoE+)和IEEE 802.3bt(PoE++)这三种类型的PoE交换机,在面临选择时,到底该如何选择?

首先,IEEE 802.3af PoE交换机能够为每个端口提供最大15.4瓦的电力,适用于低功率的网络设备,如IP电话、IP摄像头、无线接入点等,而且价格较为经济实惠。对于功率要求较高的设备,就需要选用IEEE 802.3at(PoE+)交换机,其可以为每个端口提供最大30瓦的电力输出。这种类型的交换机可以支持更多的设备,如高性能摄像头、IP电话和无线接入点等,且功率输出更为稳定,可靠性更高。

当用户需要连接更多的高功率设备时,就需要使用IEEE 802.3bt(PoE++)交换机,它的端口功率更高,可以支持71W的设备,能满足工业、商业和医疗等领域对于高功率设备的需求。相较于其他两种PoE交换机,PoE++交换机的价格更高,但其可为用户提供更强大的功率输出,可适用于更广泛的应用场景。下图根据PoE的四个类别列出了支持的PD:

PoE、PoE+和PoE++交换机可支持的智能终端设备
PoE、PoE+和PoE++交换机可支持的智能终端设备

需要注意的是,PoE标准向下兼容,比如PoE++交换机也可以用在小功率设备上。

工业PoE交换机的应用场景

工业PoE交换机,即拥有PoE供电功能的工业级以太网交换机,是一种广泛应用于各种工业控制系统中的网络设备,它能够在恶劣环境下保证稳定的数据传输和供电,相比非工业级PoE交换机,具有更多的应用场景。以下是一些典型的应用场景:

智慧交通-智能交通系统

工业PoE交换机可用于交通信号灯、高速公路监控系统、收费站视频监控等。智能交通系统需要大量的监控摄像头和其他设备进行实时监测和控制,而这些设备通常需要长时间稳定的数据传输和供电,因此工业PoE交换机可以为这些设备提供高效的网络连接和可靠的电源支持。

智能制造-工业自动化

在智能制造和工业自动化应用中,各种传感器和执行器需要实时传输数据和接收控制信号,而这些设备往往需要在严酷的环境下进行操作,如高温、低温、高湿度等。使用工业PoE交换机可以确保这些设备的稳定供电和高效通信,从而提高整个系统的可靠性和效率。

电力行业-智能电网

工业PoE交换机可用于智能电网、智能电表、电力调度中心等领域。这些应用需要长期稳定运行,同时需要保证数据和电力的传输安全和可靠性。

智慧城市-综合管廊

工业PoE交换机在综合管廊的应用主要是通过其高可靠性和宽温设计来满足在恶劣环境下的数据传输需求。这种类型的交换机通常采用紧凑型和防护性能强的外壳设计,一般要求达到IP40防护等级,可防尘、防水、防震、抗腐蚀。

综合管廊中需要部署大量的监控摄像头,这些设备需要稳定的数据和电力供应。而工业PoE交换机能够通过一个网线为这些设备提供数据和电力,同时还能提供QoS和VLAN等功能,确保监控数据的实时传输和安全存储。工业PoE交换机可以支持多种协议和网络拓扑结构,能轻松地与其他设备集成,使得它在综合管廊的监控、安防、智能照明等应用场景中发挥着越来越重要的作用。

智慧城市-智能楼宇系统

在现代智能楼宇系统中,各种传感器、摄像头和其他设备需要在高速网络上进行通信,并且需要长时间稳定的供电。这些设备往往布置在一些难以到达的区域,如顶楼或地下室等地方,因此使用工业PoE交换机可以避免由于供电和网络连接不稳定而导致的问题。

Fiberroad FR-7M3208BT 工业PoE交换机
Fiberroad FR-7M3208BT 工业PoE交换机

总的来说,工业PoE交换机的应用场景非常广泛,尤其是在需要稳定性和可靠性的环境中,如工业、制造、交通、能源等领域。随着物联网和工业4.0等技术的发展,工业PoE交换机的应用前景也将越来越广阔。

PoE交换机的市场前景

近年来,由于PoE技术具有灵活便利和经济实惠等优点,在网络基础设施中的应用越来越广泛,PoE交换机市场也随之呈现快速增长的趋势。

推动PoE交换机市场增长的一个重要因素是物联网(IoT)的发展。随着连接设备数量的增加,PoE交换机的需求也随之增加,因为它们可以为这些设备提供供电和连接功能,无需额外的电源供应和布线。

此外,VoIP(网络语音)和IP摄像机的不断普及也为PoE交换机的需求增长做出了贡献。PoE交换机为这些设备提供了便捷且经济实惠的供电和网络集成解决方案。

随着对智能建筑和智能城市的需求不断增加,PoE交换机的采用也预计会进一步增加。PoE交换机可以为各种设备提供供电和连接功能,包括照明、传感器和门禁系统,成为智能建筑和城市基础设施的必要组成部分。

随着技术的不断发展,POE交换机将会具备更高的功率供应能力、更高的安全性和稳定性、更加智能化和自动化的特点,以满足日益增长的网络需求。

PoE交换机产品表

PoE类型交换机型号交换机名称交换机图片
PoE / PoE+FR-7M3208网管千兆2光8电工业以太网交换机光路科技2光8电环网交换机
PoE / PoE+FR-7M3408FBypass光保护工业交换机8电口2SFP管理型光路科技Bypass光旁路交换机
PoE / PoE+FR-7N3005全千兆5电口工业以太网交换机光路科技-5电口工业交换机
PoE / PoE+FR-5A3208P千兆2光8电智能POE交换机千兆2光8电智能POE交换机
PoE / PoE+FR-5A3216P千兆2光16电智能POE交换机千兆2光16电智能POE交换机
PoE / PoE+FR-5M3424P千兆4光24电管理型POE交换机千兆4光24电管理型POE交换机
PoE++FR-7M3424网管型工业环网交换机全千兆24电口4光口导轨式网管型工业环网交换机全千兆24电口4光口导轨式(POE)
PoE++FR-7M348F环网光纤交换机-千兆二层网管交换机16电口12光口环网光纤交换机-二层网管全千兆工业导轨交换机
PoE++FR-9M348F二层网管工业交换机千兆12光16电二层网管工业交换机千兆12光16电
PoE++FR-9M3424二层网管工业交换机千兆4光24电二层网管工业交换机千兆4光24电
PoE++FR-9T44F8万兆三层交换机-4个万兆光口+16个千兆光口+8个千兆Combo万兆三层交换机-4个万兆光口+16个千兆光口+8个千兆Combo
以上是FIBERROAD部分PoE交换机

什么是工业以太网交换机?以太网交换机是一种常见的网络设备,而工业以太网交换机,是具有工业级特性的以太网交换机,在轨道交通、智能制造、智慧矿山、工业自动化控制系统中,它起到了至关重要的作用。随着工业自动化程度的不断提高,对于工业以太网交换机的要求也越来越高。本文将从工业交换机的原理、优势、特点、应用以及未来发展趋势等方面详细介绍工业以太网交换机。

工业以太网交换机
工业以太网交换机

工业以太网交换机的工作原理

工业以太网交换机通过物理接口与各种工业设备连接,例如传感器、PLC、人机界面等。当工业设备之间需要进行通信时,它们将数据包发送到工业以太网交换机,交换机根据MAC地址识别数据包的目的地,将数据包转发到相应的端口。

工业以太网交换机在传输数据时,可以通过存储转发、直通转发、无碎片转发等多种技术来实现数据包的快速传输。在转发过程中,工业交换机采用了流控制、拥塞控制、错包重传等技术,确保数据传输的稳定和可靠。并且通过支持各种冗余技术和工业协议,提高了网络的可靠性、稳定性和兼容性,从而适应了各种工业现场的数据通信需求。

工业以太网交换机相对标准以太网交换机有何优势?

相对于标准以太网交换机,工业以太网交换机具有以下几个优势:

  1. 耐高低温能力强:工业交换机最基本的特点就是它的工业级特性,比如光路科技生产的工业以太网交换机皆采用宽温设计,可以在-40℃到75℃的温度范围内正常工作,再加上坚固的IP40防护设计,可以使它适应恶劣的工作环境。
  2. 抗干扰能力更强:工业现场环境通常存在强烈的电磁干扰,而工业级以太网交换机采用了抗干扰技术,能够有效地抵御这些干扰,从而保证了数据的可靠传输。
  3. 更高的可靠性和稳定性:工业以太网交换机采用了多种冗余技术,如环网冗余、链路冗余、设备冗余、电源冗余等,能够在网络故障或设备故障时,实现快速的自动切换,从而提高了网络的可靠性和稳定性。
  4. 支持更广泛的工业协议:工业以太网交换机不仅支持标准的以太网协议,还支持各种工业协议,如Modbus、PROFINET、EtherNet/IP等,能够满足工业现场的各种数据通信需求。
  5. 更高的安全性:工业以太网交换机采用了各种安全措施,如VLAN隔离、MAC地址过滤、IP地址过滤、数据加密等,能够有效地保护工业现场网络的安全,防止未授权的访问和数据泄漏。

总之,相对于标准以太网交换机,工业以太网交换机在智慧交通、工业自动化领域具有更高的可靠性、稳定性、安全性和兼容性,能够更好地满足工业现场的各种数据通信需求。

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为什么选择工业以太网交换机?
使用工业以太网交换机有哪些好处?
工业以太网相对标准以太网有什么区别?

工业以太网交换机的特点

高效性

工业以太网交换机支持全双工通信,能够同时进行发送和接收,数据传输速度快,能够满足工业应用中的高速数据传输需求。同时,它还支持802.1Q VLAN和802.1p QoS等技术,可以实现多种数据流的优先级设置,确保网络数据传输的效率。

可靠性

工业以太网交换机采用了多种技术,如冗余备份、流控制、数据帧过滤等,确保网络数据传输的可靠性和稳定性。在网络异常或设备故障时,它还可以通过RSTP、ERPS等协议,实现快速网络恢复和设备切换,保障工业控制系统的连续性和稳定性。

安全性

工业以太网交换机支持多种安全协议,如802.1x认证、VPN、IPSec等,可以防止非法用户和攻击者对网络进行攻击和入侵。同时,它还支持ACL访问控制列表、端口安全等技术,可以控制用户的访问权限,保证网络的安全性。

易用性

工业以太网交换机提供了友好的管理界面,可以通过Web界面、SNMP等方式进行管理和监控。同时,它还可以支持自动发现和自动配置,可以快速地将新设备接入网络,提高了网络的易用性和管理效率。

Fiberroad 工业以太网交换机的特点
工业以太网交换机的特点

工业以太网交换机的应用

工业以太网交换机广泛应用于工业控制、制造业、能源电力、智慧交通、智能煤矿等领域。它可以支持工业自动化系统中各种传感器、执行器、PLC等设备的数据通信,提高生产效率和质量。同时,它还可以支持实时视频监控、远程维护等应用,提高了系统的可靠性和安全性。在能源、轨道交通等领域,工业交换机还可以支持智能电网、智慧交通等应用,为城市和国家的可持续发展做出贡献。

智能制造

工业以太网交换机被广泛应用于制造业中的各种工业控制系统,如自动化生产线、机器人控制系统、数控机床控制系统等,能够提高制造过程的效率和精度。

轨道交通

工业以太网交换机可以应用于轨道交通、公路交通、智慧高速等各种交通运输系统中,例如火车信号系统、地铁控制系统、交通信号灯控制系统等,能够提高交通运输的安全性和可靠性。

能源电力

工业以太网交换机可以应用于各种能源电力系统中,例如智能电网里的发电厂控制系统、变电站控制系统、电网监控系统等,能够提高能源电力系统的可靠性和安全性。

智慧矿山

工业以太网交换机在智慧矿山、智能煤矿网络中起着关键作用,配合井下的本安型工业交换机,为煤矿安全监控系统、矿用广播通信系统、矿用人员定位系统及煤矿综合自动化系统等矿用系统提供了可靠的数据传输。

智慧矿山-智能煤矿解决方案
智慧矿山-智能煤矿

石油化工

工业以太网交换机可以应用于石油化工生产中的各种自动化控制系统,例如炼油厂控制系统、化工厂控制系统等,能够提高生产过程的效率和安全性。

智慧水务-环保水处理

工业以太网交换机可以应用于各种环保水处理系统中,例如水处理厂控制系统、污水处理厂控制系统等,能够提高水处理过程的效率和可靠性。

总之,工业交换机的应用将会越来越广泛。光路科技的研发团队已将时间敏感网络TSN技术加入到工业以太网交换机,随着超低延时的TSN交换机技术的不断成熟,低延时工业交换机将在全球范围内出现更多需求场景。

工业以太网交换机的未来发展趋势

随着工业自动化的不断发展和智能制造的推进,工业以太网交换机在未来的应用中将具有更多的发展机遇和挑战。其中,以下几个方面是工业以太网交换机未来发展的趋势。

网络虚拟化

随着工业自动化系统规模的不断扩大,网络虚拟化将成为未来的发展方向。工业以太网交换机将需要支持更多的虚拟网络,以提高网络资源的利用率和灵活性。

机器学习与人工智能

机器学习和人工智能将成为未来工业以太网交换机的重要技术。通过对网络数据的实时监测和分析,可以实现自动化的网络优化和故障诊断,提高系统的可靠性和稳定性。

安全性

工业以太网交换机的安全性将越来越重要。随着网络攻击和入侵的不断增多,工业以太网交换机需要支持更多的安全技术和协议,以确保网络的安全性和稳定性。

新兴技术的应用

随着新兴技术的不断涌现,如5G、物联网、边缘计算、区块链等技术,工业以太网交换机将需要支持更多的新兴技术的应用,以实现更高效、更安全、更智能的工业自动化系统。

综上所述,工业以太网交换机是工业自动化控制系统中的一种重要网络设备,具有高效性、可靠性、安全性和易用性等特点,广泛应用于智能制造、工业自动化、智能电网、智慧交通、智慧矿山等领域。随着工业自动化的不断发展和智能制造的推进,工业交换机在未来的应用中将具有更多的发展机遇和挑战。我们期待着工业以太网交换机在未来能够在网络虚拟化、机器学习与人工智能、安全性和新兴技术的应用等方面取得更多的进展和成果,为工业4.0时代的技术发展做出更大的贡献。

在工业4.0的大环境下,很多制造商开始利用工业物联网(IIoT)技术来优化生产和运营,从而部署了更高效的设备,同时也需要更快速的网络来保证机器人的高效工作。传统以太网协议已经很难支撑现有的新技术和新设备,这时则需要有一套兼容性高的技术能支持时钟同步及复杂的协议,以实现时间敏感数据的实时传输,这时就用到了TSN技术

光路科技推出TSN交换机

经过长期的研发和测试,光路科技为智能制造、智能电网、轨道交通及其它5G应用提供了时间敏感型数据传输解决方案,推出了TSN系列交换机,它们具有确定性时延以及多协议传输能力,这些TSN交换机的低延迟、低抖动、高可靠性能,保证了数据的确定性传输和网络复用性。

光路科技TSN交换机
Fiberroad TSN Switch

TSN交换机的主要特色

TSN的全称Time Sensitive Networking,即时间敏感网络,是IEEE定义的标准技术,位于OSI模型的第2层(数据链路层),用于扩展当前以太网网络的功能,可在标准以太网上实现确定性消息传递。TSN技术通过利用时间同步方法(IEEE 802.1AS)和分时方法(IEEE 802.1Qbv)来确保确定性通信。

相比传统以太网通信,TSN技术可以混合实时通信和非实时通信。TSN能够将确定性服务降到微秒级,降低整个通信网络复杂度,实现信息技术 (IT)与运营技术(OT)融合,其具有精准的时钟同步能力,确定性流量调度能力,以及智能开放的运维管理架构,可以同时保证多种业务流量的高质量传输,不但提高了性能,而且减少了成本。

下表是光路科技TSN交换机支持的IEEE802.1关键协议:

IEEE 802.1ASgeneralized Precision Time Protocol 通用精确时间协议。确保时钟同步,并达到微秒级甚至纳秒级的精度误差。
IEEE 802.1QbvEnhancements for Scheduled Traffic 增强预定流量,通常也被称为时间感知流量整形(TAS)。
IEEE 802.1QccSRC增强功能和性能改进
IEEE 802.1Qav队列及转发协议。时间敏感流的转发和排队增强(FQTSS)
IEEE 1588 (PTP V2)Precision Time Protocol 精确时间同步协议。
Fiberroad TSN Switch - IEEE802.1

TSN交换机将面向更多应用

新的工业控制需求,已经不允许在网络停止运行期间进行网络配置。光路科技的TSN交换机,通过IEEE 802.1Qcc 引入集中网络控制器(centr alized network configuration,CNC)和集中用户控制器(centralized user configuration,CUC)来实现网络的动态配置,可以在网络运行时灵活地配置新的设备和数据流,保证设备高效运行。

TSN技术已经在汽车网络开始应用,而在工业自动化、智能电网及诸多的5G NR网络还属于起步阶段。光路科技将根据各个行业实际应用场景进行研发,进行定制化解决方案研究,并推出面向不同行业领域的TSN交换机。

目前世界上超过 55% 的人口居住在城市(1980 年:39%)。在欧洲,这个数字甚至更高——欧洲大陆约 75% 的人口是城市居民。城市并不是唯一受欢迎的居住地。它们也是经济强国、物流中心、行政中心、创新驱动力、趋势的先驱和有吸引力的人才目的地。

市场报告显示 ,2020年欧洲智慧城市物联网市场价值325亿美元,预计到2027年将达到902亿美元,2020年复合年增长率为15.7%。预测期为2021年至2027年。

世界城市人口从 1950 年的 7.51 亿增加到 2018 年的 42 亿,据联合国估计,到 2050 年将达到 77 亿,占世界人口的 68%。智慧城市可以提供一种使用技术和数据管理人口变化的方法。许多最有前途的城市都在欧洲。当前世界十大“智慧城市”里面,欧洲占据了5席。

智慧城市-智能电网-智能交通

智慧城市与新技术

智慧城市是利用数字和电信技术提高传统网络和服务效率的地方,以造福居民和企业。欧盟计划2030实现100座气候中和智慧城市的全新目标,在城市中构建一个生态化、具有试错空间、并不断完善进化的应用创新“生活实验室”(living labs)。从欧洲智慧城市的以往实践来看,“生活实验室”在伦敦、瑞典、巴塞罗那等城市或国家皆以不同形式存在并发挥着各自的价值。

重大的技术、经济和环境变化引起了人们对智慧城市的兴趣增加,包括气候变化、冠状病毒 (COVID-19) 爆发、人口老龄化、城市人口增长以及公共财政压力。 在欧洲,欧洲智慧城市和社区创新伙伴关系 (EIP-SCC) 是欧盟委员会支持的一项倡议,它将城市、工业、小型企业 (SME)、银行和研究机构聚集在一起。它旨在通过更可持续的综合解决方案改善城市生活,并解决来自不同政策领域的城市特定挑战,如能源、智能交通平安城市以及信息通信技术。

智慧城市的典范:巴塞罗那

巴塞罗那通常被认为是世界上“最聪明”的城市之一,早在2010年就成为公认的智慧城市。在1990年经历了一段经济停滞和失业之后,巴塞罗那当局认识到需要转变城市经济,促进基于知识产业、现代城市旅游和全民优质基础设施的新经济。2015年,巴塞罗那进一步网络转型,开发5G网络和私有基础设施,比如5G无人驾驶公交车。目前巴塞罗那已经建造了3000多个城市机柜来容纳关键的技术基础设施,拥有一个难得的机会来推进数字化转型,以更智能的技术构建未来。

法国的无线技术、智能电网、智能交通

智慧城市应对日益增长的城市化和气候变化带来的挑战。 它通过强调数字化转型带来的措施和实践,为可持续城市带来了一个新的维度,这要归功于通过无线技术和云传输数据的连接对象和工具的智能网络。智慧城市为整体城市发展带来全新视角。它们由一个围绕多个轴心的框架组成——电信服务、能源管理、智能移动,以及智能家居等基础设施。

由于智慧城市如此依赖无线技术和云计算,因此获得高质量、超快速的连接和电信服务对于顺利运行至关重要。因此,在法国城市实施5G是这些项目的里程碑之一。尽管遭到谴责,但5G现已在法国成为现实,第一个网络于 2020 年 11 月启用。马赛是该国拥有最多 5G 天线的法国城市,其数量几乎是巴黎和蒙彼利埃的两倍。至于移动运营商,Orange 是该领域的领导者,已在法国安装了 367 根 5G 天线。

能源管理是智慧城市面临的主要挑战,无论是管理废物、监测空气质量还是二氧化碳排放。智能电表、燃气表和水表可以让消费者根据实际消费情况降低成本,并适应他们的需求。智能电网的安装是法国实施最多的项目之一。 这些电网是一个网络,可以通过消费者和供应商之间的通信实现更好的电力分配。实时管理电流以限制损失。

智能交通处于不同行业的十字路口:交通运输、能源、环境和数字化。此外,它还扩展到交通管理或道路安全等外围部门。这种复杂性是这个问题带来的挑战的核心,它围绕服务和基础设施展开。 智能汽车是这项新技术带来的困境的一个完美例子,因为许多用户质疑这些新型车辆的安全性。 但是,这些汽车旨在协助驾驶、在发生危险或事故风险时管理控制以及停车。 在法国,智能汽车的车队正在迅速增长,在法国街头也越来越受欢迎。

查看光路科技整理的完整报告:2022年欧洲智慧城市

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