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(中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)河北有限公司秦皇島分公司，河北 秦皇島066000)

5G 的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和發(fā)展目標(biāo)，分為2B 和2C 兩個(gè)部分，其中2C 業(yè)務(wù)針對(duì)大眾消費(fèi)者客戶群，2B 業(yè)務(wù)針對(duì)行業(yè)客戶群。2B 業(yè)務(wù)中，5G 技術(shù)將應(yīng)用內(nèi)于行業(yè)、工廠、企業(yè)、園區(qū)等的內(nèi)網(wǎng)生產(chǎn)環(huán)境，其中最嚴(yán)苛的應(yīng)用是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。

1 5G 網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)融合性

5G 未來(lái)新業(yè)務(wù)及關(guān)鍵能力指標(biāo)：一張網(wǎng)絡(luò)支持所有業(yè)務(wù)。5G 技術(shù)按照部署業(yè)務(wù)，分為三大特征：eMBB 增強(qiáng)型移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，主要承載大帶寬業(yè)務(wù)，適用業(yè)務(wù)：視頻回傳，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)VR/AR，云化辦公，邊緣計(jì)算部署等。uRLLC 超低時(shí)延高可靠通信，主要承載實(shí)時(shí)性要求強(qiáng)的及時(shí)性業(yè)務(wù)，和工業(yè)生產(chǎn)要求的TSN 網(wǎng)絡(luò)在R.16 標(biāo)準(zhǔn)上產(chǎn)生結(jié)合，適用業(yè)務(wù)：工業(yè)自動(dòng)化，IoT 關(guān)鍵應(yīng)用等。mMTC 海量連接物聯(lián)網(wǎng)，主要承載各類傳感器，如城市系統(tǒng)，家居系統(tǒng)，工業(yè)生產(chǎn)中的各類設(shè)備和系統(tǒng)等（圖1）。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能要求

“ 工 業(yè) 互 聯(lián) 網(wǎng)”（Industrial Internet）屬于泛互聯(lián)網(wǎng)的目錄分類，廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，把人、數(shù)據(jù)和機(jī)器連接起來(lái)。它是全球工業(yè)系統(tǒng)與高級(jí)計(jì)算、分析、傳感技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)的高度融合。工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用決定了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的高可靠性、高保障性；而基于柔性制造和智能化生產(chǎn)的需求，也要求工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)逐步向無(wú)線化方向發(fā)展（表1）。

生產(chǎn)型網(wǎng)絡(luò)對(duì)“確定性時(shí)延”提出強(qiáng)制性要求，其標(biāo)準(zhǔn)為TSN 網(wǎng)絡(luò)（Timing Synchronization Network）。TSN 并非是全新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，它是由一組IEEE 802.1 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成的以太數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)，旨在提供確定性服務(wù)，確保有限延遲、低報(bào)文延時(shí)變化（抖動(dòng)）、低丟包率的報(bào)文傳輸。TSN 核心技術(shù)包括時(shí)間同步、調(diào)度通信和系統(tǒng)配置，因此TSN 網(wǎng)絡(luò)成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的必選項(xiàng)。3GPP R16 在5G 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中明確了對(duì)TSN 的支持，R16 RAN1 部分95%已經(jīng)在2020 年1 月份凍結(jié)，預(yù)計(jì)整體將在2020年Q2 凍結(jié)。WiFi 對(duì)TSN 的支持，演進(jìn)協(xié)議正在規(guī)劃中，預(yù)計(jì)也將在2022 年能夠全面支持。

圖1 5G 關(guān)鍵指標(biāo)和支持業(yè)務(wù)類型

表1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)類型和關(guān)鍵指標(biāo)要求

5G 和WiFi 的底層協(xié)議設(shè)計(jì)上存在差異，WiFi 由一系列802.11 協(xié)議構(gòu)成，其設(shè)計(jì)共同點(diǎn)是基于CSMA/CD 的鏈路偵聽(tīng)模式，多用戶終端的連續(xù)多個(gè)ACK 包文造成鏈路沖突，導(dǎo)致時(shí)延不確定性。5G 系統(tǒng)基于3GPP 蜂窩網(wǎng)設(shè)計(jì)，其方式為鏈路調(diào)度分配模式。

2018 年底，工信部發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及推廣指南》〔2018〕301 號(hào)，目標(biāo)中指出到2020 年，形成相對(duì)完善的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)頂層設(shè)計(jì)，初步建成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系，打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)體系。5G 作為工廠外網(wǎng)及內(nèi)網(wǎng)重要組成部分，將在標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)桿網(wǎng)絡(luò)、公共服務(wù)平臺(tái)、測(cè)試床等方面獲得國(guó)家項(xiàng)目及政策支撐。2019 年8 月，工業(yè)和信息化部在上海召開(kāi)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”全國(guó)現(xiàn)場(chǎng)工作會(huì)議，會(huì)議首次提出落實(shí)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”512 工程，加強(qiáng)試點(diǎn)示范、應(yīng)用普及、培育解決方案供應(yīng)商，加快“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在全國(guó)推廣普及。

3 5G 企業(yè)專網(wǎng)

在3GPP 規(guī)范中，定義了5G 企業(yè)專網(wǎng)的概念和實(shí)現(xiàn)步驟，標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種模式的5G 專網(wǎng)：獨(dú)立部署模式和集成部署模式。獨(dú)立部署模式，指企業(yè)內(nèi)基站和企業(yè)核心網(wǎng)獨(dú)立部署一套，和運(yùn)營(yíng)商大網(wǎng)完全隔離，只使用運(yùn)營(yíng)商分配的頻段（依據(jù)各國(guó)政府規(guī)定）；集成部署模式指企業(yè)內(nèi)基站和運(yùn)營(yíng)商大網(wǎng)共用，企業(yè)核心網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)獨(dú)立部署。5G 專網(wǎng)可以同時(shí)承載企業(yè)、行業(yè)和許多其他垂直行業(yè)對(duì)覆蓋范圍、性能、安全性和可靠性有很高的要求的場(chǎng)景，以支持寬帶通信和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，給企業(yè)園區(qū)部署的5G 專網(wǎng)系統(tǒng)，能夠確保企業(yè)數(shù)據(jù)私密性和生產(chǎn)安全性。

企業(yè)專網(wǎng)解決方案使來(lái)自各行各業(yè)的企業(yè)能夠?qū)⒎涓C移動(dòng)技術(shù)用于企業(yè)園區(qū)、公用事業(yè)、公共交通、公共安全、重大事件等中的關(guān)鍵任務(wù)通信和物聯(lián)網(wǎng)連接的基礎(chǔ)。不同的企業(yè)和行業(yè)對(duì)專用網(wǎng)絡(luò)解決方案有不同的部署需求。專用網(wǎng)絡(luò)解決方案支持不同的部署模式，從完全部署在企業(yè)場(chǎng)所的專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)到托管在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中的專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的某些功能都可以支持（圖2）。

4 5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的新型智慧化架構(gòu)

5G 專網(wǎng)為電信級(jí)加密無(wú)線網(wǎng)，安全級(jí)別高，確保了數(shù)據(jù)的私密性，確保網(wǎng)絡(luò)可管可控，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不出本地局域網(wǎng)（數(shù)據(jù)不出廠），5G 網(wǎng)絡(luò)資源可針對(duì)特定用戶進(jìn)行邏輯及物理隔離，可以從基站到核心網(wǎng)應(yīng)用全部只服務(wù)于一個(gè)用戶（工廠獨(dú)享基站及核心網(wǎng)），同時(shí)向用戶開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理能力（工廠對(duì)5G 私網(wǎng)可管可控），保證確定的低時(shí)延，確保嚴(yán)苛的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。

4.1 一張網(wǎng)絡(luò)解決行業(yè)問(wèn)題

5G 專網(wǎng)形態(tài)的工廠內(nèi)網(wǎng)，本質(zhì)是一張無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

基站統(tǒng)一：場(chǎng)內(nèi)所有5G 私網(wǎng)基站（包括室內(nèi)小基站、室外宏站，數(shù)量可達(dá)上千上萬(wàn)個(gè)）都由一個(gè)5G 私網(wǎng)核心服務(wù)器管理調(diào)控；

卡號(hào)/用戶統(tǒng)一：所有接入5G 網(wǎng)絡(luò)的終端卡、用戶也由此5G 私網(wǎng)核心服務(wù)服務(wù)器網(wǎng)統(tǒng)一管理；

終端接入統(tǒng)一：5G 信號(hào)在工廠內(nèi)如空氣一樣，無(wú)分別的覆蓋，終端無(wú)需考慮接入信道，而自動(dòng)接入到這一張網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)。

4.2 一個(gè)大腦解決行業(yè)管理

由于所有數(shù)據(jù)都匯聚到一個(gè)5G 專網(wǎng)核心服務(wù)器，核心服務(wù)器上部署有邊緣云（下文稱“5G 邊緣云”），邊緣云上可部署各種智能化生產(chǎn)制造相關(guān)應(yīng)用。由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍在整個(gè)工廠，因此5G 邊緣云屬于廠級(jí)邊緣云，相當(dāng)于一個(gè)工廠一個(gè)大腦，實(shí)現(xiàn)所有智能化應(yīng)用運(yùn)算處理集中化。

4.3 極簡(jiǎn)終端降低應(yīng)用成本

由于云到終端帶寬夠大、時(shí)延夠低、安全穩(wěn)定性夠高，原來(lái)集成在終端上的模塊（如GPU、CPU、AI 算法、調(diào)度控制等模塊），甚至整個(gè)硬件服務(wù)器（如PLC 工控機(jī)等），可軟件化并部署在云端，從而極簡(jiǎn)化終端。大量終端部署場(chǎng)景下，云化部署方式能夠很大程度上降低應(yīng)用成本。

4.4 提升AI 應(yīng)用能力

AI 是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能化重要要素，其需要基于海量數(shù)據(jù)訓(xùn)練算法，數(shù)據(jù)量越大越全，算法準(zhǔn)確度越高。因此，網(wǎng)絡(luò)傳輸能力直接影響到AI 效果。5G 能夠?qū)崿F(xiàn)從終端直接無(wú)障礙回傳原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行AI 算法訓(xùn)練，提升AI 能力。

圖2 基于5G 的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云管端智能化系統(tǒng)架構(gòu)

5 結(jié)論

目前，美國(guó)、歐盟、日本等世界發(fā)達(dá)國(guó)家都在加快推動(dòng)5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展。2020 年3 月，中央會(huì)議提出要加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度，以5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)為代表的新基建成為我國(guó)的戰(zhàn)略發(fā)展方向。5G 和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展和結(jié)合優(yōu)勢(shì)，將帶來(lái)行業(yè)深度變革，引領(lǐng)數(shù)字化新趨勢(shì)。