中国移动 5GDNA China Mobile “定性网络 中国移动 5G确定性工业生产网白皮书 5GDNA CAICT CMR! RRorwalior MLECURISH Midea Clouo 中国信通院 美云智数 业HUAWEI ZTE中兴 ERICSSON H3C inspur浪潮 Qualcowm MEDIATEK MOXA Ospirent" 凸紫光晨锐 QUECTEL D东信北邮 航天新通 水中微善业 Lpotouch IKD爱柯迪 E煌台科技 前言 工业是立国之本，强国之基。近年来，我国高度重视“5G+工业 互联网”的融合发展，国家相关部委相继出台《“5G+工业互联网”512 工程推进方案》《“十四五”信息通信行业发展规划》等一系列政策和 规划,奠定了“5G+工业互联网”的发展基调。5G具备大带宽、低时延 广覆盖等特性，能够冲破传统有线和无线技术的栓楷，助力和加速行 业客户数字化、网络化、智能化融合升级，更为制造、电力、钢铁等 工业企业的转型发展注入了新动能、带来了新机遇。“5G+工业互联网” 已成为新一轮科技革命和产业变革的中坚力量。 自前，“5G+工业互联网”正持续走深向实，从5G辅助生产向5G 融入生产快速迈进。中国移动围绕5G融入工业生产的愿景，编制了本 白皮书，首先对5G融入工业生产的挑战进行分析，提出了以“跨域融 系架构，并梳理形成三大类22项关键技术；其次，结合端到端产业的 成熟情况，规划明确了面向目标架构的演进步骤和技术实施路径；最后， 展示了当前中国移动联合产业合作伙伴在5G融入工业生产环节探索和 实践的初步成果。 依托本白皮书，中国移动希望联合OT、IT、CT的各方合作伙伴共 同推动5G网络确定性服务能力提升，“以用促研、以终为始、由点及面” 打通5G与工业生产网络的融合桥梁，助力5G和工业生产“技术融合、 产品演进、生态繁荣”的愿景早日达成。 01 5G+工业互联网概述 01 II 02 5G融入工业生产的挑战 04 2.15G融入生产的组网融通挑战 05 2.1.1多样化工业协议兼容适配 05 2.1.2多模态接入制式融合 05 2.1.3多层级工业生产环网简化 05 2.1.4挑战示例：闭环控制 05 Contents 2.2生产控制对5G确定性能力的挑战 06 2.2.1 时延抖动确定性 06 2.2.2数据通信可靠性 06 2.2.3异构融合安全性 06 2.2.4挑战示例：滑环控制 06 2.3工业控制算力的算网一体化挑战 08 2.3.1工业控制算网整合统 08 2.3.2基于5G实现实时性调度 08 03 5G确定性工业生产网的体系架构 09 3.15G嵌入工业生产环节的主要模式 10 3.25G确定性工业生产网的网络架构 11 3.35G确定性工业生产网的技术体系 12 04 5G确定性工业生产网关键技术 13 4.15G确定性工业生产网的组网融合技术 14 4.1.1OT域组网融合 14 4.1.2IT+OT—网融合 15 4.25G确定性工业生产网的性能保障技术 18 4.2.1确定性时延保障 18 4.2.2高精度时间同步 20 4.2.3确定性可靠保障 21 4.2.4确定性安全保障 23 4.35G确定性工业生产网的算网一体服务技术 24 4.3.1实时算力构建技术 24 4.3.2算网一体化方案 25 05 5G确定性工业生产网的演进步骤 27 5.1阶段一：辅助生产 29 5.2阶段二：融入生产 29 5.3阶段三：改变生产 30 06 5G确定性工业生产网探索与实践 31 6.1运动控制 32 6.1.1应用场景与需求 32 6.1.2方案架构及应用效果 32 6.2DTU配电自动化 33 6.2.1应用场景与需求 33 6.2.2方案架构及应用效果 34 6.3智能仓储物流 35 6.3.1应用场景与需求 35 6.3.2方案架构及应用效果 36 6.4全连接工厂 36 6.4.1应用场景与需求 36 6.4.2方案架构及应用效果 37 6.5基于虚拟化PLC的柔性产线 38 6.5.1应用场景与需求 38 6.5.2方案架构及应用效果 38 07 5G确定性工业生产网展望 39 缩略语列表 41 联合编制单位 43 参考文献 44 5G+工业 01 互联网概述 工业互联网是重塑工业生产制造和服务体系、实现产业数字化转型升级的重要基础设施。5G作 为通信服务的重要能力，是工业互联网的重要载体之一，为工业的高效发展注入了新的动能。 2015年，国务院印发《中国制造2025》，指出需要加强工业互联网基础设施建设规划与布局， 建设低时延、高可靠、广覆盖的工业互联网。2017年，《国务院关于深化“互联网+先进制造业” 发展工业互联网的指导意见》正式印发，成为我国工业互联网的纲领性文件。随着2019年5G商用牌 照的正式发放，工信部、发改委等部门及各地方政府也陆续出台《“5G+工业互联网”512工程推进 方案》、《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》、《5G应用“扬帆”行动计划（2021- 2023年）》等政策规划，引导并助推5G、工业互联网等新型基础设施的快速建设，进而驱动经济社 会数字化转型的高速、高质发展。[1 () 高可靠 低时延 公有云/私有云/数据服务 产业层 5G 大带宽 工厂外网 国家骨干网络 企业1 企业2 企业3 普通互联网连接 高质量专线连接 智能工业产品 软件定义资源预留 网络切片 高可靠 出口网络设备 企业层 (g) 全覆盖 CAX PLM ERP SCM 网络控制器 私有云/数据服务器 5G 大带宽 园区网络设备 SDN网络设备 (g) 企业与园区网络 MES 云边协同设施 敏捷网络管理 无线网络覆盖 确定性网络设备 确定性网络设备 H厂 边缘层 高可靠 () 内网 高安全 SCADA/DCS 网络控制器 TSN交换机 工业以太交换机 RTU 高融合 边缘网关 生产控制网络 PLC/CNC 工业总线模块 设备层 边缘设备接入 工业以太网 TS蜂漫网络无线奥络 工业数据采集 模块 控制信息传输 智能机器 专用设备 成套设备 仪器仪表 图1工业互联网网络实施框架 为落实国家关于“5G+工业互联网”的相关规划，标准组织和产业上下游企业积极响应号召， 互互 特设任务组”，旨在推动工业互联网标准体系的构建，2016年由工业、信息通信业、互联网等领域 百余家单位共同发起成立工业互联网产业联盟AII，旨在推动产学研用协同发展。工业互联网产业联 5G确定性工业生产网白皮书 盟发布了《工业互联网体系架构（版本2.0）》，提出了包含5G的工业互联网网络实施框架，明晰了 “5G+工业互联网”的“鸟瞰图”，定义了产业层、企业层、边缘层、设备层四层架构，明确工业 互联网核心功能在制造系统各层级的功能分布、系统设计与部署方式[}，为“5G+工业互联网”的发 展给予方向性指引。当前，5G已经在工业互联网网络实施框架的产业层、企业层、边缘层得到了初 步应用，截至2022年一季度，全国“5G+工业互联网”的在建项目总数达到了2400[3]个。“5G+工 业互联网”已成为助推工业向数字化、网络化、智能化转型升级的重要力量[4]。 ““互 产也对5G提出进一步的要求，期望5G能够深入到工业互联网网络实施框架的设备层，助力工业互联 网实现三个方面的演进发展：首先，实现设备层的5G化连接，提供端到端便捷无线接入，简化生产 网络的布线与组网，助力柔性生产的实施；其次，提供更高的确定性、可靠性、安全性能力，实现 生产过程的5G化，进而满足产业层、企业层、边缘层、设备层的5G一网直达，助力5G对人、机、 料、法、环全流程的服务；第三，提供更便捷的算网融合服务，从单点生产到多域融合，支持工业 软件的部署并实现算力和网络的集中控制，助力工业控制的数字化和智能化服务。 5G确定性工业生产网白皮书 3 00000 02 5G融入工业 生产的挑战