2022-09-19-中国移动-5G确定性工业生产网白皮书_49页_5mb

中国移动 5G确定性工业生产网白皮书总结

核心内容

本白皮书由中国移动发布，聚焦于5G技术在工业生产中的深度应用，提出了“5G确定性工业生产网”的概念与体系架构，旨在通过技术融合、产品演进与生态繁荣，推动5G与工业互联网的深度融合，实现工业生产的数字化、网络化和智能化转型。

主要观点

• 5G+工业互联网的重要性：5G作为新一代通信技术，具备大带宽、低时延、广覆盖等特性，为工业互联网提供了重要支撑，是实现工业生产自动化、智能化的关键。
• 三大挑战：5G融入工业生产需解决组网融通、确定性通信能力、算网一体化等三大类22项关键技术问题。
• 三大核心理念：跨域融合、确定可靠、算网一体，是5G确定性工业生产网建设的基础。
• 三阶段演进路径：5G确定性工业生产网的演进分为辅助生产、融入生产、改变生产三个阶段，分别对应不同的技术成熟度与应用深度。
• 联合生态建设：中国移动希望联合OT、IT、CT等产业链各方，共同推动5G与工业生产融合，提升网络确定性服务能力，实现技术融合、产品演进、生态繁荣。

关键信息

5G融入生产的挑战

1. 组网融通挑战：

   • 多样化工业协议兼容适配（如EtherNet/IP、ModbusTCP、PROFINET等）。
   • 多模态接入制式融合（如WiFi、UWB、ZigBee等）。
   • 多层级工业生产环网简化。
   • 挑战示例：闭环控制、滑环控制。

2. 确定性通信能力挑战：

   • 时延抖动确定性。
   • 数据通信可靠性。
   • 异构融合安全性。
   • 挑战示例：滑环控制对高精度时间同步与确定性时延的需求。

3. 算网一体化挑战：

   • 工业控制算网整合统一。
   • 基于5G实现工业应用的实时性调度。
   • 挑战示例：虚拟化PLC对算力与网络的统一调度需求。

5G确定性工业生产网体系架构

5G确定性工业生产网由四层架构组成：

• 设备接入层：实现工业设备与5G网络的便捷接入。
• 融合组网层：实现5G与工业网络的互联互通与兼容并存。
• 确定性服务层：提供时延、时间同步、可靠性和安全性等确定性服务。
• 工业算力层：提供统一的算网基础设施，支持实时算力构建与工业应用的集中部署。

5G确定性工业生产网关键技术

• 组网融合技术：

  • OT域组网融合（工业协议适配、多层级环网简化）。
  • IT+OT一网融合（业务隔离、分组通信、存量网络融合）。

• 性能保障技术：

  • 确定性时延保障（叠加式、嵌入式、内生式）。
  • 高精度时间同步（多制式、多方向、能力开放）。
  • 确定性可靠保障（设备级、系统级、业务级）。
  • 确定性安全保障（设备、网络、数据、控制、应用）。

• 算网一体服务技术：

  • 实时算力构建（虚拟化PLC、实时操作系统）。
  • 算网一体化方案（5G工业UPF、5G边缘计算平台）。

5G确定性工业生产网演进步骤

1. 阶段一：辅助生产

   • 技术能力：网络切片、QoS增强、边缘计算等。
   • 应用场景：数据采集、AGV控制、高清安防等。
   • 商用成果：已实现部分场景的商用。

2. 阶段二：融入生产

   • 技术能力：工业协议适配、高精度时间同步、双发选收等。
   • 应用场景：运动控制、DTU配电自动化、智能仓储物流等。
   • 技术路线：两条并行演进路线（传统工业协议承载、TSN融合）。
   • 商用成果：部分场景已实现商用验证。

3. 阶段三：改变生产

   • 技术能力：虚拟化PLC、算网一体化、实时算力调度等。
   • 应用场景：全连接工厂、柔性产线等。
   • 商用展望：推动边缘算力基座增强、5G工业UPF与工业交换机能力融合等。

5G确定性工业生产网探索与实践

• 运动控制：实现高精度时间同步、低时延、低抖动的确定性通信，支持CIP/CIP Motion协议。
• DTU配电自动化：实现高精度授时、确定性时延、高可靠性通信，支持IEEE802.1AS和IEEE1588v2协议。
• 智能仓储物流：支持设备即插即用、免隧道通信、简化组网。
• 全连接工厂：实现工业协议适配、分组通信、简化网络配置。
• 基于虚拟化PLC的柔性产线：支持PLC集中部署、统一算网基座、灵活配置。

演进路径与展望

中国移动提出“以用促研、以终为始、由点及面”的发展策略，推动5G与工业互联网的深度融合。未来需推动：

• 5G工业终端支持多协议适配与时间同步。
• 5G网络支持更多时间同步协议与业务并发能力。
• 工业UPF与边缘计算平台能力融合，实现算网一体化。
• 推动OT、IT、CT产业链协同，加快技术成熟与产品演进。

联合编制单位与参考文献

• 联合编制单位包括紫光展锐、Quectel、东信北邮、航天新通、中微营业、Dotouch触点互动、焊台科技等。
• 参考文献包括国家相关政策、工业互联网体系架构、5G应用相关标准等。