【中兴】2023_5G工业现场网白皮书_60页_13mb

5G 工业现场网白皮书总结

核心内容

本白皮书聚焦于5G技术在工业生产现场的深度融合与应用，旨在通过算网融合、内生确定性网络和一站式服务，推动制造业向数字化、网络化和智能化转型。白皮书分析了多个行业场景下的生产需求，提出了5G现场网的部署模式与关键技术，以满足工业控制、数据采集、远程控制、视频回传等业务对网络性能的高要求。

主要观点

1. 5G与工业互联网融合
   5G技术与工业互联网的融合，是推动新型工业化的重要支撑，有助于提升生产效率、降低成本和增强安全性。

2. 生产域的多样化需求
   不同行业在生产域中的需求各异，包括物流、3C制造、汽车制造、装备制造、钢铁、煤矿、露天矿、港口、化工等，均对网络具备确定性、可靠性、安全性和业务支撑能力提出了高要求。

3. 5G现场网的部署模式
   5G现场网有四种主要部署模式：独立部署、预集成模式、园区网与现场网协同部署、园区网与现场网合一部署，每种模式适用于不同的行业场景和网络需求。

4. 关键技术支撑
   5G现场网的关键技术包括网络、算力、业务支撑和企业自服务，这些技术共同构成了5G在工业现场的支撑体系。

5. 算力服务化与云边协同
   算力服务化架构和云边协同技术是5G现场网的重要组成部分，有助于实现业务的灵活部署与高效处理。

关键信息

2.1 行业场景需求

• 物流-自动分拣
  5G专网可替代传统有线和WLAN，保障分拣小车的低时延和大带宽需求，实现分拣效率提升和成本降低。

• 3C制造-柔性生产
  需要5G网络支持无线化、云化、确定性时延和高带宽，以实现自动化产线和多设备协同作业。

• 汽车制造-柔性工岛生产
  需要5G网络支持AGV和PLC的高可靠、低时延连接，同时满足网络快速部署和自运维需求。

• 装备制造-产线服务
  需要5G网络支持数据本地闭环处理和云网业一体化，实现产线的全生命周期服务和智能优化。

• 钢铁-无人行车
  需要5G网络提供高可靠性、大带宽和视频监控能力，以支持无人行车的远程控制和安全运行。

• 煤矿-综采面
  需要5G网络实现数据闭环、业务连续性、网络可靠性和无线化部署，以保障煤矿作业安全和效率。

• 露天矿-无人矿卡
  需要5G网络支持大带宽、低时延和移动性保障，以实现无人矿卡的智能调度和远程控制。

• 港口-龙门吊
  需要5G网络提供视频回传带宽、低时延控制、多业务并发和移动性保障，以支持龙门吊的远程控制和自动化作业。

• 化工-装置区
  需要5G网络支持防爆、防腐蚀、大带宽、高可靠性、安全隔离和业务闭环，以保障化工生产的安全与效率。

2.2 生产现场专网对5G能力要求

• 高业务确定性：支持低时延、高带宽和业务可靠性的保障。
• 高网络鲁棒性：保障网络可用性、业务连续性和链路倒换能力。
• 现场总线连接兼容性：支持工业协议，实现5G网络与现场设备的互联互通。
• 算力及平台组件支持：提供云化PLC、视频优化、融合定位、前置机数采、AGV调度台等能力。
• 安全隔离保障：实现ToB/ToC网络隔离，保障生产数据不泄露。
• 自助监测与运维：支持企业自服务，实现业务监控、运维自动化和网络资源优化。
• 与工业互联网平台协同：实现现场网与企业平台的互联互通和数据融合。

3.1 5G现场网

5G现场网是基于5G技术构建的工业网络，与5G园区网不同，它更贴近生产现场，实现端到端的网络和算力融合，满足生产域的多样化业务需求。

3.2 5G现场网部署模式

1. 独立部署模式

   • 适用于生产域集中、业务需求明确的场景。
   • 支持多种算力载体，如工业网关、算力基站、MEC边缘云等。
   • 通过精准网络规划和自服务运维，实现灵活部署和高效管理。

2. 预集成模式

   • 由行业集成商将5G专网设备预集成到产线系统中，实现一站式交付。
   • 支持云网业一体化，提升生产流程的协同效率和数据利用率。

3. 园区网与现场网协同部署模式

   • 适用于跨车间或跨产线协同作业的场景。
   • 支持多级网络备份、数据分流锚点和双链路保障，提升网络可靠性。

4. 园区网与现场网合一部署模式

   • 适用于室外作业区域，如港口、露天矿等。
   • 支持公专网隔离、多频协同和移动性保障，提升网络覆盖和业务连续性。

4.1 网络关键技术

• 现场网络互联：支持5G LAN、隧道技术（如VxLAN、L2TP），实现不同业务场景的互联互通。
• 网络可靠性：通过多级备份（如双BBU、双UPF、双链路）保障业务连续性和网络稳定性。
• 功能安全保障：支持IEC61784-3标准，确保安全控制与生产控制的协同，保障系统安全。
• ToB/ToC网络隔离：通过DNN/切片、RFSP等技术，实现不同用户访问不同网络，保障生产数据安全。

4.2 算力关键技术

• 现场网算力载体：包括工业网关（端侧）、算力基站/算网一体机（边侧）、MEC边缘云（云侧）。
• 算力服务化架构：如中兴数字星云，支持业务拉通、数据融通、应用集成和低代码开发，实现灵活部署和高效协同。

4.3 业务支撑能力

• 云化PLC：将PLC控制上移到算力节点，实现远程控制和集中管理。
• 视频优化：支持大带宽视频回传，提升监控质量和传输效率。
• 融合定位平台：支持AGV、机器人等设备的精准定位和调度。
• 前置机数采：实现设备数据的本地采集和处理，提升数据实时性和安全性。
• 云化AGV调度台：实现AGV的远程调度和协同作业，提升物流效率。

4.4 企业自服务

• 免规划、免调测、免运维：支持快速部署、自动配置和自运维，降低企业运维门槛。
• 灵活调整与业务能力编排：支持业务的快速上线、调整和管理，提升网络灵活性和业务响应速度。

总结

5G现场网是工业数字化转型的关键基础设施，其部署和应用需结合行业特性，采用不同的部署模式和关键技术，以满足生产现场对网络性能、算力需求和业务支撑的高要求。通过算网融合、内生确定性网络和一站式服务，5G现场网能够有效提升工业生产效率、安全性和智能化水平，助力企业实现全面数字化转型。