5G 确定性网络 + 工业互联网融合白皮书2020 年 11 月 工业互联网的发展是多领域创新成果的集中体现，其中通信技术的创新是重要组成部分。5G确定性网络是未来通信网络体系架构中支撑业务确定性可控需求的重要元素，5G标准的演进也充分考虑了工业相关的多个场景对差异性服务保障、确定性带宽和时延的需求。本白皮书首次从工业的七大场景对确定性网络的要求出发，探索工业互联网和5G深度融合的前景，并结合多个业界领先实践案例，对业界具有一定的启发性。当前，5G、工业互联网已成为我国新基建战略的重点，希望以本白皮书的发布为起点，更多企业广泛参与5G确定性网络+工业互联网应用的落地，共促产业生态繁荣。——刘韵洁 中国工程院院士紫金山实验室主任智能制造是制造强国战略之主攻方向，随着企业数字化转型及智能制造的推进，无线通信的需求场景会越来越多，5G确定性网络正是满足未来无线通信需求的核心技术。我们看到，5G确定性网络在制造业中的应用，无论是IT和OT的融合、技术标准的成熟，还是相关商业模式的发展，都需要较长时间的探索和产业生态各方持续不断的努力。5G确定性网络产业联盟工业互联网小组及业界伙伴单位，在统一业界共识、推动技术成熟、树立5G确定性网络的工业行业标杆等方面做出了积极努力，在探索道路上迈出了坚实的一步。此白皮书通过理论与实践的有机结合，是业界首份在5G 确定性网络+工业互联网这一具体领域的成果，对5G应用在更多机构和企业场景（尤其是在制造业）的研究及落地具有重要指导和借鉴作用。——李培根 中国工程院院士 中国机械工程学会理事长 本白皮书主要参编人员：黄蔚蓝、赵小飞、郑钟伟、黄云皓、邢懿元、戴继盛、吕明、阮韬、王常玲、赵元、孙明、黄玉宝、赵才军、原轶、董明楷、陈凯、胡晶晶、李绍斌、柯栋、李斌、谢义东、李胜军、薛军、高云英、陆兆刚、艾新荇、饶子仁、刘汤词、公丕操、赵波、王超华、左全、黄韬、陈平平、汪硕、黄玉栋、石林、吴艳华、彭昭 前言参编人员 4.2.3 阶段三：自发性创新驱动阶段 4.3 5G确定性网络与工业互联网融合的发展建议 4.3.1 发挥产业联盟在生态促进中的作用 4.3.2 加快形成公网专用的先发优势 4.3.3 选择合适的发展路径 4.3.4 加大资金支持应用创新和落地 10 5G确定性网络与工业互联网融合概述前言1.1 5G确定性网络概述 1.1.1 5G确定性网络具备的4大要素 1.1.2 5G确定性网络服务的3大维度 1.2 5G确定性网络与工业互联网融合的主要推动力 1.2.1 需求方：工业转型升级的自发性驱动 1.2.2 供给方：扩大服务范畴和提升服务价值的驱动 1.3 5G确定性网络在工业领域的市场空间及节奏05 5G确定性网络工业领域的分类研究0101010202030305050506071112131415070808091016171820212.1 5G确定性网络+工业互联网分类概述 2.2 5G确定性网络+工业互联网各类别及需求解读 2.2.1 5G确定性网络+实时监控 2.2.2 5G确定性网络+机器视觉 2.2.3 5G确定性网络+远程控制 3.1 5G确定性网络在离散制造行业的应用案例分析 3.1.1 海尔5G工业园区案例 3.1.2 TCL 5G彩电制造协作示范产业园案例 3.1.3 三一重工5G智慧园区案例 3.1.4 格力5G智能制造行业专网应用案例 2.2.4 5G确定性网络+物资管理 2.2.5 5G确定性网络+辅助作业 2.2.6 5G确定性网络+海量连接 2.2.7 5G确定性网络+产品生命周期管理 2.3 工业互联网场景与5G确定性网络能力相关度3.2 5G确定性网络在流程制造行业的应用案例分析 3.2.1 华阳新材料集团5G煤矿井下专网案例 3.2.2 柳钢集团5G+智慧钢铁案例 3.2.3 南南铝加工5G+智慧工厂案例 3.2.4 海螺水泥5G+工业互联网基地11 5G确定性网络+工业互联网应用案例解析232323232424242525252525254.1 5G确定性网络与工业互联网融合的挑战4.1.1 工业企业数字化水平的制约 4.1.2 5G确定性网络与工业互联网跨界融合的壁垒 4.1.3 5G确定性网络各方面技术成熟度还需进一步提高 4.2 5G确定性网络与工业互联网融合的阶段 4.2.1 阶段一：试点示范阶段 4.2.2 阶段二：规模化复制探索阶段 23 挑战和展望目录 1.1 5G确定性网络概述5G确定性网络（5GDN: 5G Deterministic Networking）是指利用5G网络资源打造可预期、可规划、可验证，有确定性能力的移动专网，提供差异化+确定性的业务体验。5G确定性网络与工业、能源、多媒体、医疗、车联网等领域的融合具有广阔的前景。例如，5G与工业互联网融合的主要场景有机器视觉检测、高清视频监控、AR协作等等，这些场景对时延、带宽、可靠性等有严格的要求，此前的4G、WiFi等其他网络无法满足需求，从而激发了对5G网络的确定性需求，5G确定性网络应运而生。1.1.1 5G确定性网络具备的4大要素移动通信网络整体由“无线接入网（RAN）+传输网（TN）+核心网（CN）”三部分组成。5G确定性网络的规划和建设从核心网入手，围绕“CORE”四要素的能力展开：C-Cloud Native：全云化、O-One Core：全融合、R-Re-al-Time Operation：全自动、E-Edge/Enterprise：全业务。C-Cloud Native：全云化。全云化是所有方案的基石。首先，在全云化的系统中，运营商可以通过“主机组硬件（HA）隔离”、“虚拟资源池（VDC或VPC）隔离”、“网络切片隔离”、“共享资源”等多级多种方式对SLA进行差异化的定义及动态的调整，使得整个网络更具有可靠性、灵活性，业务部署更敏捷。其次，相比于运营商提供的专网，云化的基础设施提供的虚拟专网服务更加高效。O-One Core：全融合。确定性网络中不可避免的会涉及到原有的234G终端和业务，5GDN必须是能够支持所有接入制式的全融合网络。此外，由于部分行业应用中对于话音及消息类业务有着很高的依赖性，因此全融合的话音网络以及高效的话音编解码能力也非常重要。R-Real-time Operation：全自动。全自动能力的体现主要在动态智能网络切片这一技术上，它是5G确定性网络的核心能力。运营商在传统网络中的工单式流程模式已经不能满足行业业务的高效开展，因此必须通过Portal自助服务方式将相应的自主权交给行业客户。每个行业用户通过网上商城模式定制并购买所需要的切片，随后通过一键式开通，远程监控运维的模式对切片网络自行管理。E-Edge/Enterprise：全业务。5GDN需要采用MEC边缘部署的能力为企业行业提供差异化联接及SLA保障。运营商还可以进一步在MEC的高性能联接能力基础上，针对各行业存在的差异化业务需求及SLA需求提供各类“联接+”的能力。1.1.2 5G确定性网络服务的3大维度5G已经成为千行百业数字化转型的利器，而行业数字化对5G网络的诉求可收敛为3个维度：能力可编排的差异化（Differentiated）网络，数据安全有保障的专属（Dedicated）网络，以及自主管理可自助服务的DIY网络①，5G确定性网络可满足这3大诉求。差异化网络——行业数字化的关键诉求。以工业为例，根据国家统计局国民经济行业分类标准②，属于制造业的细分行业多达31个，这31个行业在生产过程中对于无线网络的需求是千差万别、多维度的。即使是同一行业、同一工厂，由于场景广泛，每一场景对无线网络也提出各种不同要求，5G为制造业各行业和客户客提供差异化网络服务。5G确定性网络与工业互联网融合概述015G确定性网络与工业互联网融合概述① 《5G确定性网络产业白皮书》②《国民经济行业分类》，国家统计局&中国标准化研究院 1.2 5G确定性网络与工业互联网融合的主要推动力1.2.1 需求方：工业转型升级的自发性驱动新一轮的科技革命以来，世界制造业格局发生了巨大的变化，全球制造业也呈现出新的发展趋势和动向，随着科技的不断进步和消费者对产品需求的变化，制造业总体呈现以下几个发展趋势：在以上四方面趋势驱动下，工业企业开始自发探索和打造智能工厂，改善关键的制造环节，利用端到端的数据流和网络互联，有效的缩短产品研制周期、降低运营成本、提高生产效率和产品质量。工业领域传统的通信方式在这一过程中成为一个明显的短板，例如工业自动化、产品检测、资产管理等场景中对通信都有万无一失的要求，传统的工业通信方式以及4G、WiFi等无线通信只能做到尽力而为，不能适应工业互联网、智能制造的需求，因此工业领域对于确定性网络的需求有自发的驱动力。为了更好满足市场需求，由规模化生产向着定制化生产转变。随着中国经济的快速发展和向着创造大国的转变，用户进一步提升了定制化产品的需求，促使制造业向着小众、定制化的方向转型。为了提升客户体验，从单纯的提供产品向着产品服务化转变。随着人们生活水平的进一步提高，企业不再是单一提供产品的供应商，而是向着完善的服务供应商转变，工业领域也不可避免的从单一的产品提供向着一体化的产品服务转变。为了适应供应链的变化，从专一的分工向着一体化生产转变。随着生产方式的进步，企业供应链呈现新的趋势，面对供应链的变化，制造业企业正在改变着专一的分工，整合上下游的产业信息向着一体化的生产发展。为了紧跟数字化步伐，由传统生产模式向着智能化生产模式转变。随着物联网、人工智能、大数据、云计算等新型技术的发展，工厂内开始布局新兴技术手段，帮助制造业从传统的生产方式向着智能化生产转变。专属网络——保证数据安全隔离和数据隐私的保护。对于工业互联网、智能电网等行业，网络安全、分权分域管理、资源的隔离、数据及信令的保护是这类严苛类行业应用场景基本的要求。用户数据以及业务数据不出园区，要求做到公网专用，是行业应用的共性需求。可DIY的自助网络——使能行业敏捷创新。为响应快速变化的业务需求，行业用户希望自定义、按需设计、DIY自己的网络。以工业园区物联网场景为例，客户希望可以自主完成物联网络服务能力的编排/调度/管理，灵活的组网并部署创新应用，随时添加或删除设备。5G确定性网络与工业互联网融合概述02图 1 制造业总体发展趋势规模化生产定制化生产提供产品产品服务化专业分工一体化生产传统制造智能化生产 1.2.2 供给方：扩大服务范畴和提升服务价值的驱动随着通信行业管道化趋势的发展，移动通信产业链各厂商希望能为用户提供差异化的产品，探索新的收入增长空间。新的收入空间意味着需要提供新的产品和服务，而为工业场景提供5G确定性网络就是一个新的产品和服务，可以说是通信行业供给方也有很强的主动性，为工业用户提供确定性的通信服务。通过提供5G确定性网络服务，通信业企业可以深入到工业企业核心生产经营流程中，进一步扩大了其服务的范畴。5G确定性网络可以确保数据传输速率比传统网络快数百倍；严格控制时延问题，满足企业的时延需求，保证工业实时控制、云化机器人等场景需求，可以提供接近100%的高可靠性通信要求和确定性SLA。基于5G确定性网络，作为供给方的运营商、通信设备商、方案商等群体，能够为工业企业提供差异化和高质量的服务。当然，5G确定性网络给用户带来的价值远远高于5G公网，因此给相关供给方带来的收益也会进一步提高。1.3 5G确定性网络在工业领域的市场空间及节奏工业领域场景复杂且多样，对于无线网络的需求空间巨大。虽然5G确定性网络尚处于初期阶段，但目前工业企业的生产制造过程、供应链管理、设备资产管理、节能减排、产品生命周期管理等各个领域都有大量场景对网络确定性有明确的需求。《工业互联网产业经济发展报告》数据显示，2019年我国工业互联网产业经济总体规模达到2.13万亿元，预计到2020年这一数字将达到3.1万亿元，同比增长47.9%，其中工业互联网核心产业约为6520亿元。在工业互联网核心产业中，工业互联网网络产业经济规模在2019年