2023面向制造业的5G专网运营白皮书

近年来，5G技术作为新型基础设施已发展成为推动传统产业升级数字产业高质量发展的基础和动力。同时：随着各行各业数字化转型需求的加大以及5G专网的普及，各行各业对定制化、控制度和安全性更高的5G专网需求日益增长。2023年第31届中国国际信息通信展览会上，工信部表示将加快5G行业虚拟专网建设，深入实施5G应用扬帆行动，进一步丰富拓展5G应用场景，深化工业互联网融合，完善工业互联网技术体系、标准体系、应用体系，打造一批5G工厂，大力推进制造业智能化、绿色化、融合化。 在5G专网深入各行各业作为数字化转型基础能力的同时，5G专网运营也成为各行业面临的一大难题。各行业企业对网络运维及运营并不熟悉，而运营商作为公众网络的服务提供商多年来积案了大量的网络运营经验，并不断推进网络运营的智能化及网络的数字化转型；同时运营商海量数据的资源赋赋能千行百业专网运营。因此，对于5G专网运营来说，运营商有若天然的优势，也将成为运营商新的增长点。 制造业一直引领着中国市场的发展步伐，制造业的数字化转型将是推动建设数字中国的重要力量。5G专网有低成本、性能可靠、安全性高、定制化等特点，其在制造行业有着不可替代的优势。结合我国制造业的市场需求和社会需求，引入5G专网推动制造业的高端化、数字化、智能化升级，依托5G专网发展更高水平、更有竞争力的先进制造业，推动未来经济高质量发展，并有效支撑网络强国和数字中国的建设。 中国工程院院士刘韵洁 编委会 编写单位： 中国联通研究院、中国联通重庆市分公司、中国联通云南省分公司、北京邮电大学、香港中文大学（深圳）、香港中文大学（深圳）未来智联网络研究院、北京炎强通信技术有限公司、华南理工大学、西南交通大学、大连理工大学、西北工业大学、哈尔滨工业大学、沈阳航空航天大学、武汉大学、东华大学、西南大学、重庆长安汽车股份有限公司、OPPO重庆）智能科技有限公司、隆塞通用动力股份有限公司、重庆美利信科技股份有限公司 编委： 中国联通研究院：李红五、叶晓煜、唐雄燕、程新洲、显昆、徐乐西、关键、刘喜卿、贾玉玮、曹丽娟、张恒、赫欣、周诗雨、王云云、邢震、赵振桥、成晨、董润莎 中国联通云南省分公司：李海彬、林雨浓、周游、万凤仙、张智礼 北京邮电大学：王卫东、姚海鹏、孙松林、王富、崔高峰、王朝炜、王程、胡欣 香港中文大学（深圳）、香港中文大学（深圳）未来智联网络研究院：崔曙光、黄川、许杰、尹峰北京炎强通信技术有限公司：梅晓兵、佟胜友、恪明君 华南理工大学：温淼文、冯义志、唐建华西南交通大学：邢焕来、冯力、龚勋大连理工大学：赵楠、邓娜、徐金雷西北工业大学：孙文、胡伟、刘志强 哈尔滨工业大学：贾敏、王欣玉、张良、吴健、孔庆磊 沈阳航空航天大学：赵亮、孙云鹤、石峻岭武汉大学：营越、林海东华大学：蒋学芹、海涵、陈根龙、曹普文西南大学：吴松、霍誉文 重庆长安汽车股份有限公司：宁海荣、何彬、张劲松、彭小刚、颜先洪、吴杰OPPO（重庆）智能科技有限公司：送君、马光彬、林晓彬、周建强、柏沁宏、潘启平隆鑫通用动力股份有限公司：余波、杨成林、杨路、严超仲重庆美利信科技股份有限公司：张建明、张焱、张博、刘宝旦、余亚军 第1章研究背景 1.1制造业发展现状51.2扶持政策和计划71.3数字化转型三大阶段6 第2章制造业5G专网机遇与挑战10 5G专网产业蓬勃发展102.2制造业对5G专网的需求142.3制造业对5G专网能力挑战16 第3章制造业5G专网部署及建设18 3.1制造业5G专网类型及特点18 3.1.15G虚拟专网183.1.25G混合专网193.1.35G独主专网19 3.2.1虚拟化技术203.2.2网络切片技术213.2.3移动边缘计算21 3.3制造业5G专网部署要点22 3.3.1部署频段223.3.2核心网配置243.3.3资产模式25 3.4制造业5G专网部署方案及典型案例26 3.4.1大型制造工厂部署方案263.4.2精密仪器制造厂部署方案27 293.4.3铸造加工厂部署方案3.4.4制造企业园区部署方案31 第4章制造业5G专网运营32 4.1制造业5G专网运营要点324.2制造业5G专网资源管控34 4.3制造业5G专网性能提升36 4.3.1性能关键指标364.3.2性能提升典型方法384.3.3性能提升典型案例42 4.4制造业5G专网可靠性保障45 4.4.1无线网侧可靠性保障454.4.2核心网侧可靠性保障47++专网保障可靠性分级49 4.5制造业5G专网安全保障504.6制造业5G专网能力开放51 第5章数智化AI赋能制造业5G专网智能运营53 5.15G专网智能感知分析535.255G专网根因定位分析545.35G专网故障预测及处理585.45G专网知识图谱建设605.5联邦学习赋能制造业5G专网运营615.6区块链赋能制造业5G专网运营63 第6章面向制造业5G专网未来展望68 缩略语70参考文献71 第一章 研究背景 1.1制造业发展现装 近年来我国制造业蓬勃发展，2021年，我国制造业增加值规模31.4万亿元，GDP占比达到27.4%；2022年，我国制造业增加值规模33.5万亿元，占全球比重近30%，并连续13年位居世界首位。在世界500种主要工业品中，我国有超过四成产品的产量位居世界第一位；除了有65家制造业企业入围2022年世界500强企业榜单，我国还培育专精特新中小企业达7万多家。按照国民经济统计分类，我国制造业 有31入大类179个中类609个小类，拥有全球产业门类最齐全、产业体系最完整的制造业。 制造业是我国经济发展的压舱石，构建强大且高端的制造业，成为我国应对外部变化与外部风险的主要基础，也为构建我国经济新发展格局提供了重要支撑。与此同时，中国制造业面临诸多外部挑战： ·美国等多个西方国家实施再工业化战略并不断围堵中国，试图抑制和打压中国高端制造领域。我国制造业处于生产价值链中游位置，欧美国家还通过限制高科技产品引入中国等手段，阻止中国向高端制造业发展。警如，2021年3月初美国的新制裁措施，禁止三星和SK海力士向中国供应深紫外线芯片设备。2022年7月美国再次“阻截”，禁止荷兰的ASML公司向中国出售DUV。 在亚洲，随着我国人口结构的变化，中国低成本劳动力优势加速消失。与此同时，东南亚等地发展中国家中低端制造发展迅速，挤占中国制造的全球市场份额。 ●近几年疫情的发生导致全球经济都陷入停摆状态，我国虽然较早控制住疫情，但是国内工厂因为订单骤减导致发展困难，制造业劳动力纷纷逃离工厂，加剧了“用工荒”。 ·我国制造业在技术创新领域相对落后，缺乏国际领先技术和高品质产品的研发能力，使得产品在一些高端市场难以立足。同时，与欧美发达国家相比，中国的 知识产权保护能力相对较弱，也影响了制造业高端创新产品的研发。 面对以上挑战，可借助5G、大数据、专网、人工智能等新技术的深入研究，利用数字技术赋能不断提升传统制造业运营效率，推进制造业转型成为我国制造业走向高质量、高端化、数字化、智能化的重要必由之路。 1.2扶持政策和计划 近十年来，我国颁布了一系列扶持制造业转型的政策和计划 2015年开始，工信部每年启动智能制造试点示范工作。 2016年，国标委联合工信部成立国家智能制造标准化协调推进组、专家咨询组等；工信部在世界智能制造大会发布《智能制造发展规划（2016-2020）》；工信部在全国范围内避选智能制造试点示范项目60多个并在第18届中国国际工业博览会上展出和推广。 2017年，工信部、国家发改委、教育部、公安部、财政部、商务部、文化部、卫生计生委、海关总署、质检总局、知识产权局联合制定了《增材制造产业发展行 动计划（2017-2020）》等系列文件，多层次协同推进体系的基本建立，为加快智能制造发展提供重要政策推动力，并遵选智能制造试点示范项目97个。 2018年，政府工作报告提出“要深入开展‘互联网+，行动，实施“中国制造2025，创建“中国制造2025'示范区”；遵选项目总数超过100个：涵盖有色、稀土、纺织、家电等传统行业和5G、物联网、车联网、智能交通等新兴领域。“中国制造2025”将智能制造作为制造业未来发展的主要目标，提出智能制造是中国制造业由大到强的必由之路。从2018年“中国制造2025”计划实施以来，智能制造表现出良好、强劲的发展势头。 2021年，“十四五”规划和2035年远景目标纲要提出，坚持自主可控、安全高效，推进产业基础高级化、产业链现代化，保持制造业比重基本稳定，增强制造业竞争优势，推动制造业高质量发展。 2023年3月，习近平总书记指出，“我国的制造业门类非常齐全，现在要努力的，就是全面提升，过去的中低端要向上走，布局高端。高质量发展就要体现在这里。 以上制造业扶持政策和计划为我国的制造业转型指明了方向。根据工信部等多 造业企业大部分实现数字化、网络化，重点行业骨干企业初步应用智能化；到2035年规模以上制造业企业全面普及数字化、网络化。制造业的转型和优化已经从依靠经验向依靠数据挖掘、5G、大数据、专网、人工智能等数字技术的普遍应用，为制造业实施精益管理提供了更多可能与更大空间。 1.3数字化转型三太阶段 制造业数字化转型的三个核心阶段包括： 1）流程级发展阶段，主要是以流程为驱动，实现设备设施、软硬件、制造活动等主营业务涉及要素的集成优化。 2）网络级发展阶段，主要是基于产业互联网，实现企业全要素与过程的互联互通与动态优化，实现业务模式创新。 3）生态级发展阶段，主要是基于5G专网实现泛在的互联互通，并实现生态合作伙伴间资源、业务、能力的开放共享与协同发展。 制造业转型的核心是数字化，实现盈利模式的重构，向智能化、精益化发展。5G作为数字化的重要技术，能够实现数据和设备的互联互通，提升制造企业研发、生产、运营、服务的数字化、网络化和智能化水平，进而协助制造企业实现降本增效。 第二章 制造业5G专网机遇与挑战 2.15G专网产业瑾熟发展 近年来，5G技术已发展成为推动传统产业升级、数字产业高质量发展的基础和动力。各级政府的高度重视和国家产业政策的重点支持，鼓励了5G行业和5G专网的发展与创新，制定的多项产业政策为5G行业和专网的发展提供了明确、广阔的市场前景，为企业提供了良好的生产经营环境。2022年3月，《2022年国务院政府工作报告》指出推进5G规模化应用，促进产业数字化转型。长期以来，工业和信息化部陆续出台了多项推动5G的政策与计划： 现阶段我国5G行业和专网产业蓬勃发展，产业结构不断优化，市场规模迅速扩大，主要体现在： 1）我国5G网络建设成效显著：据工信部数据，截至2022年底，我国索计建成并开通5G基站231.2万个，基站总量占全球60%以上，每万人拥有5G基站数达到16.4个，比上年末提高6.3个。随着5G网络建设不断加速，互联网、大数据和人工智能等信息产业不断发展壮大，智能制造、智慧医疗、智慧城市等新兴融合应用不断涌现，采矿、钢铁、电力、航空等多个国民经济行业的数字化和智能化不断推进，5G专网对传统产业升级、数字经济发展的引擎作用不断强化。目前，工业园区、港口和医院等重点区域已建成超2300个5G行业虚拟专网。电信企业利用5G切片技术提供了超1.4万个5G虚拟专网，助力各行业加快数字化转型。5G专网可以提供更高的可靠性、更低的时延、更强的安全性等优势，可以满足企业对高效通信和物联网应用的需求。GSA数据显示，截至2022年9月底，全球69个国家和地区的889多个机构和组织已经或正在部署基于LTE或5G技术的专用网络，其中大约40%的专用网络采用5G技术。其中，5G专网与制造行业应用的融合，提高生产效率以及调度能力，满足低时延和高带宽的通信需求。新一代数字能源通过5G专网建设数 字化能源管理系统，实现能源数据、工业数据的智能管理，极大提高管理效率和节约能源成本。 2）5G行业投资保持增长：2022年，