中国“5G+工业互联网”发展报告.pdf

中国“中国“5G+工业互联网工业互联网”中国信息通信研究院 中国信息通信研究院 2022021 1年年1 12 2月月 No.202129 发展报告发展报告 编制说明编制说明 本报告为中国“5G+工业互联网”发展报告（2020 年）的持续研究报告。报告编制过程仍延续了“5G+工业互联网”发展指数的基本框架，从政策环境、技术标准、基础设施、应用探索和产业生态五大部分总结我国“5G+工业互联网”发展现状，全面论述5G商用以来的发展动态。同时根据2021年度产业推进热点情况，报告增加了5G URLLC、轻量化5GC、5G边缘计算等技术热点，5G全连接工厂、“5G+工业互联网”融合应用先导区等产业热点，以及国际情况、投融资情况、合作模式等相关内容，并在最后部分提出下一步发展建议。本报告撰写过程中获得了众多专家的指导和帮助。在标准演进、网络建设、关键技术、终端模组、应用落地、投融资情况等各章节，中国电信集团有限公司、中国移动通信有限公司研究院、中国联合网络通信集团有限公司、浙江省工业和信息化研究院、浙江大学、山东大学、北京邮电大学、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、芯讯通无线科技（上海）有限公司、鼎桥通信技术有限公司、晨山资本、上海邮电设计咨询研究院有限公司、施耐德电气、深圳艾灵网络有限公司、山东德晟机器人股份有限公司等单位的专家贡献了大量内容，在此一并感谢。前前 言言“5G+工业互联网”是指利用以 5G 为代表的新一代信息通信技术，构建与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式和工业生态。通过 5G 技术对人、机、物、系统等的全面连接，构建起覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系，为工业乃至产业数字化、网络化、智能化发展提供了新的实现途径，助力企业实现降本、提质、增效、绿色、安全发展。党中央国务院高度重视 5G、工业互联网发展。习近平总书记多次对推动工业互联网发展做出重要指示，强调要持续提升工业互联网创新能力。习近平总书记在给 2020 中国“5G+工业互联网”大会的贺信中指出，当前，全球新一轮科技革命和产业变革深入推进，信息技术日新月异，5G 与工业互联网的融合将加速数字中国、智慧社会建设，加速中国新型工业化进程，为中国经济发展注入新动能，为疫情阴霾笼罩下的世界经济创造新的发展机遇。刘鹤副总理在为2021 中国“5G+工业互联网”大会的致辞中指出，发展“5G+工业互联网”是实现高质量发展的重要突破口，是科技自立自强的重要支撑，对实现碳达峰碳中和目标也具有重要意义。工业和信息化部推进实施“5G+工业互联网”512 工程以来，行业应用水平不断提升，应用深度向更广范围、更深程度、更高水平延伸。2021 年，政、产、学、研、用全面推进“5G+工业互联网”发展。本报告结合“5G+工业互联网”发展指数，对我国“5G+工业互联网”发 展进行全面总结。整体来看，全国“5G+工业互联网”融合发展呈现以下特点：一是我国央地政策支持力度持续加强，投融资力度加码，“5G+工业互联网”发展环境持续向好。二是 5G 技术标准加速成熟，5G 与 TSN 技术、边缘计算技术部署应用加速，轻量化 5GC 成为业界探索热点，垂直行业标准加速落地。三是“5G+工业互联网”组网模式及商业模式不断成熟，混合组网模式加速落地，基于 5G 技术的OT+IT+CT 扁平化网络架构实践初步形成。四是典型应用场景和重点行业不断推进，5G 全连接工厂成为产业界探索应用“由点到线”新热点，区域特色不断显现，以产业园区为基础载体的“5G+工业互联网”融合应用先导区在部分地区开始创建。五是创新生态逐步完善，具备 5G 通信能力的工业融合终端产品不断涌现，供给短板不断补齐。信息通信企业、工业企业、解决方案集成商等各产业主体合作力度加强，团体赛推进形式丰富。行业测试床、联合实验室等产业公共服务平台载体也不断引领产业发展。目目 录录 一、发展环境持续向好.1（一）国家层面，顶层设计基本形成.1（二）地方政府，配套支持加速完善.3（三）产业主体，探索热情不断高涨.5（四）金融市场，投融资活跃度提升.7 二、技术标准加速落地.8（一）URLLC 激活工业控制变革创新.8（二）5G+TSN 分阶段有序部署推进.10（三）5G与 MEC 融合再掀发展浪潮.13（四）轻量化 5GC 应用加快探索步伐.15 三、基础设施稳步部署.17（一）网络设施加速覆盖.17（二）组网模式逐步清晰.17（三）扁平化架构初步形成.19 四、应用探索纵横深化.21（一）典型场景落地见效，标准化研究同步推进.21（二）应用加速连点成线，全连接工厂蓝海广阔.24（三）优势行业梯次形成，区域性发展特色显著.29（四）融合创新引领发展，先导区建设多点开花.29 五、创新生态逐步完善.31（一）融合网络专利技术创新活跃.31（二）产业短板终端模组加速供给.34（三）垂直领域商业模式雏形渐出.36（四）产业公共服务平台不断构建.38 六、接续发展合力推进.39 缩略语.41 图图 目目 录录 图 1 全球工厂数字网联增长趋势.6 图 2 现有工业无线技术尚未满足需求.6 图 3 改造升级网络的意向需求.7 图 4 3GPP 5G标准演进.9 图 5 5G URLLC 演进及工业自动化应用.10 图 6 无缝衔接（TSN over 5G）.12 图 7 承载网融合（5G over TSN）.12 图 8 端到端 TSN化的 5G（TSN与 5G深度融合）示意图.12 图 9 普通 AGV部署和基于 5G云化的 AGV 部署.14 图 10“5G+工业互联网”企业融合组网.18 图 11 IT+OT扁平化架构与 IT+OT+CT 全扁平化架构对比.20 图 12“5G+工业互联网”重点行业典型应用场景一览表.22 图 13 综合标准化体系框架图.23 图 14 5G全连接工厂内涵.25 图 15 华为松山湖南方工厂 5G应用.27 图 16 中兴通讯南京滨江工厂 5G应用.28 图 17 边缘计算/5G TSN/5G LAN/5G NPN 专利申请趋势.32 图 18 融合网络技术国内省份分布情况.33 图 19 5G TSN细分领域专利分布.34 图 20 5G通信模组架构图.35 图 21 2019-2021 年“绽放杯”大赛工业领域项目成熟度对比.37 表表 目目 录录 表 1 “5G+工业互联网”相关国家政策（2020-2021年期间）.3 表 2 “5G+工业互联网”立项标准名称.23 表 3 全国“5G+工业互联网”先导区建设情况（部分）.30 表 4 “5G+工业互联网”在建测试床及实验室（部分）.38 中国“5G+工业互联网”发展报告 1 一、发展环境持续向好（一）国家层面，顶层设计基本形成（一）国家层面，顶层设计基本形成 2017 年底，国务院出台关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见，这是我国工业互联网发展的纲领性文件。其中“夯实网络基础”任务明确“在 5G 研究中开展面向工业互联网应用的网络技术试验，协同推进 5G 在工业企业的应用部署”。文件同时提出，要加快 5G在工业互联网中的应用研究。2019 年初，工业和信息化部出台工业互联网网络建设及推广指南，作为工业互联网网络体系落地实施的指导性文件。文件提出，支持基于 5G建设网络技术测试床，开展基础通用关键技术、标准、设备、解决方案的研制研发、试验测试等工作。2019 年 6 月，我国发放 5G 商用牌照，国内 5G产业迅速发展，5G 应用探索脚步加快。2019 年 11 月，工业和信息化部出台“5G+工业互联网”512 工程推进方案，提出打造 5 个产业公共服务平台，加快内网建设改造覆盖10个重点行业，提炼形成至少20大典型应用场景，引导产业界提升网络关键技术产业能力、创新应用能力、资源供给能力，培育形成 5G与工业互联网融合叠加、互促共进、倍增发展的创新态势。同月，发改委、工信部等 11 部门联合发布关于推动先进制造业和现代服务业深度融合发展的实施意见，在“探索重点行业重点领域融合发展新路径”部分，提出“加快人工智能、5G等新一代信息技术在制造、服务企业的创新应用，逐步实现深度优化和智能决策。”中国“5G+工业互联网”发展报告 2 2020 年 3 月，工业和信息化部在关于推动工业互联网加快发展的通知关于推动 5G加快发展的通知两个文件中，再次强调实施“5G+工业互联网”512 工程，总结形成可持续、可复制、可推广的创新模式和发展路径，促进“5G+工业互联网”融合创新发展。5 月，工业和信息化部、国家发改委和自然资源部联合发布公告有色金属行业智能矿山建设指南（试行）有色金属行业智能冶炼工厂建设指南（试行）有色金属行业智能加工工厂建设指南（试行），推进 5G、工业互联网、人工智能等新一代信息通信技术在有色金属行业的集成创新和融合应用，引导露天/地下矿山无人驾驶、远程协作、移动装备的互联互通等“5G+工业互联网”融合应用。9 月份，工业和信息化部印发建材工业智能制造数字转型行动计划（2021-2023 年），鼓励企业积极探索“5G+工业互联网”，促进工业互联网与建材工业深度融合。2020 年底，工业互联网专项工作组出台工业互联网创新发展工程（2021-2023 年），提出要深化“5G+工业互联网”。主要包括：支持工业企业建设 5G 全连接工厂，推动 5G 应用从外围辅助环节向核心生产环节渗透，加快典型场景推广。探索 5G专网建设及运营模式，规划“5G+工业互联网”专用频率，开展工业 5G 专网试点。建设公共服务平台，提供 5G网络化改造、应用孵化、测试验证等服务，持续推进“5G+工业互联网”融合应用，针对重点行业培育 30 个左右典型应用场景，编制发布“5G+工业互联网”发展指数。2021年5月 27日，工业和信息化部组织的采矿行业“5G+工业互中国“5G+工业互联网”发展报告 3 联网”现场工作会在山西召开。会议系统总结创新成效，着力推进采矿等重点行业利用“5G+工业互联网”加快数字化转型。会上发布了“5G+工业互联网”十个典型应用场景和五个重点行业实践。2021年11月19日，2021中国“5G+工业互联网”大会在武汉召开。会上，工业和信息化部发布“5G+工业互联网”典型应用场景和重点行业实践（第二批）。表 1“5G+工业互联网”相关国家政策（2020-2021年期间）序号序号 文件名称文件名称 发布时间发布时间 发布单位发布单位 1 工业和信息化部办公厅关于推动工业互联网加快发展的通知 2020/03/06 工业和信息化部 2 关于推动 5G 加快发展的通知 2020/03/24 工业和信息化部 3 有色金属行业智能矿山建设指南（试行）2020/04/29 工业和信息化部 国家发展改革委 自然资源部 4 有色金属行业智能冶炼工厂建设指南（试行）2020/04/30 工业和信息化部 国家发展改革委 自然资源部 5 有色金属行业智能加工工厂建设指南（试行）2020/05/01 工业和信息化部 国家发展改革委 自然资源部 6 建材工业智能制造数字转型行动计划（2021-2023 年）2020/09/21 工业和信息化部 7 工业 互联 网创新 发展行 动计划（2021-2023年）2020/12/22 工业互联网专项工作组 8“5G+工业互联网”十个典型应用场景和五个重点行业实践 2021/05/31 工业和信息化部 9“5G+工业互联网”十个典型应用场景和五个重点行业实践（第二批）2021/11/20 工业和信息化部 来源：中国政府网（二）地方政府，配套支持加速完善（二）地方政府，配套支持加速完善 全国各省（区、市）结合自身特点出台相关政策。目前 31 个省（区、市）均制定了 5G相关政策，其中 80%以上的地区明确了工业中国“5G+工业互联网”发展报告 4 互联网方向的支持，北京、山西、辽宁、江西、湖北、湖南、重庆、四川、宁夏等 9 个地区政策文件中明确“5G+工业互联网”专栏政策。多地利用现有工业互联网、单项冠军、首台（套）重大技术装备、技术改造等支持政策进行引导，山东、辽宁、江西等地区通过 5G 产业投资基金等进行支持。从政策类型看，广东、山东、福建、辽宁等地区加大了对 5G基础建设的支持力度，对相关项目提供专项资金支持；广东、江苏、上海、湖北等地区推动创建产业示范基地，打造工业互联网典型示范应用；浙江、湖南、安徽、江西等地区鼓励建立 5G产业公共技术服务平台，为改善产业生态环境提供支撑；北京、天津、四川等地区着力培育突出技术，提升技术研发和成果转化能力；山东、重庆、河南、山西等地区加强人才队伍建设，培养引进工业互联网领军人才。从政策特色看，广东省出台了广东省加快 5G产业发展行动计划（2019-2022 年），围绕家用电器、电子信息、装备制造、生物医药等重点优势行业，鼓励大型制造企业探索新应用新模式，支持打造 5G 示范项目及智慧城市示范区，助力广东建设世界级 5G 产业集聚区；山东省出台了山东省支持数字经济发展的意见，提供专项资金支持各地市加快 5G网络建设，全面升级信息基础设施，并用教育发展专项基金对互联网数字技术人才给予奖补；浙江省出台了加快推进 5G产业发展的实施意见，各区市均有相关政策跟进，鼓励制造、农业、物流、电子商务等行业的智慧应用，推广“5G+中国“5G+工业互联网”发展报告 5 智能制造”新模式，建设“无人工厂”，强化智能商业，电子商务等领域的优势。地方政策作为产业发展的先驱动力，在产业布局、资金支持、场景应用、平台建设、技术培育、人才选拔、建站补贴等关系“5G+工业互联网”发展的诸多方面给出支持，极大地促进了地方 5G 与工业互联网的建设，为加快推动“5G+工业互联网”的发展发挥了积极而重要的作用。（三）产业主体，探索热情不断高涨（三）产业主体，探索热情不断高涨 随着以 5G、工业互联网为代表的新基建加速落地，全球范围内工业无线网络以每年 30%的速度增长，各大企业对于“5G+工业互联网”的认知度快速提升。尤其在新冠肺炎疫情的冲击下，越来越多的企业认识到数字化转型的重要性，对网络化、智能化的投资意愿逐渐增强。当前我国工厂的数字化水平受限于设备信息化过程中的联网数量、网络传输质量等，工业互联网催生的新业态新模式也对网络协同能力提出了更高要求，现行工业无线技术尚未完全满足生产需求。经初步调研，半数以上企业认为现行工业无线技术在覆盖范围、技术稳定性、终端连接数量等方面仍有提升空间。5G“低时延、高可靠、大带宽”的特性，与工业领域“低时延、高可靠、广覆盖”的网络基础要求紧密契合，更加灵活的组网模式、更加高速的传输通道等属性，都为工业互联网实现网络协议、系统、软硬件的创新发展提供了新的方向。中国“5G+工业互联网”发展报告 6 来源：ABI research 图 1 全球工厂数字网联增长趋势 来源：工业互联网产业联盟 图 2现有工业无线技术尚未满足需求 工业互联网产业联盟 2020年一项调研数据显示，不考虑成本等其他因素，产业主体探索网络改造和应用 5G的意愿较强。超过 80%的被调查企业对在未来3-5年内提升企业信息化水平有过整体规划和考虑，新建或升级改造网络、建设工业云平台、建设数据中心是企业最主要的信息化升级需求。有意向计划新建或升级改造网络的被中国“5G+工业互联网”发展报告 7 调查企业中，5G 网络成为首选。其中超过半数企业认为为保证且有网络独立性，有必要建立企业 5G专网。来源：工业互联网产业联盟 图 3 改造升级网络的意向需求（四）金融市场，投融资活跃度提升（四）金融市场，投融资活跃度提升 近年来，我国工业互联网企业在各级资本市场表现良好，资本赋能的作用不断凸显，有力支撑了工业企业数字化、网络化、智能化发展。随着 5G技术的快速发展和企业转型需求的不断涌现，以三大运营商为代表的上市企业加快在“5G+工业互联网”领域的布局，一些初创企业围绕 5G+人工智能、物联网、大数据、云计算等技术服务和综合解决方案等重点领域快速成长。从投资方向看，5G 芯片是长期以来受创投机构关注的领域。其中产业链上游基础器件层面最受关注。例如创芯慧联、富联通讯、星思半导体、锐石创芯等企业，主要专注于 5G 小基站芯片、5G 模组研发设计、5G 芯片以及射频领域集成电路等研发方向。基于 5G与人工智能、边缘计算等技术融合的解决方案提供商也成为了新的投资热点。例如秒如科技致力于成为 5G+人工智能时代的智能边缘中国“5G+工业互联网”发展报告 8 计算服务商，利用边缘计算和人工智能技术进行创新应用并提供解决方案。从地域分布看，融资企业主要集中分布在北京、上海及东南沿海地区。在参与调研的几十家家企业中，企业注册地在北京的有近30%、在上海近 50%，中西部地区企业仅占 5%左右，从另一维度印证了“5G+工业互联网”发展水平与地方经济水平呈现较强的一致性。从融资规模来看，近半数统计企业获得融资规模均超过或接近亿元，工业互联网对经济社会各领域的带动作用逐步显现。从投资主体看，政府、国资主导的产业基金持续加大布局力度。例如，北京市设立 50 亿元 5G 产业基金，为北京市首只政府参与组建的 5G产业专项基金，拟由北京经济技术开发区国有投融资平台亦庄国投、北京市科技创新投资管理有限公司与中国建银投资有限责任公司共同设立，基金将重点投资 5G产业链上中下游国内外技术领先的高科技企业。中国移动与国投集团组建中移创新产业基金，中国电信与前海方舟资产管理公司等合作设立智慧互联基金，中国联通与武汉东湖新技术开发区、湖北科投等发起设立联通 5G产业母基金，聚焦投资 5G 产业高增长投资机会，扶持 5G 产业链各细分领域龙头企业的创新发展，巩固 5G技术在工业领域成功应用的产业优势。二、技术标准加速落地（一）（一）URLLC 激活工业控制变革创新激活工业控制变革创新 5G URLLC 标准持续演进，不断提升对工业控制应用支撑能力。当前，“5G+工业互联网”应用主要基于5G R15增强移动宽带（eMBB）中国“5G+工业互联网”发展报告 9 特性，以大带宽传输类融合应用为主。3GPP 于 2020 年 7 月冻结了5G 第二版本 R16，进一步增强了 5G 服务行业应用的能力。其中 5G超可靠低延迟通信（URLLC）特性不断成熟，保障了 5G URLLC 的应用从单链路的远程操控，逐步开始进入工业自动化控制的人机界面控制和产线实时控制。随着 3GPP R18 标准的持续演进，5G URLLC 的能力将不断增强，时延将进一步降低，可靠性提高，可满足大多数的工业自动化的实时控制场景。来源：中国信息通信研究院 图 4 3GPP 5G标准演进 5G URLLC 标准逐步落地应用，分阶段匹配工业控制需求。5G URLLC 在工业领域主要应用在现场级 OT 网络，面向实时 RT（Real Time）和运动控制同步实时 IRT（Isochronous Real Time）场景，以低时延和可靠性匹配控制网络需求。5G URLLC 标准定义了无线接口时延可达 1ms，当前基于 5G URLLC标准的落地，5G网络端到端时延可达 20ms，能够满足机器视觉、环境监测、预测管理等场景需求。未来 2-5年，端到端时延最低可达到 4ms，可实现人机控制界面、多台机器人控制协作、PLC 南向剪辫子等场景。理想情况下在同步实时性能上有望达到 1ms 端到端时延，以期满足运动控制场景的时延需求，助力 5G技术深入融入工业应用场景。中国“5G+工业互联网”发展报告 10 来源：华为技术有限公司 图 5 5G URLLC 演进及工业自动化应用 5G URLLC 深度融入工业体系，将激活工业网络和产线的变革。通过标准演进和场景的不断落地，5G URLLC 技术推动工业自动化走向网络化、柔性化和智能化的变革，使工业制造实现产业升级。一是助力网络化变革。从传统 IT/OT 多层分级互相独立的多张单一网络，向一网多能的移动网络演进，扁平化架构极大简化组网复杂性。二是助力柔性化变革。利用 5G连接去掉有线束缚，减少因线缆拖拽导致的停机等问题，彻底释放工业柔性化装备和工艺的潜能，实现工艺流程的并行预处理，推动柔性制造从柔性设备到柔性工艺到柔性产线演进。三是助力智能化变革。基于网络和流程的改变，设备层面从传统专用化的本地设备，变为软化的云-边-端协同的智能化装备，可更好利用大数据、人工智能等技术，进行有效的数据采集和分析，助力智能化生产制造。（二）二）5G+TSN 分阶段有序部署推进分阶段有序部署推进 中国“5G+工业互联网”发展报告 11 5G 网络确定性传输和 TSN 设计需求相互匹配。5G 网络端到端确定性传输是能够在工业互联网落地的关键。5G 相比 4G 进一步提高终端的传输速率，网络系统将面临更大的数据传输压力，利用以太网承载 5G 前传网络的技术方向受到关注。成立于 2012 年的 IEEE时间敏感网络（TSN 工作组），制定 802.1CM 用于解决以太网传输机制下的移动前传网络的确定性问题，与 5G网络的确定性传输需求相互匹配。3GPP R16 开始 Vertical LAN 项目研究，针对工业互联网场景开展 5G支持 TSN、5G LAN以及 5G NPN相关技术的研究及标准化工作。R17提出TSN增强架构，即实现5G核心网架构增强，控制面设计支持 TSN 相关控制面功能；实现 5G 核心网确定性传输调度机制，而不依赖于外部 TSN 网络；通过 UPF 增强实现终端的确定性传输；实现可靠性保障增强；实现工业以太网协议对接；支持多时钟源技术等。R18 阶段提出进一步完善支持 IEEE TSN 协议的 5G网络系统，确立 5G系统的确定性机制并进行标准化。5G+TSN 融合部署分三个阶段有序推进。一是拼接式融合。主要实现 5G 网络与 TSN 网络的互通,即将原有已经具备时间敏感网络特性的业务系统（如工业控制网络、车载网络等）与 5G系统进行网络拼接、流量调度协同，通过分段实现业务传输的确定性来提升端到端业务传送质量。二是 5G 承载网融合。随着 5G 在园区网络的部署及 URLLC 特性的成熟，TSN 技术用于 5G 前传网络成为现阶段试点应用方向，以 eCPRI 为接口的 5G 前传网络已经具备了与 TSN 融合部署的技术前提。三是深度融合。随着 5G技术在工业体系下的深中国“5G+工业互联网”发展报告 12 度应用，5G 技术将与 TSN 进一步融合，整个 5G 网络系统逻辑上将升级为具备时间敏感网络特性的桥接系统，承载业务系统流量的远程确定性传送。来源：中国信息通信研究院 图 6 无缝衔接（TSN over 5G）来源：中国信息通信研究院 图 7 承载网融合（5G over TSN）来源：中国信息通信研究院 图 8 端到端 TSN化的 5G（TSN与 5G深度融合）示意图 中国“5G+工业互联网”发展报告 13 5G+TSN 技术研究与产品落地加快步伐。国际层面，龙头企业、科研院所等加快技术研究。德国应用科学大学联合诺基亚贝尔实验室提出融合 5G与工业以太网的方案，高通公司研究组提出面向工业互联网的利用 5G 实现 TSN 交换机功能的思想和原型系统，爱立信研究院提出 TSN将是 5G实现 URLLC场景低时延特性的重要标准，英特尔公司研究组阐述了无线 TSN与有线 TSN网络融合挑战等相关问题。国内层面，产业界启动测试床建设和产品研发测试。新华三集团积极推动 5G 与 TSN 融合相关研究，推出 TSN 交换机，以及与海尔集团共同构建的基于 SDN的 TSN测试床方案等一系列技术和产品革新。中国移动启动建设“5G+TSN”测试系统，用于测试工业典型的 5G 与 TSN 融合应用场景中端到端的业务特性、网络的性能以及包括终端、网关和平台等在内各个融合网络中的设备和系统的功能性能。中国信通院牵头搭建“5G+TSN 联合测试床”，联合产业界探索 5G 与 TSN 技术融合、行业应用适配及工业通信新场景验证。（三）（三）5G 与与 MEC 融合再掀发展浪潮融合再掀发展浪潮 5G 商用与边缘计算发展互促共进。边缘计算的概念可以追溯到2000年左右固网CDN的大规模部署。经过雾计算等概念热潮以及标准组织、通信产业与互联网产业的积极探索，边缘计算的概念逐渐清晰。2019年5G商用发展再次推动边缘计算成为热点，头部互联网企业及运营商开始全面布局边缘计算业务和边缘基础设施建设。与此同时，随着全球移动产业探索“5G+工业互联网”的步伐加快，中国“5G+工业互联网”发展报告 14 边缘计算作为 5G 的原生能力，成为充分发挥 5G 商用潜力的重要保障。5G+MEC 赋能工业边缘智能。5G UPF 下沉到边缘配合 MEC 部署后，业务应用可以直接部署在离基站较近的位置，在通信网络边缘对数据进行预处理，避免无效数据对网络资源的占用，同时对用户数据进行高速分发缩短响应时间，支撑低时延高可靠业务应用。另外，ETSI定义的MEC（对应3GPP的local UPF本地用户面网元）支持无线网络能力和运营能力开放，有助于电信行业和垂直行业的快速深度业务融合和创新。如图 9 所示，利用 5G 低时延大带宽特性，可以实现上位机功能云化，通过云上算法等资源，不断丰富智能化应用。智能终端获取的大量图片信息上传至边缘侧基础设施，边缘云部署的算法可靠近应用侧进行大规模数据预处理和算法预判，极大减少算法时延及上传中心云的数据量级，相关结果及时回传至边缘终端。来源：中国信息通信研究院 图 9 普通 AGV部署和基于 5G云化的 AGV 部署 中国“5G+工业互联网”发展报告 15（四）轻量化（四）轻量化 5GC 应用加快探索步伐应用加快探索步伐 轻量化 5GC 助力形成高性价比和灵活性的网络解决方案。基于主流的混合虚拟专网建网模式，产业界加快探索灵活便捷、节约成本的 5G 行业专网建设，按需提供定制化的 5G 专网方案成为落地方向，轻量化、可定制的 5G 核心网（5G Core Network，简称 5GC）作为 5G 专网的重要组成部分，成为探索热点。轻量化 5GC 基于3GPP 标准，结合特定企业应用场景需求，对传统面向公网业务的5G 核心网进行了性能裁剪及功能定制。特别是面对高度碎片化的企业业务场景，轻量化5GC可通过灵活定制的5G网络能力开放接口，在保证 5GC 架构精简的条件下，实现 5G 专网对于各类业务场景的敏捷适配，克服了 5G核心网设备系统架构体系过重部署复杂、成本过高难以灵活定制等缺点，有助于加速推进企业基于 5G网络开展各类数字化转型工作。轻量级 5GC 三种部署配置方式初步形成。一是全云化部署模式。轻量化 5GC 整体部署在云计算厂商提供的云平台之上，5GC 的各个网元运行在云平台中，并接受云平台的统一纳管。企业用户的 5G基站通过网络专线接入云平台，通过 5GC 实现互联，从而构成一张完整的 5G专网。企业用户可根据业务需要，借助云计算厂商提供的资源池化及调度能力，灵活调整 5G专网配置，并与云平台上的其他业务系统实现无缝集成。二是一体机部署模式。轻量化 5GC 部署在超融合一体机上，并且以独立设备的形态运行在企业机房内。5GC 的各个网元运行在一体机中，并通过内部网络与企业用户的 5G基站及中国“5G+工业互联网”发展报告 16 其他信息系统实现对接，形成一体化的企业级 5G专网。企业用户必须自建系统管理能力，对 5G 专网进行配置管理。三是混合部署。轻量化 5GC 的部分网元采用云化方式部署，部分网元采用一体机方式部署。其中 5GC 控制面网元通常部署在云厂商提供的云平台之上，5GC 数据面网元部署在一体机中。企业用户可借助云平台的能力对5G 控制面实现弹性部署及高可用保障，利用一体机的独立部署特性，一定程度上满足数据保密的要求。轻量化 5GC 产品研发和应用试验广泛开展。电信运营商加快产品研发，补充现有公网能力。中国电信自研 5GC 的策略与计费规则功能单元，并在天翼云上部署应用，可向垂直行业提供“5G 网络即插即用”的专网级网络服务能力。中国移动推出轻量化 5G 核心网OpenUPF 一体机。中国联通与中兴合作进行基于微服务与容器的轻量化 5GC 方案研究与试点。设备供应商推出小型软硬一体化 5GC，巩固 5G 基础设施主导地位。爱立信、华为、中兴针对 5G 专网需求提供小型软硬一体化 5GC。三星提供基于云原生的 5G SA 核心网产品，实现微服务架构、容器执行环境、端到端灵活编排等功能。云服务提供商依托公有云、行业解决方案优势，进入 5G专网市场。微软、亚马逊提出可进行设计与部署可扩展的、安全可靠的、节省成本的运营商级别的 5G云原生核心网与边缘网络。阿里推出基于开源与公有云的小型化 All in One的极简 5GC。小型厂商积极进入轻量化5GC 市场。IPLOOK 与华三基于传统 4G 企业专网推出轻量化 5G 核心网，拓展企业专网市场。艾灵网络开发了基于云原生架构的轻量中国“5G+工业互联网”发展报告 17 化 5GC，针对工业场景实现“零修改”网络能力开放功能，有效支撑了 5GC 的灵活定制功能。高校科研院所开展试验研究。北京邮电大学通过对5G核心网网元数量、功能的精简，将AMF、SMF、UPF三个网元部署在树莓派上，实现了两台客户端的 VoIP 视频通话。基于此轻量化核心网方案，利用低轨宽带卫星构建起了北京与济南 5G专网间的骨干网络试点，实现了低轨卫星网络与地面 5G专网的互联互通。三、基础设施稳步部署（一）网络设施加速覆盖（一）网络设施加速覆盖 5G 网络基础设施有序推进。截至 2021 年 10 月底，我国 5G 基站建设总数超过 129 万个，占全球基站总数的 70%以上，是全球规模最大、技术最先进的 5G独立组网网络，全国所有地级市城区、超过 97%的县城城区和 50%的乡镇镇区实现 5G 网络覆盖；5G 终端用户达到 4.5 亿户，占全球 80%以上。5G 在经济社会各领域的应用示范项目已经超过 1万个，这些都为产业应用的普及奠定了基础。边缘计算基础设施初具规模。电信运营商充分发挥网络优势，打造“5G+边缘计算”整体解决方案，统一建设和运营边缘云。设备供应商以网络技术和硬件设备优势占据边缘计算核心市场，在边缘计算产业链上几乎拥有全栈的产品及解决方案。云服务提供商依托自有公有云、研发能力和应用生态的优势，利用运营商网络、机房等基础资源，积极布局边缘计算市场。（二）组网模式逐步清晰（二）组网模式逐步清晰 中国“5G+工业互联网”发展报告 18“5G+工业互联网”三大组网模式基本形成。电信运营商在为行业提供 5G网络服务时，采用的网络建设模式趋同，可归纳为三类：基于公网切片的 5G 虚拟专网模式、基于用户面下沉的 5G 混合虚拟专网模式以及 5G独立专网模式。如图 10 所示，5G 虚拟专网，利用 5G 切片等技术在面向公众服务的网络中为企业用户提供网络质量（时延、带宽等）定制化的专用通道服务，可实现不同用户不同业务间的逻辑隔离；5G 混合虚拟专网，原有在运营商核心网侧部署的 UPF（用户面功能）等下沉部署在企业园区内或邻近企业园区，以保障企业业务数据本地存储，具有较高的安全性和实时性；5G 独立专网，构建工业企业专用的 5G网络，只承载企业自有业务，与公网隔离。现阶段，综合考虑业务需求、成本、安全性等因素，大中型企业普遍选择 5G混合专网的方式进行网络升级改造。来源：中国信息通信研究院 图 10“5G+工业互联网”企业融合组网 中国电信推出 5G定制网，采用“致远”“比邻”“如翼”三类服务模式。致远模式面向广域优先型行业客户场景提供定制网服务中国“5G+工业互联网”发展报告 19 模式；比邻模式面向时延敏感型客户场景提供定制网服务模式；如翼模式面向安全敏感型客户场景提供定制网服务模式。中国移动推出“优享”“专享”“尊享”三种模式。优享模式为垂直行业客户提供的业务优先保障和业务隔离的服务产品；专享模式提供定制化增强无线网络和高质量的数据通信业务；尊享模式为垂直行业客户构建专用的5G网络。中国联通推出“5G虚拟专网”“5G混合专网”“5G独立专网”三类专网策略。5G 虚拟专网是为用户提供一张时延和带宽有保障的虚拟专用网络；5G 混合专网为行业用户构建一张增强带宽、低时延、数据不出园的基础连接网络；独立混合组网为行业用户端到端构建一张与公网数据完全隔离的独立专网。（三）扁平化架构初步形成（三）扁平化架构初步形成 当前工业控制系统以传统的五层架构为主，即企业层、管理层、操作层、控制层和现场层。工业控制系统内的各生产线之间相互独立，生产数据由控制器上传到上层的 IT 网络后集中处理，上层的 IT网络难以触及现场层的生产系统，生产线之间无法进行深度协同。IT 网络与 OT 网络之间的不断融合与全域数据流通成为工业控制网络的发展趋势之一。工业控制网络扁平化框架逐步发力，5G 使能更便捷灵活的全域扁平化架构。当前业界领先企业已逐步采用 OT+IT+CT 扁平化的网络架构，相较于传统的五层工控网络架构，扁平化网络架构的优势在于原有五层架构下的工业设备之间都可以通过网关相互连接，实现网络联接与控制逻辑之间的解耦，同时也实现了预测性维护数据中国“5G+工业互联网”发展报告 20 流的从下至上的打通。基于有线网络实现扁平化架构受限于组网配置与有线网关端口的物理绑定，难以适应灵活快速的调整，且实现全域的扁平化架构配置较为复杂。5G 支持终端基于无线方式接入，天然提供全域一张网的基础架构，摆脱了物理线路和端口的绑定约束，可以灵活快速的进行组网配置等调整。此外，相比于 3G/4G，5G支持基于 5G LAN特性的二层接入，可方便的进行 OT和 IT网络的扁平化融合，基于 5G的切片功能还可进一步实现单个设备中的多个业务承载于不同 VLAN的能力。基于这些功能，5G可以更便捷的使能全域扁平化架构，使得工厂 IT 网络与 OT 网络间信息能更灵活的流转，最大程度地满足高层级系统向现场层延伸的需求，实时回传用于优化生产的数据。来源：施耐德电气 图 11 IT+OT扁平化架构与 IT+OT+CT 全扁平化架构对比 中国“5G+工业互联网”发展报告 21 四、应用探索纵横深化（一）典型场景落地见效，标准化研究同步推进（一）典型场景落地见效，标准化研究同步推进 当前我国工业互联网已基本形成数字化研发、智能化制造、网络化协同、个性化定制、服务化延伸、精益化管理六大典型融合应用的模式，覆盖 41 个国民经济大类。工业是 5G 融合应用的主阵地，全国“5G+工业互联网”项目超过 1800 个，覆盖航空、矿山、钢铁、港口、电力等 22 个国民经济重要行业，在众多行业加快六大新模式的普及，有力推动了工业转型升级和产业融通发展。“5G+工业互联网”应用正由生产外围生产现场监测、厂区智能物流等场景应用向产品协同研发设计、远程设备操控等各环节深层次延伸，涌现出了一批“5G+工业互联网”典型应用场景，服务多个行业,取得了明显成效，具备较强的复制推广和应用示范价值。在电子设备制造业、钢铁行业、采矿行业等国民经济重点行业中，涌现出一批较为典型的一些应用场景：例如电子设备制造业中的产线参数调整及设备灵活部署与 5G+AR 精密装备辅助装配等场景；装备制造业中的沉浸式异地协同设计、5G+AR 辅助飞机、船舶等部件装配与超高清飞机、汽车等部件表面质量检测等场景；石化化工行业中企业对水、电、汽、风、热等能源消耗数据进行能耗在线监测场景；港口行业中对装船机位置、姿态（俯仰角、回转角）连续、稳定、高精度测量等进行监测和控制等场景。2021 年 5 月，为系统总结发展成效，向更多行业和企业应用“5G+工业互联网”提供具有借鉴意义的模式和经验，工业和信息中国“5G+工业互联网”发展报告 22 化部发布了第一批“5G+工业互联网”十个典型应用场景和五个重点行业实践。11 月，在 2021 中国 5G+工业互联网大会上，工业和信息化部发布了第二批“5G+工业互联网”典型应用场景和重点行业实践。来源：中国信息通信研究院 图 12“5G+工业互联网”重点行业典型应用场