5G 工业互联网融合驱动新一轮工业数字化转型.pdf

5G+工业互联网融合驱动新一轮工业数字化转型周晓燕1，欧阳生林2，范文北21.中国电信股份有限公司四川分公司，四川成都 6100312.中国电信股份有限公司宜宾分公司，四川宜宾 644000摘要：针对工业企业面临的运营成本高、信息化程度低等困难问题，对工业数字化转型进行了深入分析。提出通过5G无线化改造、工业互联网等技术，降低企业成本，实现工业数字化转型。在此基础上，提出了5G+工业互联网的技术融合方案，设计了“5G+工业互联网”的整体架构，并构建完善的安全防护体系。接着探讨了典型应用场景，并对“5G+工业互联网”的未来展望，提出了5G+工业互联网的全面智能化与智慧城市的愿景。5G与工业互联网的深度融合，为工业数字化转型指明了方向，将有力推动我国经济高质量发展。关键词：5G；工业互联网；智慧园区；ULCL；DNN；MEC边缘计算中图分类号：TN915.857文献标识码：A文章编号：1672-0164（2023）06-0132-051引言1.15G+工业互联网的研究背景我国正处于工业化和信息化双轮驱动的战略机遇期，加快构建产业数字化发展的新优势，是适应新一轮科技革命和产业变革的必然选择。近期的两会“部长通道”上，工信部部长金壮龙提出：“5G+工业互联网的赋能对制造业跨越式发展非常重要，我们计划十四五期间建1万个以上的5G工厂。”15G作为新一代信息通信技术，具有低时延、高速度、高连接性2和灵活的网络切片等显著优势，深度融合工业互联网，将高效支撑工业生产方式的数字化、网络化、智能化转型升级3，提质增效、变革发展。积极推进5G和工业互联网融合创新，是贯彻新发展理念，构建新发展格局，推动高质量发展的必由之路。1.2目前工业企业面临的痛点我国工业企业目前普遍存在产业供给不足、IT-OT融合不足、规模推广困难、安全防护不足等痛点4，这些问题阻碍了工业企业的转型升级。而5G与工业互联网的融合创新，催生出了5G+工业互联网技术5。通过无线化改造，降低布线成本；借助工业互联网平台，打通应用孤岛实现数据共享；利用5G传感器和云智能分析，提升监控和运维水平。可见，5G+工业互联网技术直面工业企业痛点，有效推进我国产业的数字化、网络化、智能化转型。因此，深入研究5G与工业互联网融合发展，具有重大的应用价值和现实意义。1.35G+工业互联网的研究意义5G和工业互联网的深度融合已经成为产业数字化转型的重要内容。5G提供高带宽、低时延的通信技术支撑，是实现工业系统柔性再配置、智能协同的关键。工业互联网是数字经济建设的重要组成部分，将推动新一代信息技术赋能实体经济，促进经济高质量发展。5G与工业互联网融合，可以实现工业生产全面感知与连接，利用云计算、大数据、人工智能等技术，实现工业过程的自动化、智能化。可以看出，5G+工业互联网融合的研究对我国推动产业链数字化、智能化转型，构建新一代数字经济体系具有重要战略意义。25G+工业互联网关键技术2.15G网络关键技术5G作为IMT-20206制定的第5代移动通信技术，通过引入诸多前沿技术，实现了无线接入网关键能力的大幅提升，可为工业互联网提供高质量的无线通信服务。2.1.15G网络技术指标网络技术指标相比以往的移动通信技术，5G技术在融合工业互联网方面主要具有以下显著特性7：高带宽：5G系统峰值数据率达到20Gbps，极大满足工业传感控制、视频监控、机器人远程操控等对带宽的需求。低时延：5G空口时延可降低至1ms量级，大幅减少控制指令的时延，满足复杂互联环境中对实时控制的苛刻需求。高连接密度：单个基站覆盖连接密度可达百万级设备，充分满足IoT环境中海量异构设备并存的连接需求。高可靠性：5G 系统设计目标可靠性达到 99.999%，大幅减少链路中断对生产环境的影响。2.1.25G网络实现技术网络实现技术为实现上述指标的大幅提升，5G在空口接入技术和网络架构8上引入了多项原理性创新，主要包括：多输入多输出 MIMO：在基站设计中采用大规模天线阵列，可以显著提升系统容量。收稿日期：2023年7月31日；修回日期：2023年10月13日132C o m m u n i c a t i o n&I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y N o.6.2 0 2 3通信与信息技术 2 0 2 3 年第6 期(总第2 6 6 期)5 G+工业互联网融合驱动新一轮工业数字化转型周晓燕1,欧阳生林2,范文北21.中国电信股份有限公司四川分公司，四川成都 6 1 0 0 3 12.中国电信股份有限公司宜宾分公司，四川宜宾 6 4 4 0 0 0摘 要：针对工业企业面临的运营成本高、信息化程度低等困难问题，对工业数字化转型进行了深入分析。提出通过5 G 无线化改造、工业互联网等技术，降低企业成本，实现工业数字化转型。在此基础上，提出了5 G+工业互联网的技术融合方案，设计了“5 G+工业互联网”的整体架构，并构建完善的安全防护体系。接着探讨了典型应用场景，并对“5 G+工业互联网”的未来展望，提出了5 G+工业互联网的全面智能化与智慧城市的愿景。5 G 与工业互联网的深度融合，为工业数字化转型指明了方向，将有力推动我国经济高质量发展。关键词：5 G;工业互联网；智慧园区；U L C L;D N N;M E C 边缘计算中图分类号：T N 9 1 5.8 5 7文献标识码：A文章编号：1 6 7 2-0 1 6 4(2 0 2 3)0 6-0 1 3 2-0 51 引言1.1 5 G+工业互联网的研究背景我国正处于工业化和信息化双轮驱动的战略机遇期，加快构建产业数字化发展的新优势，是适应新一轮科技革命和产业变革的必然选择。近期的两会“部长通道”上，工信部部长金壮龙提出：“5 G+工业互联网的赋能对制造业跨越式发展非常重要，我们计划十四五期间建1万个以上的5 G 工厂。”“5 G 作为新一代信息通信技术，具有低时延、高速度、高连接性2 和灵活的网络切片等显著优势，深度融合工业互联网，将高效支撑工业生产方式的数字化、网络化、智能化转型升级B,提质增效、变革发展。积极推进5 G 和工业互联网融合创新，是贯彻新发展理念，构建新发展格局，推动高质量发展的必由之路。1.2 目前工业企业面临的痛点我国工业企业目前普遍存在产业供给不足、I T-O T 融合不足、规模推广困难、安全防护不足等痛点H,这些问题阻碍了工业企业的转型升级。而5 G 与工业互联网的融合创新，催生出了5 G+工业互联网技术9。通过无线化改造，降低布线成本；借助工业互联网平台，打通应用孤岛实现数据共享；利用5 G 传感器和云智能分析，提升监控和运维水平。可见，5 G+工业互联网技术直面工业企业痛点，有效推进我国产业的数字化、网络化、智能化转型。因此，深入研究5 G 与工业互联网融合发展，具有重大的应用价值和现实意义。1.3 5 G+工业互联网的研究意义5 G 和工业互联网的深度融合已经成为产业数字化转型的重要内容。5 G 提供高带宽、低时延的通信技术支撑，是实现工业系统柔性再配置、智能协同的关键。工业互联网是数字经济建设的重要组成部分，将推动新一代信息技术赋能实体经济，促进经济高质量发展。5 G 与工业互联网融合，可以实现工业生产全面感知与连接，利用云计算、大数据、人工智能等技术，实现工业过程的自动化、智能化。可以看出，5 G+工业互联网融合的研究对我国推动产业链数字化、智能化转型，构建新一代数字经济体系具有重要战略意义。2 5 G+工业互联网关键技术2.1 5 G 网络关键技术5 G 作为I M T-2 0 2 0 制定的第5 代移动通信技术，通过引入诸多前沿技术，实现了无线接入网关键能力的大幅提升，可为工业互联网提供高质量的无线通信服务。2.1.1 5 G 网络技术指标相比以往的移动通信技术，5 G 技术在融合工业互联网方面主要具有以下显著特性I:高带宽：5 G 系统峰值数据率达到2 0 G b p s,极大满足工业传感控制、视频监控、机器人远程操控等对带宽的需求。低时延：5 G 空口时延可降低至1 m s 量级，大幅减少控制指令的时延，满足复杂互联环境中对实时控制的苛刻需求。高连接密度：单个基站覆盖连接密度可达百万级设备，充分满足I o T 环境中海量异构设备并存的连接需求。高可靠性：5 G 系统设计目标可靠性达到9 9.9 9 9%,大幅减少链路中断对生产环境的影响。2.1.2 5 G 网络实现技术为实现上述指标的大幅提升，5 G 在空口接入技术和网络架构图上引入了多项原理性创新，主要包括：多输入多输出M I M O:在基站设计中采用大规模天线阵列，可以显著提升系统容量。收稿日期：2 0 2 3 年7 月3 1 日；修回日期：2 0 2 3 年1 0 月1 3 日1 3 2毫米波通信：利用30300GHz的毫米波频段，获得宽阔的频谱资源。新型随机接入：支持海量设备随机接入，减少接入冲突。新型调制编码：采用新型 SCMA、Polar 码等技术，提升频谱利用效率。软件定义网络：通过云化和虚拟化技术创新网络架构。移动边缘计算（Mobile Edge Computing,MEC）：通过MEC服务器提升边缘计算和缓存能力。网络切片：通过NVF9(Network Virtual Function，网络功能虚拟化）实现网络的逻辑划分。2.2工业互联网平台标准架构2.2.1定义与概念定义与概念工业互联网10是将现代互联网技术与传统工业生产深度融合的新型产业发展模式。它通过物联网、大数据、云计算以及人工智能等关键技术，实现设备、工厂和企业之间的连接、交互和智能化，从而推动工业领域的数字化转型和智能化升级。2.2.2工业互联网平台及其关键功能工业互联网平台及其关键功能工业互联网平台11是为满足制造业数字化、网络化和智能化需求而构建的服务体系。其核心在于基于海量数据采集、汇聚、互联互通和分析，为制造业提供弹性供给和高效配置的工业云平台。在该平台上，各类传感器、设备和工具通过物联网技术实现连接，实现设备之间、设备与系统之间的数据传输和交换。通过云计算和边缘计算技术，平台将数据传输至云端或设备端进行存储和处理，实现大规模的数据分析和计算。同时，工业互联网平台结合大数据分析和人工智能，从海量数据中提取有价值的信息，为决策和优化提供智能支持。这样的工业互联网平台使得制造业具备了“感知、思考、决策、执行”的智能能力，实现了数据驱动的精细化生产管理。从物料采购、生产调度到质量检测、设备维护，各个环节通过数据共享和实时交互，实现高效的协同和决策。最终，工业互联网平台支撑制造资源的泛在连接，实现资源优化配置和产能提升。2.35G+工业互联网的技术融合方案随着工业互联网的蓬勃发展，5G作为第五代移动通信技术，正逐渐成为工业互联网的重要支撑。通过将5G网络与工业互联网技术相融合，产生了一系列创新性的解决方案，为工业生产带来更高效、智能化的成果。将深入探讨5G+工业互联网的整体架构，涵盖5G双域专网中的ULCL（Uplink Classifier,上 行 分 类 器）和 DNN（Data NetworkName,数据网络名称）分流技术，MEC边缘计算技术，以及工业互联网技术的重要性。2.3.15G双域专网中的双域专网中的ULCL和和DNN分流技术分流技术5G双域专网12是一种将公共5G网络与私有5G网络相结合的先进网络架构，为工业生产提供个性化、安全可靠的通信服务。在工业场景中，时延和通信可靠性尤为重要，因此5G双域专网发挥着关键作用。ULCL技术13是5G网络的一个重要特性，它通过对无线资源的优化分配和调度，确保上行数据传输的高可靠性和低时延。在对通信时延要求极高的工业自动化控制和机器人操作等场景中，ULCL技术能够有效提升通信性能，满足关键业务的需求。ULCL通过虚拟化技术进行网络切片，将物理网络划分为多个逻辑网络的方式，可为不同工业应用提供定制化的网络服务。ULCL可根据访问类型，将业务分流到企业专网或公网。对访问内部资源的流量，可在边缘UPF进行分流，实现低时延本地处理。ULCL无需用户感知，实现省内、跨省的灵活分流，是构建5G双域专网的重要手段。而5G核心网采用用户面功能UPF实现切片分流，包括：ULCL UPF：专用于本地组播或广播业务，减少时延。I-UPF：专用于互联网访问业务。NPN UPF：专用于NPN(非公共网络)场景。此外，DNN分流技术13也是5G双域专网的关键技术之一。该技术用于标识切片，工业应用配置特定DNN访问对应的网络切片，允许终端设备同时连接公共5G网络和私有5G 网络，实现数据的无缝切换和平滑漫游。在工业生产中，设备和工人可能需要同时连接不同的网络，通过DNN分流技术，可以确保通信的连续性和可靠性，提高生产效率和灵活性。2.3.2MEC边缘计算技术边缘计算技术MEC边缘计算技术是一种新兴技术，它将计算和数据存储功能从传统核心网络下沉至接近终端用户的边缘节点14。通过在接入网边缘部署计算能力，MEC实现了低时延、高带宽和位置感知的计算服务，为各种应用场景提供了高效且实时的数据处理和决策支持。在工业应用中，MEC技术的关键作用在于将数据处理和计算任务下沉到设备附近，降低数据传输延迟，实现实时数据处理和决策，从而为工业生产提供了更高效、更智能的解决方案。2.3.3工业互联网技术工业互联网技术工业互联网技术涵盖了多种关键技术，其中包括工业以图1工业互联网平台标准架构图2双域专网获奖征文5G+工业互联网融合驱动新一轮工业数字化转型133获奖征文5 G+工业互联网融合驱动新一轮工业数字化转型毫米波通信：利用3 0 3 0 0 G H z 的毫米波频段，获得宽阔的频谱资源。新型随机接入：支持海量设备随机接入，减少接入冲突。新型调制编码：采用新型S C M A、P o l a r 码等技术，提升频谱利用效率。软件定义网络：通过云化和虚拟化技术创新网络架构。移动边缘计算(M o b i l e E d g e C o m p u t i n g,M E C):通过M E C 服务器提升边缘计算和缓存能力。网络切片：通过N V F(N e t w o r k V i r t u a l F u n c t i o n,网络功能虚拟化)实现网络的逻辑划分。2.2 工业互联网平台标准架构2.2.1 定义与概念工业互联网0 是将现代互联网技术与传统工业生产深度融合的新型产业发展模式。它通过物联网、大数据、云计算以及人工智能等关键技术，实现设备、工厂和企业之间的连接、交互和智能化，从而推动工业领域的数字化转型和智能化升级。2.2.2 工业互联网平台及其关键功能工业互联网平台是为满足制造业数字化、网络化和智能化需求而构建的服务体系。其核心在于基于海量数据采集、汇聚、互联互通和分析，为制造业提供弹性供给和高效配置的工业云平台。在该平台上，各类传感器、设备和工具通过物联网技术实现连接，实现设备之间、设备与系统之间的数据传输和交换。通过云计算和边缘计算技术，平台将数据传输至云端或设备端进行存储和处理，实现大规模的数据分析和计算。同时，工业互联网平台结合大数据分析和人工智能，从海量数据中提取有价值的信息，为决策和优化提供智能支持。这样的工业互联网平台使得制造业具备了“感知、思考、决策、执行”的智能能力，实现了数据驱动的精细化生产管理。从物料采购、生产调度到质量检测、设备维护，各个环节通过数据共享和实时交互，实现高效的协同和决策。最终，工业互联网平台支撑制造资源的泛在连接，实现资源优化配置和产能提升。用旋计A P P要检应用开发开波工具、制服务框)工业微服务组件库江业加的编体，常法件，报正一院L R P=s S工业数据建模和分析机理建模、机器学习、可视化)工业大数据系班(工业级犯流洗、管理、分析、可视化等)仿真基础平台(浮点算力等)通用P z a 5 平台预课部著和管理(资源管理、故弹恢复和运丝管理等)h n s 层云基础股施(股务借、存体，网络.虚拟化)边原理设备控入协收解析边缘数据处理图1 工业互联网平台标准架构2.3 5 G+工业互联网的技术融合方案随着工业互联网的蓬勃发展，5 G 作为第五代移动通信技术，正逐渐成为工业互联网的重要支撑。通过将5 G 网络与工业互联网技术相融合，产生了一系列创新性的解决方案，为工业生产带来更高效、智能化的成果。将深入探讨5 G+工业互联网的整体架构，涵盖5 G 双域专网中的U L C L(U p l i n k C l a s s i f i e r,上行分类器)和 D N N(D a t a N e t w o r kN a m e,数据网络名称)分流技术，M E C 边缘计算技术，以及工业互联网技术的重要性。5 G C 核心阀约司专线边绿机房W L C边缘云企业私有云园区图2 双域专网2.3.1 5 G 双域专网中的U L C L 和D N N 分流技术5 G 双域专网2|是一种将公共5 G 网络与私有5 G 网络相结合的先进网络架构，为工业生产提供个性化、安全可靠的通信服务。在工业场景中，时延和通信可靠性尤为重要，因此5 G 双域专网发挥着关键作用。U L C L 技术叫是5 G 网络的一个重要特性，它通过对无线资源的优化分配和调度，确保上行数据传输的高可靠性和低时延。在对通信时延要求极高的工业自动化控制和机器人操作等场景中，U L C L 技术能够有效提升通信性能，满足关键业务的需求。U L C L 通过虚拟化技术进行网络切片，将物理网络划分为多个逻辑网络的方式，可为不同工业应用提供定制化的网络服务。U L C L 可根据访问类型，将业务分流到企业专网或公网。对访问内部资源的流量，可在边缘U P F进行分流，实现低时延本地处理。U L C L 无需用户感知，实现省内、跨省的灵活分流，是构建5 G 双域专网的重要手段。而5 G 核心网采用用户面功能U P F 实现切片分流，包括：U L C L U P F:专用于本地组播或广播业务，减少时延。I-U P F:专用于互联网访问业务。N P N U P F:专用于N P N(非公共网络)场景。此外，D N N 分流技术3 也是5 G 双域专网的关键技术之一。该技术用于标识切片，工业应用配置特定D N N 访问对应的网络切片，允许终端设备同时连接公共5 G 网络和私有5 G 网络，实现数据的无缝切换和平滑漫游。在工业生产中，设备和工人可能需要同时连接不同的网络，通过D N N分流技术，可以确保通信的连续性和可靠性，提高生产效率和灵活性。2.3.2 M E C 边缘计算技术M E C 边缘计算技术是一种新兴技术，它将计算和数据存储功能从传统核心网络下沉至接近终端用户的边缘节点H。通过在接入网边缘部署计算能力，M E C 实现了低时延、高带宽和位置感知的计算服务，为各种应用场景提供了高效且实时的数据处理和决策支持。在工业应用中，M E C 技术的关键作用在于将数据处理和计算任务下沉到设备附近，降低数据传输延迟，实现实时数据处理和决策，从而为工业生产提供了更高效、更智能的解决方案。2.3.3 工业互联网技术工业互联网技术涵盖了多种关键技术，其中包括工业以1 3 3太网和工业PON（Passive Optical Network，无源光网络）等。工业以太网15是一种广泛应用于工业场景的局域网技术，具备高带宽、低时延和可靠稳定的特点。它为工业自动化控制和数据采集提供了高效可靠的通信基础，在智慧园区的智能设备之间实现快速数据传输和控制。然而，工业以太网也存在一些缺点。其中，最为突出就是布线距离短和电磁干扰问题。由于传统以太网使用的铜缆在传输数据时会面临信号衰减的问题，因此在较长距离传输时，信号质量可能会下降，增加了网络布线的复杂性和成本。同时，在工业环境中存在大量的电气设备和电源线路，它们可能产生电磁干扰，影响到工业以太网的传输质量，可能导致数据传输错误、丢包等问题，降低了网络的稳定性和可靠性。相比之下，工业PON技术16是一种光纤接入技术，通过光分纤技术将网络信号传输到不同的终端设备，实现网络的灵活部署和资源共享。光纤传输能够满足大规模数据传输的需求，支持高速数据传输，使得智慧园区内的各种智能设备能够快速、稳定地进行数据交换和通信。此外，工业PON技术采用光分纤技术，使得网络的扩展更加灵活，提高了网络的资源利用率和部署的灵活性。因此，智慧园区采用全光网技术进行办公和安防网络构建，可以显著降低能源消耗，减少网络运维成本，从而实现节能减排的目标，同时提供更可靠的高速数据传输，为智慧园区的数字化转型和智能化升级提供有力支持。然而，企业可以根据自身需要合理搭配选择技术。对于一些较小规模的智慧园区或特定的工业应用场景，工业以太网可能仍然是一种可行的选择。在实际应用中，可以根据网络需求、预算、可靠性等因素，灵活选择工业以太网和工业PON技术，以实现最佳的网络性能和效益。综上所述，5G+工业互联网的关键技术17是将5G移动通信技术与工业互联网技术相融合，实现智能化的工业生产模式。5G双域专网的 ULCL技术通过虚拟化网络切片，为不同工业应用提供个性化的网络服务，确保关键业务的高可靠性和低时延。同时，DNN分流技术允许终端设备同时连接公共5G网络和私有5G网络，实现数据的无缝切换和平滑漫游，保证通信的连续性和可靠性。而MEC边缘计算技术将计算和数据存储功能下沉到设备附近，实现低时延、高带宽、位置感知的计算服务，为工业生产提供了更高效的计算服务支持。同时，工业PON技术具备高带宽、稳定性和节能减排的优势，使得智慧园区的智能设备能够快速、稳定地进行数据交换和通信，提高了网络的资源利用率和部署的灵活性。这两种关键技术的融合应用，将推动工业生产的数字化转型和智能化升级。随着5G技术和工业互联网技术的不断发展，5G+工业互联网技术融合将为工业生产带来更多创新和发展机遇。3网络架构与安全体系3.1“5G+工业互联网”整体架构在5G+工业互联网融合中，网络架构扮演着关键角色，连接和支持各种智能化应用和设备。整体架构可以分为感知层、网络层、应用层和平台层四个层面，每个层面都在实现工业的数字化转型和智能化升级中发挥着重要作用。（1）感知层感知层是5G+工业互联网的基础，它包含了各类传感器和终端设备。通过这些传感器和设备，工业互联网平台借助网络层可以实时感知和采集现场的各种数据和信息。（2）网络层网络层是将感知层的传感器和终端设备互联的关键环节。在5G+工业互联网中，网络层采用多种技术来实现设备之间的高效通信，其中包括5G网络、现场总线、工业以太网和工业PON等。5G网络提供了高速、低延迟、高可靠性的无线传输支撑，为工业设备之间的连接和数据传输提供了强大的基础。同时，现场总线、工业以太网和工业PON等有线通信技术也广泛应用于工业自动化领域，为非5G终端设备提供稳定可靠的数据传输通道。（3）应用层应用层是5G+工业互联网的智能化体现，包括了各种智能化应用和系统。在工业生产中，各种智能应用不断涌现，如AGV调度系统、视频AI监控系统、数字孪生、机器视觉质检、AR运维系统等。这些应用利用感知层采集的数据，并通过网络层传输至应用层进行实时处理和决策。智能化应用的广泛应用提高了生产效率、降低了生产成本，并提供了更高的品质和安全保障。（4）平台层平台层是整个架构的核心，它是工业互联网平台的重要组成部分。工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化、智能化需求的服务体系，用于汇聚感知层、网络层和应用层的数据和信息，并提供相应的计算和分析能力。平台层整合了感知MES、ERP、SCM、PLM、SCADA、DCS等各类数据，通过MEC/云服务器为应用提供计算服务能力，这使得5G+工业互联网成为现代制造业数字化转型的重要支撑。3.2安全防护体系在5G+工业互联网中，安全性是至关重要的考虑因素。由于工业生产涉及重要的数据和信息交换，安全防护机制成为保障5G+工业互联网稳定运行和数据安全的关键手段。安全体系应贯穿感知层、网络层、应用层和平台层各个层面。（1）物理安全物理安全是最基本的安全保障手段，它包括对设备和感知层设施的物理保护。对于传感器、工厂机床和其他工业设备，应采取合适的安装位置和防护措施，避免被未授权图3“5G+工业互联网”整体架构134通信与信息技术 2 0 2 3 年第6 期(总第2 6 6 期)太网和工业P O N(P a s s i v e O p t i c a l N e t w o r k,无源光网络)等。工业以太网9 是一种广泛应用于工业场景的局域网技术，具备高带宽、低时延和可靠稳定的特点。它为工业自动化控制和数据采集提供了高效可靠的通信基础，在智慧园区的智能设备之间实现快速数据传输和控制。然而，工业以太网也存在一些缺点。其中，最为突出就是布线距离短和电磁干扰问题。由于传统以太网使用的铜缆在传输数据时会面临信号衰减的问题，因此在较长距离传输时，信号质量可能会下降，增加了网络布线的复杂性和成本。同时，在工业环境中存在大量的电气设备和电源线路，它们可能产生电磁干扰，影响到工业以太网的传输质量，可能导致数据传输错误、丢包等问题，降低了网络的稳定性和可靠性。相比之下，工业 P O N 技术是一种光纤接入技术，通过光分纤技术将网络信号传输到不同的终端设备，实现网络的灵活部署和资源共享。光纤传输能够满足大规模数据传输的需求，支持高速数据传输，使得智慧园区内的各种智能设备能够快速、稳定地进行数据交换和通信。此外，工业P O N 技术采用光分纤技术，使得网络的扩展更加灵活，提高了网络的资源利用率和部署的灵活性。因此，智慧园区采用全光网技术进行办公和安防网络构建，可以显著降低能源消耗，减少网络运维成本，从而实现节能减排的目标，同时提供更可靠的高速数据传输，为智慧园区的数字化转型和智能化升级提供有力支持。然而，企业可以根据自身需要合理搭配选择技术。对于一些较小规模的智慧园区或特定的工业应用场景，工业以太网可能仍然是一种可行的选择。在实际应用中，可以根据网络需求、预算、可靠性等因素，灵活选择工业以太网和工业P O N 技术，以实现最佳的网络性能和效益。综上所述，5 G+工业互联网的关键技术是将5 G 移动通信技术与工业互联网技术相融合，实现智能化的工业生产模式。5 G 双域专网的U L C L 技术通过虚拟化网络切片，为不同工业应用提供个性化的网络服务，确保关键业务的高可靠性和低时延。同时，D N N 分流技术允许终端设备同时连接公共5 G 网络和私有5 G 网络，实现数据的无缝切换和平滑漫游，保证通信的连续性和可靠性。而M E C 边缘计算技术将计算和数据存储功能下沉到设备附近，实现低时延、高带宽、位置感知的计算服务，为工业生产提供了更高效的计算服务支持。同时，工业P O N 技术具备高带宽、稳定性和节能减排的优势，使得智慧园区的智能设备能够快速、稳定地进行数据交换和通信，提高了网络的资源利用率和部署的灵活性。这两种关键技术的融合应用，将推动工业生产的数字化转型和智能化升级。随着5 G 技术和工业互联网技术的不断发展，5 G+工业互联网技术融合将为工业生产带来更多创新和发展机遇。3 网络架构与安全体系3.1“5 G+工业互联网”整体架构在5 G+工业互联网融合中，网络架构扮演着关键角色，连接和支持各种智能化应用和设备。整体架构可以分为感知层、网络层、应用层和平台层四个层面，每个层面都在实现工业的数字化转型和智能化升级中发挥着重要作用。应用凝平台属网路混M BPS C MP M5 C A D AM E E/云墨务图D c s工业五R R/I T A P O N心密蘸舞器整露融醒I NmI1o m解AA 0 a 1 年器图3 “5 G+工业互联网”整体架构(1)感知层感知层是5 G+工业互联网的基础，它包含了各类传感器和终端设备。通过这些传感器和设备，工业互联网平台借助网络层可以实时感知和采集现场的各种数据和信息。(2)网络层网络层是将感知层的传感器和终端设备互联的关键环节。在5 G+工业互联网中，网络层采用多种技术来实现设备之间的高效通信，其中包括5 G 网络、现场总线、工业以太网和工业P O N 等。5 G 网络提供了高速、低延迟、高可靠性的无线传输支撑，为工业设备之间的连接和数据传输提供了强大的基础。同时，现场总线、工业以太网和工业P O N 等有线通信技术也广泛应用于工业自动化领域，为非5 G 终端设备提供稳定可靠的数据传输通道。(3)应用层应用层是5 G+工业互联网的智能化体现，包括了各种智能化应用和系统。在工业生产中，各种智能应用不断涌现，如A G V 调度系统、视频A I 监控系统、数字孪生、机器视觉质检、A R 运维系统等。这些应用利用感知层采集的数据，并通过网络层传输至应用层进行实时处理和决策。智能化应用的广泛应用提高了生产效率、降低了生产成本，并提供了更高的品质和安全保障。(4)平台层平台层是整个架构的核心，它是工业互联网平台的重要组成部分。工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化、智能化需求的服务体系，用于汇聚感知层、网络层和应用层的数据和信息，并提供相应的计算和分析能力。平台层整合了感知M E S、E R P、S C M、P L M、S C A D A、D C S 等各类数据，通过M E C/云服务器为应用提供计算服务能力，这使得5 G+工业互联网成为现代制造业数字化转型的重要支撑。3.2 安全防护体系在5 G+工业互联网中，安全性是至关重要的考虑因素。由于工业生产涉及重要的数据和信息交换，安全防护机制成为保障5 G+工业互联网稳定运行和数据安全的关键手段。安全体系应贯穿感知层、网络层、应用层和平台层各个层面。(1)物理安全物理安全是最基本的安全保障手段，它包括对设备和感知层设施的物理保护。对于传感器、工厂机床和其他工业设备，应采取合适的安装位置和防护措施，避免被未授权1 3 4人员访问和操作。对于移动机器人和AGV小车等设备，应设置有效的防碰撞和紧急停止措施，保障现场的人员安全。（2）网络安全网络安全是防范网络攻击和数据泄露的关键措施。在5G+工业互联网中，网络层的安全性尤为重要。必须采取有效的网络防火墙、数据加密和访问控制等手段，确保网络通信的安全可靠。此外，网络层还需要监测异常行为和入侵威胁，及时发现和应对潜在的安全风险。（3）数据安全数据安全是保障 5G+工业互联网核心资产的安全性。在应用层和平台层，各类数据被汇聚和分析，因此必须采取措施来保护数据的完整性和隐私。数据加密、权限控制和备份是常用的数据安全措施，可以有效降低数据泄露和丢失的风险。（4）运行安全运行安全是确保5G+工业互联网系统稳定运行的关键环节。必须定期进行系统安全检测和漏洞修复，以防范潜在的安全威胁。同时，建立完善的应急响应机制，以应对突发的安全事件和故障，保障系统的连续运行和生产效率。（5）应用安全应用安全是保护智能化应用和系统的安全性。在应用层中，各类智能化应用涉及关键的生产数据和决策信息，因此必须采取措施保障应用的完整性和稳定性。对于应用开发和运行过程中的漏洞和风险，及时进行修复和升级，是确保应用安全的关键步骤。总而言之，网络架构和安全体系在5G+工业互联网融合中至关重要。通过合理规划感知层、网络层、应用层和平台层的整体架构，并采取物理安全、网络安全、数据安全、运行安全和应用安全等多层次的安全防护机制，可以有效保障工业互联网的稳定运行和数据安全。在未来，随着技术的不断进步和完善，网络架构和安全体系将为工业数字化生产带来更高效、智能和安全的发展。4典型应用场景5G与工业互联网融合技术在工业领域带来了全新的可能性，推动了工业生产和管理的智能化、高效化发展。几个具有代表性的应用场景如下17。4.1智能制造5G的高带宽和低延迟特性为工业生产提供了可靠的通信基础。在智能制造中，工厂设备和机器人可以通过5G网络实现实时数据传输和互联互通。通过物联网技术，工业设备之间可以实现数据共享和协同，进一步优化生产流程，提高生产效率和产品质量。5G还支持大规模设备连接，使得工厂的自动化水平得以提升，为工业生产带来了更大的灵活性和可扩展性。智能制造将进一步推动工业生产向数字化、智能化转型，提升企业的核心竞争力。4.2远程监控与视觉检测借助5G的MEC边缘计算技术，监控系统实现了实时远程监控工业设备和生产过程，并在检测到问题时进行实时处理和报警。视觉检测系统部署在 MEC 边缘计算服务器中，通过5G低延迟的实时数据分析，快速识别设备异常或故障、产品的尺寸或表面缺陷、组装错误等问题，保障产品质量。一旦发现问题，MEC服务器立即向工厂操作人员或管理者发送实时警告，使得工作人员能够迅速采取措施，避免问题进一步扩大或传递。此外，MEC边缘计算技术还能与生产线控制系统实现实时协同，自动剔除或停机，进一步降低维修响应时间和成本，保障工业设备的稳定运行。这样的综合应用场景推动着工业生产向着数字化、智能化转型，为工业领域带来了更高的智能化水平。4.3智能物流物流车辆、无人机和配送机器人等智能设备在5G网络的加持下可以实现高效地数据通信和自主导航。实时数据传输和高度自动化的物流流程使得物品追踪、库存管理、配送路线规划等环节更加智能化和精确化。供应链中的不同环节可以实现高度的信息共享，提高供应链的可视性和响应速度。这些技术的应用将极大地提升物流的效率，降低成本，为各个行业提供更加稳定和高效的供应链体系。4.4数字孪生工厂数字孪生工厂是将实际工厂的物理过程与虚拟仿真相结合的概念。5G与工业互联网的融合为数字孪生工厂的实现提供了关键技术支持。通过5G网络，工厂的物理过程和虚拟模型可以实现高速、低延迟的数据交互，实时同步工厂的运行状态和虚拟模型的仿真结果。数字孪生工厂技术为企业提供了更准确的生产优化和决策制定依据，提高了工厂的生产效率和资源利用率。5对“5G+工业互联网”的未来展望随着5G+工业互联网的不断发展，未来将出现一系列令人振奋的前景。通过5G网络的高速传输，海量数据能够快速传输到云端进行实时处理和分析。人工智能技术将能够高效学习和提取有价值的信息，为各行业提供准确的决策支持。在这个全新的数字化时代，5G+工业互联网将在人工智能与大数据技术的驱动下，为各行各业带来全面智能化的变革。5.1全自动化生产与智能物流随着5G+工业互联网技术的不断发展，人工智能将在工业生产中发挥重要作用，通过5G网络的高速传输和低延迟，设备之间能够实现实时通信，从而实现高度智能化的生产流程。从购买到交付的整个流程都将变得高度智能化和自动化。消费者可以通过网上选定产品的型号和配置后，图4典型应用场景获奖征文5G+工业互联网融合驱动新一轮工业数字化转型135获奖征文5 G+工业互联网融合驱动新一轮工业数字化转型人员访问和操作。对于移动机器人和A G V 小车等设备，应设置有效的防碰撞和紧急停止措施，保障现场的人员安全。(2)网络安全网络安全是防范网络攻击和数据泄露的关键措施。在5 G+工业互联网中，网络层的安全性尤为重要。必须采取有效的网络防火墙、数据加密和访问控制等手段，确保网络通信的安全可靠。此外，网络层还需要监测异常行为和入侵威胁，及时发现和应对潜在的安全风险。(3)数据安全数据安全是保障5 G+工业互联网核心资产的安全性。在应用层和平台层，各类数据被汇聚和分析，因此必须采取措施来保护数据的完整性和隐私。数据加密、权限控制和备份是常用的数据安全措施，可以有效降低数据泄露和丢失的风险。(4)运行安全运行安全是确保5 G+工业互联网系统稳定运行的关键环节。必须定期进行系统安全检测和漏洞修复，以防范潜在的安全威胁。同时，建立完善的应急响应机制，以应对突发的安全事件和故障，保障系统的连续运行和生产效率。(5)应用安全应用安全是保护智能化应用和系统的安全性。在应用层中，各类智能化应用涉及关键的生产数据和决策信息，因此必须采取措施保障应用的完整性和稳定性。对于应用开发和运行过程中的漏洞和风险，及时进行修复和升级，是确保应用安全的关键步骤。总而言之，网络架构和安全体系在5 G+工业互联网融合中至关重要。通过合理规划感知层、网络层、应用层和平台层的整体架构，并采取物理安全、网络安全、数据安全、运行安全和应用安全等多层次的安全防护机制，可以有效