中国移动:面向工业互联网的5G网络

在第三届未来网络发展大会工业互联网技术创新与产业发展趋势分论坛上,中国移动张原莹先生发表了主题为《面向工业互联网的5G网络》演讲。为了给大家有一个比较清晰的表述,演讲内容分以下几点:1)工业互联网和5G为什么可以结合。2)工业互联网网络架构。3)工业互联网场景和网络需求。

工业制造正在从自动化向智能化转变

回顾一下工业发展从所谓工业1.0、2.0、3.0、4.0,其本质是什么?机械化1.0其实就是蒸汽机的发明带来了工业革命。2.o是电气化,大规模电气驱动取代了蒸汽机。3.0是数字化,电子技术、工业机器人和IT技术使得生产效率大大增加。最后是基于5G、大数据、物联网(传感器)的生产系统,这个被称为工业4.0,工业4.0的网络特征是智能化。

以信息化和智能化为代表的工业4.0将会极大提高工业生产水平,这是工业制造的一个趋势。工业4.0核心战略意义到底是什么样,看看在德国汉诺威展(工业界第一盛会),博士、高通和诺基亚怎么说的?

  • 博士:即将到来5G是工厂中枢神经系统,是其自动化努力核心,同时也是提升工业自动化可靠性和降低延迟关键。
  • 高通:5G工业市场将会有消费者市场的扩大而获取利益,由于工业设备可以从5G智能手机带来的强大的连接、底延迟中和安全中获益。
  • 诺基亚:5G网络切片和私有网络将在工业互联网中混合使用

对5G是工业互联网信息枢纽及信息核心观点,不仅仅是通讯设备制造的观点,同样也是国际大厂的理念。

大家对5G三大应用场景已经很熟悉了,中国移动做5G标准时已将将工业智能化作为一个基本标准考虑其中。5G标准协议和4G和3G标准是不一样的,以前网络只需满足客户终端能打电话、可以传输数据。5G有明显的变化,很多垂直行业的要求都是做5G标准一开始就要考虑的。

工业互联网到底是一个什么样的网络?在工业4.0的演进过程中,从信息化角度来说,5G、云计算、大数据甚至包括区块链、人工智能都会发挥比较重要的作用。5G低时延、高带宽、高可靠性、大连接能够为互联网无线传输提供应用条件。所以工业互联网其实才刚刚开始,这个是一个完全跨领域,跨行业新的生态,需要产业链里所有公司包括制造业、通信行业一起去努力推动。这个未来市场规模会非常大,82万亿美金,如此大的市场规模,可以颠覆整个产业生态。作为运营商最重要一件事是把网络建好。

我们面临的是怎样一张工业互联网

首先回顾一下工业互联网架构是什么样子。工厂网络本质上可以分成工厂内和工厂外两块网络,工厂内的网络就是场内机器如何连接到网络中,工厂外网络包括分厂之间的通信,厂区和数据分析中心之间的通信等等。
那蜂窝网络在工厂内外部网络能起到什么作用呢?下图给出了说明。标记的地方都是蜂窝网络起到的关键作用。

无线网络在工厂生产价值有怎样呢?首先看无线的部署方案和有线对比,可以看到很多区别。安装的成本,工程维护成本、管理成本都不一样。在硬件材料方面,很多厂区需要有一些具有腐蚀性东西,这些在高温条件下比较容易损坏,用户理所当然选择无线部署方案。还有涉及到柔性制造,现在工厂正在转型,转型的目标是定制化产品。工厂提出的柔性制造,能够很快改变设备部署的形态,改变机房模具,但这些东西用有线连接很困难,如果是无线难度就会降低很多,无线部署场景就很简单。其次在维护方面,无线网络肯定比有线网络更好维护,有线网络需要走线,而走线都需要维护。

当前工业领域亟需构建新一代连接

工业互联网对网络的需求,包括覆盖能力强,时延低、可靠性高、带垮大、连接数多、私密性可保障等特点。当前工业制造领域使用的无限通信协议众多、各有不足且相对封闭,工业设备互联互通困难,严重制约了设备上云,亟需构建能够兼容、多种协议的新一代无限技术体系。

以前工厂用于通信的主要有四种模式:1)短距无线,如蓝牙,Zigbee等用于传感器采集、资产管理。2)WiFi,主要用于仓储移动扫码、手持终端等。3)工业专用无线,如WIA-PA/FA。4)传统蜂窝无线,目前以2G/3G为主,用于工厂智能产品、大型设备/远程监控。这些方式各有不足,如下图所示:

工业互联网中5G的应用场景

工业互联网5G应用场景主要有哪些?第一工厂内工业控制,操作人员对工业设备和传感器进行各种各样的自动的计算,自动的控制。这个场景对时延高可靠性要求非常高。除此之外,还有其他五个比较常见的场景。自动驾驶或者送货机器人,在华为或者海尔的工厂里都能看到,很多货都是用自动驾驶小车送过货,这些小车需要用无线控制的。其次是海量传感器接入工厂监控,多台柔性机器人协作,边缘云提供端控制。还有AR/VR的辅助、工业智能诊断的维护和工业穿戴及工业图象处理,这些相对来说比较类似。

首先看工业控制,工业控制可分为设备内部控制、线体内及设备间控制、整个车间内生产控制。设备内控制需求是小于等于一毫秒时延,这个是狭义工业互联网指标要求。传统意义上设备内控制应该用有线控制解决的,无线能不能解决?目前5G R15的版本还解决不了,R16版本正在努力解决这个问题。

第二场景自动驾驶和送货机器人,基于不同的技术指标有不同传输带宽。工业互联网不是传统意义上网络很大一个因素来自于类似于视觉定位视觉控制,工厂现在对基于8K视频或者基于AR/VR视觉控制要求是很高的。其他场景如AR/VR、智能诊断维护都有其他特点和需求。

通过以上分析可以看一出,从工厂控制到工厂监控、AGV、工厂VRAR和智能诊断维护。有一些的应用比如智能诊断不仅对时延和可靠性提出了要求,对于带宽也有很大的要求。工业互联网在一些网络指标需求不是单一的。

面向工业互联网的5G关键技术

未来网络应该是什么状态,具体来看就是不同技术。在工业互联网低时延技术包括Minislot、上行免授权、FDD传输和子载波间隔。

工业互联网中不得不提的另一个技术是切片,它灵活定制组合满足垂直行业差异化业务需求。无论在核心网还是无线都可以为用户提供一个更好的网络保障,无论用户所定义网络保障是什么。

MEC也是一个关键技术,MEC是一个边缘服务器,使得工厂的数据不用出厂就可以获得处理。边缘服务器就是负责转发处理,而4G的时代只能UPF做数据转发。5G时代,用户可以自己做也可以让华为中心提供。不管怎么说对于数据不出厂是有解决方案,此外就是通过这种本地转发也可以减轻些工网传输和核心网的工作负载。边缘计算适用于工业互联网尤其是高清摄像或大流量业务。

张原莹先生认为2019年是工业互联网的元年,2019年5G网络正式部署,目前5G标准还是分阶段的,现在部署的R15版本主要面向EMBB的,大带宽业务。今年年底将要冻结R16的版本才是中国移动面临的挑战,上述很多技术是围绕R16版本展开。中国移动也是基于这样运营的架构从NSA向SA演进,为工业互联网提供一个最好的网络能力。


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SDNLAB君 发表于19-05-24
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