协同推进园区网与现场网建设，实现5G全连接工厂

        2022年8月，工信部下发了《5G全连接工厂建设指南》（下文简称《指南》），不仅明确了5G全连接工厂的定义，还对5G全连接工厂的建设内容和建设原则提出了明确要求。本文围绕《指南》中对全连接工厂5G网络建设的要求和原则，通过归纳应用场景，分析关键要求，讨论全连接工厂5G网络的构成，提出产业链各方协同推进全连接工厂5G网络建设的一些建议。

5G全连接工厂应用场景和关键要求

        依据《指南》中的“遵循规律，需求导向” 的建设原则，聚焦重点行业和典型业务，我们归纳总结切实需要引入5G网络的主要场景，可以分为以下几个大类：

        - 可移动：业务连接会大范围移动，无法采用有线连接；典型业务有AGV、无人矿卡、无人集卡、无人机巡检、定位/可穿戴/AR等；

        - 易磨损：业务连接会摆动/旋转，有线因磨损易断线停产；典型业务有天车远控、岸桥远控、采煤机远控等；

        - 泛连接：业务连接数量大，数据量少，采用有线成本高；典型业务有环境/设备监控、差动保护/光伏面板控制等；

        - 难改造：业务场景特殊，较难实施环境或设备改造以敷设网络线缆；典型业务有化工厂安全监控、机器视觉等。

        针对上述适用场景，要支撑行业客户的数字化转型，5G网络应满足下列关键要求：

        - 全覆盖：要保证整个工厂范围内，手机、平板、手环等设备都接入5G网络，才能普遍应用定位、AR辅助作业等技术，实现更完善的安全管理、更高效的生产作业；

        - 高可靠：上岸桥远控、天车远控钢水运输等业务都是生产的关键环节，5G网络故障会直接影响生产作业的安全和效率，所以网络必须具有高可靠性；

        - 高性能：上岸桥远控、机器视觉质检等业务，对传输时延、带宽有远高于公用移动网络的刚性要求，5G网络必须提供确定性的保障，而不是尽力而为的服务；

        - 低成本：要实现工厂全覆盖，要提供成百上千个设备的网络连接，单位面积及单个连接上的成本必须足够低，才能获得广泛应用；而且成本不仅包括设备、部署等CAPEX的部分，也包括能耗、运维等OPEX的部分；

        - 易部署：制造行业在数字化转型中，需要支持柔性生产，即生产线能便捷地调整和移动，5G网络覆盖也必须随产线一起调整和移动；依赖外部人员执行不仅成本高，而且周期长，这种场景下5G网络必须支持由企业人员自行调整部署；

        - 易运维：在工厂逐步实现数字化转型的过程中，应用5G网络的业务会不断增加和调整，依赖外部专业网络运维人员进行业务部署/调整/监控，不仅成本高，而且周期长，另外很多行业有特别的人员准入要求，这就要求5G网络必须提供企业客户自助运维的能力。

5G园区网与5G现场网

        面对上述挑战，完全基于现有公用移动网络，很难满足高可靠、高性能、易部署的要求；完全新建专用网络，也很难满足全覆盖、低成本的要求。可见要建设真正能用、好用、可商用的全连接工厂5G网络，要落实《指南》在建设原则中要求的“注重实效，有序推进”，结合公网和专网，各取所长，形成面向全连接工厂的5G园区网（主要对应“工厂级”）和面向全连接工厂的5G现场网（主要对应“产线级”和“车间级”），共同组成面向全连接工厂的5G网络。

5G园区网

        5G园区网以5G公网为基础，使用5G公网频段，为工厂提供全域连续覆盖的通信网，支持公网用户和专网用户的接入，通过设置公网切片、专网IT域切片、专网OT域切片实现公专网隔离及专网内分域隔离。针对专网业务更高的性能要求，通过资源预留、差异化保障，实现更低时延、更大带宽、更高可用性；针对专网业务更高的安全要求，通过业务数据本地分流，保障业务数据不出园区；通过用户接入域的准入控制，保障公网用户无法访问专网内容。

        5G园区网整体由运营商负责运维管理。为了让行业客户及时了解专网业务的运行状态，运营商开放专网业务的性能统计数据。为了提升专网业务部署和开通的效率，运营商向行业客户开放部分配置业务属性和业务要求的接口，允许行业客户在签约权益范围内自行配置和调整专网业务。

        5G公网规划和建设时，不一定考虑了专网业务需求和分布，在规划5G园区网时需考虑：

        - 当5G园区网仅在容量或覆盖方面不能满足需求时，应当按需增加站点，使用5G公网频段，补齐覆盖和容量；

        - 当5G园区网受限于频段、组网架构等因素，在可用性、时延、确定性保障等方面无法满足部分有极致要求的专网业务时，就需要新建5G现场网以支撑OT域业务对网络性能的要求。

5G现场网

        5G现场网由专用网络设备组成，使用专用频段，仅为特定业务的作业区域提供覆盖；仅允许特定业务接入，通过CAG（closed access group）、UAC（unified access control）等准入控制技术禁止公网用户接入，最大化降低网络服务的不确定性。业务保障方面，针对特定业务的可用性、时延等要求，结合业务特征，选择匹配的网络架构、帧格式等小区配置，调度策略等业务参数，实现特定业务的极致SLA保障；主要采用物理隔离的方式来实现网络安全，除单独部署5G基站之外，还可单独部署UDM、AMF、SMF、UPF，以匹配行业客户对网络安全的需求。运维管理方面，通信专业性要求不高的工作，如设备开通、业务部署等，由行业客户负责；通信专业性要求较高的工作，如复杂故障定位、覆盖调优、整体性能优化等，由运营商负责。网络规划方面，5G现场网规模远小于公网，网规人工成本占比远大于公网，为保证商用竞争力，必须提升操作效率，最小化人力投入。可采用以下技术提升网络规划效率：

        - 远程化：外包采集环境照片和激光点云数据，远程完成环境建模；

        - 自动化：基于环境模型、业务SLA，自动构建数字孪生网络，输出网络配置；

        - 预配置：网络设备进场前预装版本和参数配置，实现现场即插即用。

5G全连接工厂协同建设建议

        全连接工厂的建设就是充分集成新一代信息通信技术，深度融合信息技术（IT）和运营技术（OT），充分利用数据要素和创新应用的过程。其中5G网络的建设同样需要行业企业、电信运营商、网络设备商、终端制造商的共同参与，就需要依据《指南》在建设原则中要求的“融合创新，协同发展”，组织各方共同探索。同时因为5G园区网和5G现场网在各方面都有很大的差异，开展推进时应充分考虑两者的实际情况。

        5G园区网基于5G公网建设，不涉及新机型，相关专网隔离、专网组网、业务保障等方案已比较成熟，具备大规模部署的基本条件，只是行业客户对5G技术不熟悉，缺少部署5G网络的规范和案例参考。因此，现阶段推进5G园区网的主要建议是：

        - 对齐规范：聚焦重点行业，由行业专家、电信企业、网络设备商、终端制造商一同制定行业5G园区网规范，包括行业特定的场景基线（覆盖、组网、业务），以及5G园区网能力基线（网络能力、终端能力），进而推动形成行业标准。

        - 组织验证：组织包括行业应用、终端、5G网络各方的端到端实验室测试及行业现场测试，验证行业5G园区网规范的有效性。

        - 推进行标：基于已验证的行业5G园区网规范，在CCSA等标准组织中，争取更多行业专家和厂商的共识，形成产业链各方均认可的行业标准。

        5G现场网是新建专用网络，在组网、性能、运维等方面都与公网有很大的差别。虽然新设备、新架构、新技术已具备预商用或早期商用的能力，但面向规模商用还不完善。因此，现阶段推进5G现场网的主要建议是：

        - 积极应用：针对5G园区网无法满足，且行业客户有明确需求的场景，积极部署5G现场网，验证新设备、新架构、新技术的实际效果；

        - 现场拉通：针对5G现场网尚未满足的需求，组织电信运营商、网络设备商、终端制造商一同研讨解决方案，敏捷开发迭代，现场验证方案。

        综上所述，建设全连接工厂5G网络的过程中，应先基于公网建设5G园区网，实现全域连续覆盖；再依据实际需求建设5G现场网，支撑核心业务连接。当前产业链各方应聚焦重点行业，拉齐5G园区网方案，以横向推广5G全连接工厂的初期建设。同时也应积极探索5G现场网的新架构、新技术，不断完善保障OT域业务的能力，以纵向深化5G支撑更多行业场景。