“1+N”5G专网模式，推动5G从园区网深入现场网

        工业不仅仅是国民经济的主导，更是社会经济发展的基础。近年来，我国陆续出台“5G应用‘扬帆行动’计划”“‘5G+工业互联网’512工程”等战略计划，促进产业各界进行5G与工业互联网的融合创新。“5G+工业互联网”已逐渐成为加速中国新型工业化进程的重要支撑。

        多年来，中兴通讯和三大运营商以及各行业伙伴一起进行了5G应用的广泛实践和优化迭代，摸索出“1张园区网+N个现场网”的5G专网模式，带领5G应用逐步从园区网深入现场网，将“5G全连接工厂”的理念从工厂级、车间级到产线级，逐级落到实处，助力“5G+工业互联网”的深入拓展。

为什么需要5G现场网

        中国一直在推动产业转型升级，加强自主创新，发展高端制造、智能制造，期望把智能制造融入千行百业，助推传统产业在转型升级中提质增效。为贯彻和支撑国家的产业转型升级战略，工业和信息化部联合多部门，于2022年8月印发《5G全连接工厂建设指南》，旨在进一步推动“5G+工业互联网”融合应用由“外围应用”向“生产核心”渗透，深入推动产业转型升级。

        与此同时，钢铁、矿山、港口、冶金、制造等各行业，都在由龙头企业牵头，积极研究和实践数字化转型之路。比如钢铁工业加大了信息化、数字化、网络化、智能化的投入力度，行业数字化发展水平明显提升。目前，国内超过80%的钢铁企业在推动智能制造，钢铁龙头骨干企业已基本完成产线级基础自动化、过程控制系统、生产执行系统、制造管理系统自上而下纵向集成的四级体系。

        5G作为一种无线技术，将助力生产域应用由浅入深地“剪辫子”，摆脱线缆限制。深入生产域，对5G技术来说，是机遇也是挑战。生产应用的确定性要求很高，仍需要产业链的不断探索和提升。对于行业客户来说，5G的高性能和无线化将从根本上改变其生产方式，助力实现柔性生产，带来产能、效益、人力、安全等多方面的价值潜力；对于运营商来说，应用越深入，价值潜力越大，用户粘性越高，将开辟出一片新的价值蓝海。

        生产域应用有着其特有的诉求，首先，生产域应用对确定性有极致要求，而现有的园区网保障能力依托于大网，难以应用各种严苛的确定性保障措施；其次，每个现场网是一个最小的数据自治单位，数据的产生/接收/处理都需要在现场网自闭环，从而最大限度地保障连续性和安全性，而园区网数据依托于远端公有云，或者是下沉到园区级的数据闭环，难以匹配生产现场数据的自闭环；此外，一部分现场网，特别是部分产线需要在集成商预集成，并能随着产线的移动而自由迁移，不受大网影响，而园区网服务于多个业务，甚至服务于公网用户，难以匹配产线的预集成和迁移。因此，直接依托园区网去服务生产现场，存在诸多限制，难以匹配生产域的特有诉求。我们推荐在现有园区网的基础上，按需叠加生产现场网，即构建1张园区网+N个现场网的“1+N”分层5G专网模式，从而更好地服务于生产域。

现场网的核心需求和挑战

        PLC（programmable logic controller）是工业控制的基石，PLC改造是数字化转型的关键。传统的现场工控网都是以PLC为核心，通过有线网络（工业以太网、现场总线等）连接现场各环节设备。传统现场工控网数字化转型面临的主要问题是：部署调整难，有线网络部署难，容易故障，产线调整困难，柔性程度低，无法匹配业务的升级换代；经济成本高，传统PLC生态封闭，七国八制，供应商定期升级软硬件收费昂贵；国产化程度低，存在卡脖子风险。

        我们在多个行业展开场景化应用改造的摸索实践：钢铁无人天车场景，移动的天车和后台自动化控制系统可借助5G实现PLC北向“剪辫子”，从而让无人天车的部署更加便捷，也避免了线缆随天车移动带来的诸多隐患和故障点；物流自动分拣场景，分拣机各设备之间需要协同配合，常规大型自动控制中心有数千点位的PLC的协同控制，借助5G实现主从PLC“剪辫子”，可极大简化物流中心的线缆部署，是自动化分拣系统升级的最佳方式；3C电子制造场景，生产任务随订单调整，柔性需求高，借助5G可实现PLC控制和设备之家的南向“剪辫子”，让整个产线实现无线化部署，利于柔性化生产。

        综合各典型现场网场景，我们发现，5G要服务车间级和现场级的生产域网络，面临三大挑战：

    - 性能保障难：随着5G“剪辫子”的逐级深入，性能保障难度加大，比如，南向PLC需要超低时延保障；

    - 云网业兼顾：行业应用通过5G“剪辫子”后，便于业务集中部署，云化是当前的发展趋势，需要考虑如何同时兼顾5G网络+云平台+云化PLC等多样化应用；

    - 运维门槛高：5G“剪辫子”为行业应用提供了便利，但传统5G网络复杂，技术门槛高，难以匹配行业客户自运维需求。

中兴通讯5G现场网的三大核心方案

        通过项目的摸索实践，针对5G现场网三大挑战，中兴通讯提出了5G走进生产域的三大核心方案：确定性保障方案、算网一体解决方案、三免自服务方案（见图1）。

分级的业务确定性保障方案

        生产域的常规应用，包括数据采集、AGV、PLC北向等业务，对时延可靠性的需求大多在20ms@99.99%级别，针对这类业务，我们建议通过本地分流和双发选收FRER等组网增强来提升网络能力，同时引入一系列功能，包括小SR周期、智能预调度、保守MCS等提升空口能力， 再基于业务精准识别、精准调度、精准度量来匹配不同业务进行精准保障。

        随着“剪辫子”的深入，针对PLC南向这类应用，时延可靠性需求往往<10ms@99.999%，同时抖动要求高。针对这类业务，我们还需要引入URLLC来提供超低时延超高可靠性，同时还需要引入TSN来保障1ms级的抖动。

算网一体，提供一站式解决方案

        行业数智化转型，应用是关键。为了实现各类行业应用的灵活、便捷、低成本部署，云化是当前的趋势，行业赋能同时需要云、网、业，三者缺一不可。为此，我们针对现场网提供边侧和端侧的算网一体化产品方案，让算力从园区级延伸到现场级，支撑现场网应用的按需部署：在边侧，基于NodeEngine的业界首款算力基站，通过在基站BBU内插入算力单板，可以快速将普通基站升级为算力基站，构建本地边缘云，实现应用按需部署，从而把5G基站和工业应用融为一体；在端侧，我们推出了系列化5G边缘网关，不仅提供丰富的接口，可以对接工业现场各种产业设备，同时内置算力，可以为视频编码、PLC控制等提供基础的算力平台。

三免网络管理，降低5G行业专网导入门槛

        为了降低行业导入门槛，中兴通讯开发了一系列使能现场网自部署的特性功能，包括免规划、免调测、免维护。

    - 免规划：对现场人员无技能要求，采用3D激光雷达扫描、建模、生成地图，基于数字孪生实现站点仿真规划，仅需1天完成网络规划，规划效率提升6倍以上；

    - 免调测：通过版本/参数预装、行业综测仪调测，实现小时级开通，实现10倍的效率提升；

    - 免维护：通过ToBeEasy方案，我们为行业客户提供端到端网络和业务可视化呈现，故障自动定界，从而实现无人值守的业务自运行和免运维。

        中兴通讯和运营商以及产业链合作伙伴一起，在制造、物流、港口、矿山等多个行业进行了5G现场网的探索。后续，中兴通讯依托自身实践积累的“5G+工业互联网”融合创新能力，将继续积极与生态链各方合作，持续为垂直行业赋能，助力中国制造智能化转型和产业升级。