5G融入工业控制，新架构新能力带来新价值

5G融入工业控制 新架构新能力带来新价值 邓伟 中国移动研究院无线与终端技术研究所 中国移动已建成全球最大的5G精品网络，提供“连接+算力+能力”新型信息服务， 助力生活改善、生产升级、社会治理完善 规模最大、用户最多的移动网络 185万+ 5G基站 7.3亿 5G套餐 客户 12亿+ 物联网 用户 超25000个5G行业案例 智慧电网 智慧工厂 自动驾驶 无人机 5G 智慧校园 智慧医疗 融媒体 赋能千行百业 智慧钢铁 智慧农业 智慧商务 智慧城市 工业视频 云游戏 智慧银行 智慧矿井 智慧港口 智慧园区 智慧文旅 5G规模化发展，筑牢5G工业融合的通信产业基础 *数据截止23年8月 习总书记指示“以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业，实现新型工业化是关键任务”中国移动积极践行指示精神，以5G新能力筑牢新型工业化的信息基础，推进新型工业化高质量发展 积极贯彻落实国家政策，加快推进新型工业化 业务运营层 仓储物流应用 生产运行应用 工业标识 研发设计应用 工业能耗管理 检测监测应用 设备云巡检 工业质检 运营管理应用 工业安监 平台能力层 工业应用层 工业网络层 工业终端层 中国移动构建工业专网技术体系，积极将5G全面应用于工业 远控能力 视频能力 AI能力 位置能力 大数据能力 人员管理 设备管理 标签解析 CT技术增强 CT与OT融合 叠加式 组网架构 5GLAN 网络能力层 网业协同 高精同步 内生式 网络设施层 无源物联设备 设备感知层 机械臂安防摄像头质检摄像头 AGV/RGV 数采终端 无源物联 5G确定性工业网关5GIO/驱动器 AR/VR 交换/路由设备 国产ARM 通用服务器 RedCap 确定性 低时延 数据互通 大容量 大上行 轻量化核心网 工业...UPF 工业云基站 算力调度 RTOS 统一云底座 协议融合 协议转换 成本降低性能增强需求定制 5G工业融合面临三大挑战 •工业细分行业众多，不同行业对网络需求差异较大 •智能制造行业层级多、业务复杂，网络需求碎片化 需求碎片化 •工业企业高度关注投资回报率，信息化改造投资谨慎 •降低在网络/终端/应用设备成本和运维成本 成本敏感 运维（专网质量管家） •深入核心控制环节，网络确定性、低时延需求更极致 •要求业务敏捷部署，从而减少停工改造时间 性能要求高 安全& 绿色 通过轻量化终端、云网业一体化网络、新型工业控制架构等创新技术突破三大挑战，加速5G从辅助生产到融入生 产，助力工业智能、绿色发展 RedCap技术大幅降低5G终端成本，继承低时延、高可靠、切片等5G特性，进一步提升行业专网使用价值 RedCap技术和产业成熟，加速5G工业融合的终端发展 对标5G，复杂度下降~60%对标4G，具备大带宽优势RedCap平滑引入四大特性 5GNR 5GRedCap （R17） 带宽100MHz 20MHz 天线 2T4R 1T2R 1T1R 调制256QAM 64QAM 基本能力特性 驻留与接入控制、移动性 高效接入特性 终端识别、初始BWP配置、专用BWP配置 功耗优化特性 RRM测量放松、eDRX 其它终端特性 多模多频、语音能力 高并发大容量 BWPBWPBWPBWP BWP 4GLTE5G5GRedCap 网络BWP配置 20MHz 100 MHz 低时延、高可靠 业务切片数据不出厂UE节能技术覆盖增强技术 定位、5GLAN等 构建统一、弹性、按需、融合的云网算业一体能力，为行业客户提供经济灵活、精准优质的智简行业网 纵 向 一 云网业一体化理念，指引5G工业融合的发展方向 广域协同 •中心和边缘两层架构、分布部署 •无线网、核心网、业务统一云网底座 •网元位置弹性部署 •网元功能弹性编排 智简网络架构 中心云 AMF SMF PCF UPF NEF 统一算力云网底座 边缘云 业务 网业协同 BBU 局域协同 能力 开放 本地核心网 RRU 智能感知层 感知流 本地本地其它 UPFLMF网元 统一算力云网底座 增强物理层 数据处理层 •协议按需裁剪： 协议功能、流程、信令按需裁剪 协议层级插件式按需组装 •网业融合： 双向智能感知两级能开架构 跨层协同优化 体 融 合 横向一体集成 围绕5G工业的深度融合创新，探索1种新架构、打造3类新产品、开放新平台，加速新标准特性及创新实现技术的落地，体系化攻关集中式控制变革带来的挑战 集中式控制体系化攻关，构建5G工业融合的全新路径 新标准 1.3GPPR16、R17标准的持续演进 2.创新实现技术的持续增强 新架构 新产品 地市及以上 生产 AGV小车 网管核心网 公有云 基于5G增强的工业园 集中控制架构 区 机械设备 5G工业控制网关 RRU 5G工业云基站5G工业UPF 新平台 1.协同创新基地 2.5G工业专网实验室 3.移动信息现代产业链链长 PLC是工业核心生产控制环节的大脑，存在系统封闭、异厂家不互通的痛点问题，工业数据无法横向、纵向高效流转。基于5G网络技术和云计算重构PLC，是促进工业+ICT实现有效融合发展的突破口 布式PLC影响智能工业控制 IT域OT域 1968年 美国发明第一台 可编程逻辑控制器PLC 1970年代 工业进入3.0时代的标志，工业现场生产控制的大脑，工业控制网络的核心部件 企业级数字化管理平台 （ERP等） 车间级数字化平台 （MEP等） 现场级数据采集与监视控制系统 （SCADA） 2020至今 巨头垄断、体系封闭、七国八制异厂家数据不互通 限制工业数据横向/纵向高效流转 PLC德系×德系×美系 ×法系 ×日系 PROFINETEtherCatEtherNet/IPModbusCC-Link 新架构：基于5G增强的工业集中控制 依托5G工业云基站的边缘算力，通过PLC的云化、集中化部署，打造一种基于5G增强的工业集中控制架构，实现由基于刚性确定性规划协同的离散分布式控制系统到基于软性确定性连接的全局集中式协同控制的转变，集中化使能协同优化，单PLC组态逻辑的设计更加按需灵活、PLC间的全局协同更加有效 传统有线连接的工业组网架构分布式PLC工业组网架构集中式PLC工业组网架构 PLC 产线总控 硬件 交换机 ERPAGV MESVision 产线服务器 Container1vBBU Container2 vPLC DockerOS Container3 AGVApplication ERP MES 容器 VisionApplication 容器引擎操作系统 工业交换机 有线组网5G基站 PLC云化 CPU内存硬盘驱动底层 PLC PLC 无线化 pRRU 5GDTU pRRU ＋确定性 pRRU PLC 5G工业云基站 pRRU IO/驱动器机械设备 IO/驱动器机械设备 PLC IO/驱动器 机械设备 5GIO/驱动器 机械设备 新价值：集中式架构最大化工厂数据生产要素的使用价值 数据作为新型生产要素对提高生产效率的乘数作用凸显。集中式工业控制架构可以实现数据的无缝、高效流转，通过数据要素的集聚共享与融合应用，驱动工业全要素效率提升与创新变革 集中化促进数据融合、集聚共享 vPLC 最大化数据价值 数据的全面感知 数据 vPLCvPLC 数据的高效流转 工业云基站/工业边缘云 叠加AICDE等能力实现数据的智能处理 提升生产效率，增强中国工业企业在国际市场上的竞争力，助力智能制造的高质量发展 5GIO/驱动器 机械设备 5G数字工厂研讨会：加速新型5G工业融合组网架构的创新及落地 4月27日，由GSMA主办、中国移动研究院和机械工业仪器仪表综合技术经济研究所承办的“扬帆未来-5G数字工厂研讨会”在京召开，会上中国移动联合产业发布5G工业融合组网架构倡议，加速5G与工业融合向生产控制领域延伸 本次研讨会共邀请到98家来自移动通信领域和装备制造、电子、家电、冶金、电力、矿山、化工等工业领域的产业伙伴，共同发布《5G工业融合组网架构中国产业倡议书》，提出形成一致演进目标、构建产业融创平台、持续技术攻关和产业推进三大倡议，加速5G与工业融合向生产控制领域纵深演进。 新产品：打造面向5G工业融合的工业云基站 工业基站端到端架 构 打造业界首个5G工业云基站，满足工业对柔性制造、敏捷部署、降本增效的需求 本地数据流 无线能力开放业务流 工业基站 内部接口 成本可控 灵活扩展 RRU 其他应用 （SLA等） BBU 软PLC MEP 现场设备 统一算力云网底座 一体交付 按需定制 内生工控能力 工业特色应用灵活扩展 工控协议栈国产替代 •支持丰富URLLC功能，空口能力大幅增强； •支持网业智能协同，增强空口确定性能力 •基于云网业一体架构，灵活加载工业应用（云化PLC、HMI等）； •数通增强、SLA等功能按需加载，满足工业场景灵活NAT映射与本地化SLA需求； •攻关极低时延、极高确定性的轻量化5G工控协议，利用5G技术及产业链优势，满足低成本、灵活定制需求 中国移动规划打造协同创新基地，开放创新实验平台，积极践行移动信息现代产业链链长责任，全面促进5G和工业融合产业链的发展 面向5G工业融合创新 5G工业专网实验室 •已实现： 全 云化 •实现集中式PLC工业组网架构 •工业控制软件及应用全部上云 高 性能 •落地R16、R17等增强技术 •网业协同能力增强确定性 •TAN、TSN确定性能力 低 成本 •端：基于RedCap的5G工业IO •网：工业和通信协议的融合并栈 •全面开放多场景验证： AGV智能物流应用 双机对插 机器视觉工业质检应用 SLA监测平台 智能分拣系统 高精定位 数字孪生 ...... 加快5G新型工业化建设：打造贯通全产业链的协同创新平台 中国移动勇担移动信息现代产业链链长，将采用科研基金扶持、链长基金扶持以及供应链金融扶持，深化以资本带动产业发展的机制，促进5G和工业融合产业链的发展 5G扬帆赋能新型工业升级 技术引领开创无线控制新篇