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面向工业互联网的5G网络

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各位领导各位嘉宾大家上午好,委托我代表他来做这一次演讲和大家分享一下,我们中国移动特别是中国移动设计院在工业互联网领域一些思考和研究进展。我的演讲题目叫面向工业互联网的5G网络,刚才陈总和江总其实对工业互联网都做了一些比较高屋建瓴分析,从我们设计院来讲作为一个通信运营商的设计院,我们更多在网络系统里面,如何让网络在工业互联网里面发挥作用这一块,可能做了一些更细研究。我演讲的内容可能就是一些细节可能会更多一些,然后会在陈总和江总上面会有一些细节的补充。

我们大概今天讲分这么几块,上来第一看一下工业互联网和5G他们是为什么可以去结合。第二我们看看工业互联网网络架构,我们再去分析一下网络架构和5G网络架构怎么结合起来。第三工业互联网场景和网络需求,刚才在江总这一块也讲了很多,我们可能在这个章节里面把场景分的比较细,具体看看这个场景网络需求到底是什么样。第四我们会说一说面向工业互联网5G组网关键技术,我们一直讲5G适合去做工业互联网,他到底为什么能够适合去做,网络技术理念有哪些适配。最后我们讲一下中国移动在智造未来一些通盘考虑和宏观建设。

第一工业互联网的发展,中国现在提出2025年计划,大家讲的都是类似的东西,我们可以回顾一下工业发展从所谓1.0、2.0、3.0、4.0,几点零的本质是什么?我们可以看到机械化1.0其实就是所谓的机械化,就是蒸汽机的发明带来了工业革命,我们这个叫做工业1.0。第二个叫电气化,大规模电气驱动取代了蒸汽机。第三叫数字化,从数控的机床,电子技术为机器人、IT技术这些东西使得我们现在生产效率大大的增加。最后就是我们现在提到的基于5G大数据物联网这些不同传感器现在所谓的工业4.0,我们认为他的这个工业4.0网络特征应该叫做智能化。

所以我们就是说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,这个是我们对工业制造变化一个趋势理解。我们再看一下工业4.0这个东西核心战略意义到底是什么样,我们其实可以看像刚才说的,工业4.0或者工业制造这个东西不是中国的事情,不是我们国家自己提出来一个东西从不同先进工业制造发达国家来看的话我们都能看到一些相应的这样一些类似的东西,比如说制造业韩国、法国、美国、英国、德国都不用说了工业4.0都是他们提出来。全球先进制造国家都在向这个方向去发展。我们也可以参考一下国际比较顶级咨询公司预计,认为大概在2019年开始到2035年从工业4.0提出这个概念大概2014年花20年的时间完成基本国家到达4.0这么一个时间。所以我们在去看我们5G网络也是2019年开始,所以2019年我们认为是工业4.0的元年。我们在标准领域其实也可以看到很多国内外的一些在工业4.0里面大家都在做的一些什么样的工作。我们可以看到一些国内外关于互联网的组织,包括国际的5GACIA、ICC,国内包括工业互联网联盟等等。我们看一些国际的不是讲运营商怎么看工业互联网网络,也不是说光去看设备制造商怎么看这个网络,因为我们是做通信,我们看看工业怎么理解这个网络。

我们从德国汉诺威展工业界第一盛会看看博世怎么讲,即将到来5G是工厂中枢神经系统,是自动化努力核心,同时也是提升工业自动化可靠性和降低延迟关键。包括高通和诺基亚。我在右侧放的这些可以看到并不完全是一个通讯企业,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,同样也是这种国际大厂和我们最一线,最著名这些国际公司他们一个理念。所以说5G和工业互联网是伴生成长,而且5G可能是未来中枢神经系统上面也是获得大家普遍认可一个观点。所以从这个角度上来看我们还是要看我们客户怎么认为,我们认为这个客户也是认可5G上面比较大的价值和作用。

这个片子大家见的比较多,就是5G三大场景,我们可以看到在5G做我们这个标准的时候,我们在还要连接和MIC这个标准上面,做这个标准就把工业智能化作为一个基本标准去考虑。5G这个标准协议和4G和3G标准是不一样的,以前是基于大家终端怎么做好就可以了,怎么打好电话让数据更OK,这是3G或者4G这个标准,到了5G不一样了,很多垂直行业都是做5G标准里面从设计一开始就要考虑的东西,我们在这个里面工业制造化是一个非常重要的位置。我们现在后面讲到需求的时候想强调一下,我们现在可能把工业制造化放在(英文)里面,考虑到一些MTC的业务,现在从工厂里面得到一些消息他们对大带宽的需求其实也还是存在的。所以我们其实在某种程度上我们认为工业互联网对网络需求是一个非常高或者非常苛刻的网络需求。

我们最后看一下从我们来看这个工业互联网到底是一个什么样的网络。所以我们觉得在工业4.0的演进过程中,从信息化角度来讲,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,大连接都能够为互联网无线传输提供应用条件。所以我们认为工业互联网其实真的还是刚刚开始,这个是一个完全跨领域,跨行业新的生态,需要所有产业包括制造业,包括通信行业包括产业链里面所有公司一起去努力推动起来。这个未来市场规模会非常大,82万亿美金,这么一个市场的规模,可以使我们生态发生一个完全变化。我们作为运营商最重要一件事首先把网络给建好,所以我们先来看看这个网络。

像刚才说的我们要去服务客户,我们首先要知道客户的需求是什么,客户到底对工业互联网网络架构他认为他的网络需要什么样的东西,或者网络是什么。我们首先简单来回顾一下工业互联网架构是一些什么样子。这张图大家比较了解,就是工厂网络,本质可以分成工厂内和工厂外两块网络,工厂内的网络无非就是这个机器怎么连到我的网络里面去,我的这些传感器我的智能机器人,这些所有的摄像头都连接上去,工厂外网络比如说我这个厂有好几个分厂,这个要连起来,在数据外有一些分析中心,包括各种各样其他的这种通信,是分工厂外和工厂内的,这两块都可以看蜂窝网络起到什么作用,这些标记的地方都是蜂窝网络起到的关键点。第二个无线网络在工厂生产价值,这是举一个比较具体的例子我们讲工厂生产的好好的,现在工厂都很完备,生产很好中国制造业也很发达,为什么要搞工业4.0,我们弄无线化,搞这个5G是不是一个噱头,是不是人家没有这么大的需求我们为了做一个新的产业新的东西推这个东西,我们从这个案例分析一下现在工厂有线网络有什么问题我们简单看一下。

首先就是这个无线的部署方案和有线对比,我们可以看到很不一样。安装的成本,工程维护成本、管理成本都不一样。硬件材料大家知道很多厂区需要有一些具有腐蚀性或者相对来说室内条件不是很好的高温、高湿或者具有一些腐蚀性的东西,我们知道这个比较容易损坏,无疑无线可以取代。还有涉及到一个柔性制造,现在我们工厂在转型,转型其中有一个很大目标是什么,大家在座其实在淘宝上面,会碰到一个什么样的需求我希望定制化我的产品,我有我的自己一个需求,工厂能不能为我一个人生产一个产品,或者很少量定制100个或者1000个小的产品。现在工厂很难,他的产线放下去比较开起来,开起来就不停生产。现在工厂提出来柔性制造,能够很快改变设备部署的形态,改变机房以模具,这些东西有线连接的话很困难,你如果是无线的话可以想象这个难度就会降低很多,无线部署场景就很简单,第二改变生产线很容易,我觉得这个应该是最大一个需求。第三就是维护,维护这一块大家可以想像,无线东西肯定比有线东西更好维护,你有线东西要走线,你这个线坏了怎么办,都需要一个维护费用,无线就是这些点。最后就是管理跟维护是类似的。从这些点可以看到工厂对无线有非常强的这样一个需求,所以工厂在不停尝试用不同的无线应用做他的所谓工业互联网的网络。其实我们可以看到,工厂都用了哪些无线网络。短距离无线然后WIFI还有工业专用无线,此外还有就是传统的运营商提供的网络,也能连上获取数据。我们都可以看到有什么样的不足。(英文)就是设备数是受限的,(英文)工作距离受限,WIFI干扰非常多,信号不稳定,安全性不可靠等等,完全不能能够满足这个工厂需求。工厂专业网络产业链特别窄,你不同厂家设备可能还不兼容,这个不是未来一个趋势。传统的主要问题就是带宽还是太低,包括时延什么都不行。

所以我们可以看到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、私密性可保障等等等等这些特点我们是不是觉得这个要求特别高,这个要求其实是非常苛刻的从我们这个角度来看的话。所以我们把不同的特点给做了一个区分,我们把刚才这些需求放在这个不同的里面来看的话,我们会发现有一部分用蜂窝更有用的,但是在私密性这一块需要一个专网去做,这个角度我们也是结合了一些国际标准化组织对未来工厂一个网络的分类,我们简单可以分成四类,看看工厂分类大概是什么样。首先就是工业专网,这个特别简单工业自己做一张网络,接到有线网。第一完全一个独立网络,第二是什么?就是在工厂里面布一个5G核心网。第二个就是在5G里面布一个核心网,把不同面的东西接到工厂里面去,有一部分控制面的数据还是回到工网里面。比如说我现在拿个摄像头去拍,或者现在传感器这些数据或者控制数据都能够在工厂里面处理,不需要出这个厂。

第三个所谓边缘服务器,我们后面都会看到,边缘服务器是什么?就是NPN下沉,包括安全功能下沉了,然后把这些所有都留在工厂里面,其他边缘器信息还是回到边缘里面去。最后一个专网单独去做,专网就没有完全是从工网拉一条数据电路回来,把自己想要的信息拉回来,无线只是把所有数据链在工网上面去。这是我们看到几个不同场景。

这些不同场景我们也采取后面支持网络架构这个情况,在后面去看我们5G网络怎么适配,第三点看工业互联网部署场景和网络需求。工业互联网5G部署场景,我们前面讲的应用场景很多,应用场景里面涉及到无线尤其是需要5G应用这个场景,主要有哪些?可以看工厂内工业控制,其实就是人要对这个操作人员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,这是大家讲的传统的。我们有时候定义这个位置叫做传统的狭义的工业互联网。其实就是为什么我们要做121C的原因,对时延高可靠性要求非常非常高。在此之外,我们还延伸出来其他五个比较常见一个场景,比如说工业的场景,我们叫宏观工业互联网,为什么?因为其实不是完全工业控制,但是又在工厂里面,所以从这个角度上来讲也可以叫工业互联网。包括哪些呢?自动驾驶或者送货机器人,你到华为或者是去什么海尔什么场景都能看到,其实很多都是用自动驾驶小车送过去,这些都是要用无线控制的。第二就是海量传感器接入工厂监控,传感器这个东西我需要海量大连接的需求。第三就是ARVR的辅助,包括工业智能诊断的维护还有工业穿戴及工业图象处理,这些相对来说比较类似,比如现场车间里面没有人或者说只有学徒在里面,我可以对他进行远程指导,这些都是要求有比较高这样一个实验性。

首先我们看工业控制,工业控制我们刚才讲爱国是最高的,我们可以看工业控制本身又分了几块,设备内部控制、线体内及设备间控制整个车间内生产控制。设备类控制我们可以看到需求是什么,我们是唯一一个要求小于等于一毫秒时延,这个是我们讲为什么狭义工业互联网指标要求,主要来自设备控制。这个传统意义上来讲就是应该是一个有线控制解决的,无线能不能解决,我们应该这么讲,目前5G25的版本还解决不了,26版本正在努力解决这个问题。但是也就这一个是一毫秒的,我们可以看到统计结果,一毫秒是最重要时延的要求。第二就是作用叫自动驾驶和送货机器人,基于不同你的技术指标其实是有不同传输带宽,包括彩条和磁条定位工业互联网不是传统意义上很大一个因素来自于类似于视觉定位视觉控制,工厂现在对这种基于8K视频或者基于ARVR视觉控制要求是很高的。你想要做一个视觉控制要求我的画面精细度非常非常高,如果是仅仅给一个定位信息或者仅仅给一些简单的上报信息,通过一些GPS或者一些磁条定位的话,对这个带宽要求不高。第三个就是传感器。第四就是工厂ARVR,这个是为了提高工作效率,提高做一些产品设计,员工培训等等这样一些作用,但是总体来讲并不觉得这个是一个短期内就能看到一个特别需求的这么一个业务。下一个叫智能维护诊断,其实这个也是一样,基于视频做一些工作。我们可以看到对于不同的压缩比的计算出来这个带宽算出来都是要求挺高的,几十兆这样一个要求。

通过以上分析可以简单从这个表上面去看一下,从工厂控制到下面的工厂监控,AGV、工厂VRAR,智能诊断维护。我们做了一个对应,我们发现有一些的应用尤其比如说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,一个场景并不是说我这个场景需要高可靠性,这个场景需要大带宽,一个场景需要同时满足你所有需求这个本质上来讲的话我们讲到如果做无线通讯技术大家比较清楚,有些时候你的可靠性是用带宽去换的,所以某种程度上你同时要去满足比较高的速率,特别低的时延和特别高的可靠性,这个也是我们讲为什么传统无线网络其实很难满足这些要求,大家看这种要求4G也满足不了,现在只能寄5G去满足这样一个要求。这个是我们对刚才看到所有时延进行一个统计,除了一个在一毫秒级别,我们还有一些是在十毫秒级别其实还是蛮多的。此外我们还有高可靠性的指标。我们在讲一个红点高可靠性指标是99.999%,从这个角度上去看,我们可能在工业部署的初期,在尽量满足10的负一次方这个点,第一点一毫秒再加上四个九,其实也能实现,对于带宽没有什么要求,我们可以很高用这个去换高可靠性和低时延。

第四个方面哪些可以带来低时延和高可靠性。工业互联网是5G网络垂直应用最重要的领域,5G并不是一个专门为工业互联网去开发的一个网络,从这个上面去看的话,首先有一个叫EMBB覆盖网,就是传统大网,大家平时用手机去下载高速加载,还有一种叫广域专网覆盖,此外还有我们认为工业互联网是一个叫做行业应用垂直行业应用,所以我们从这个体系上面可以看到,工业其实可以作为5G网络特殊应用。我是一个做网络出身的,在我看来工业互联网本身跟我去做一个传统网络覆盖特殊场景,或者做一个企业专网,其实没有什么本质区别,本身来讲是一个网络需求比较高的或者是网络环境比较复杂一个特殊场景,这是从我们做覆盖网络人来看是这个样子。所以我们并不觉得是5G独立一个东西,我们一直强调运营商做工业互联网是比较合适的,本身就有一个合适的体制,有一个优势,自然去做它没有任何问题。我们认为未来网络应该是这么一个状态。具体来看就是不同技术,工业互联网5G关键技术包括(英文)、上行免授权、(英文)大子载波调整都会使时延降低,从高可靠性可以用不同的CQI和MCS的映射,上下行的重复发送,(英文)和(英文)传输机制等等提高可靠性。我们刚才讲到,低时延和高可靠性的时候我们都强调什么?其实很多技术本质上来讲是什么?就是切片效率,我们做到这个东西并不是说5G这个网络有什么特别不得了的东西,而是通过(英文)考虑工业界的需求然后给他做了一些在其他方面让步,然后通过一些技术的提升去保证了我的看起来不可能实现的一个网络指标,我们知道4G可靠性要求是90%,我们现在要求到6个9,其实都是通过我们刚才讲很多的技术,在一定程度上牺牲了可靠性去解决的。

但是我想强调,不是一个口号5G说我能做到一毫秒和我能做到6个9的可靠性这两个指标我们有非常明确的技术能够做到这个东西。我们再讲这个切片,切片技术其实就是我们同某种程度上来讲的话也是一种(英文),我在传输,我在核心网络,我在无线都可以给你做一个高质量要求的用户提供一个更好的网络保障,无论你所定义网络保障是什么,有人定义网络保障就是要带宽特别大,我要一个G的下载速率,有的人就要求一毫秒和6个9,其实我们讲切片本身也是保障用一张工网或者工网一部分做工业互联网而且满足你需求一个非常重要的基础。我这个网络建在这里,你要什么样的需求,我们刚才也提到工厂里面有的地方需要一毫秒和6个9,有的地方需要几百兆的传输速率,不是一个小区是一个摄像头一个节点,加起来这个数据流量需求是非常高的。在这个角度上面,我也可以给你摄像头这个地方更多流量的切片,给工业控制领域更高可靠性,这就是切片意义,能够提供不同服务,不同网络质量服务。

MEC,我们讲到在网络架构里面就提到这个东西,MEC就拿一个边缘服务器,使得我工厂的数据可以不用出厂了,4G的时候有一个UPF做数据转发,4G没有我们也可以开发一个,所谓边缘服务器,做这个转发功能。5G天然带了,你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使得一些没有必要占用工网传输和核心网资源这样一个大量数据。比如说我就是一个工厂监控,这个工厂里面布了100个高清摄像头,这个确实不需要出什么厂,而且数量特别大,你说我怎么算钱,把我的资源也都赚了,边缘计算这个东西在工业互联网里面需要去部署的东西,尤其是需要自己高清摄像或者大流量业务,监控类这种业务部署情况下,MEC是非常重要一个手段。

最后看一下工业互联网的5G发展网络制式。刚才我们也讲2019年我们认为是工业互联网的元年,从我们角度上来说2019年5G网络正式部署,大家知道5G标准还是分阶段的,我们现在大家部署R15版本主要面向EMBB的,就是大带宽业务的。今年年底将要冻结R16的版本才会把我们面临的,就是前面讲到很多技术在R16版本完整定义开。中国移动也是会基于这么一个运营的架构从NSA开始结合向SA演进,给工业互联网最好的一个网络能力。

最后看一下中国移动智造未来网络方向。大家知道运营商做这个一个事情有一个优势,规模优势,提供全产业链和平台服务。首先基础网络能力大家知道运营商不止是移动,电信联通也是一样,可以提供固化有线等等,还可以提供包括比如像中国移动移动现在有18个专业公司专门和垂直行业或者企业专网相关一些工作,包括物联网,包括设计院,我们从平台到应用到设计到集成到建设全部都是有自己一个专业的公司去做这些事情。所以这也是运营商在里面起到一个全平台的资源整合这么一个作用,能够把所有大家需求放在一起去解决。对一些来讲的话可能就是特别大的企业还能做一些小企业确实是难度非常大的。

第二可以看一下网络,大家知道现在中国移动2G网络基站大概是85万,用户是9.25亿,NB基站是20元,用户600多万。我们现在都把这些网络向5G迁移,大家知道还有一个数就是4G网络基站应该是280万,所以网络本身都会向5G迁移,我们4G网络大家知道现在拿了2.6的频率以后会直接升级到5G网络里面去。中国移动最新提出这个口号,4G改变生活,5G改变社会,我们认为5G对中国包括信息化的变革会带来一个完全革命性的变化。我们可以看一下平台,其实刚才联通陈总一直在强调平台对移动来讲也是一样的,我们有专业连接管理平台现在已经有5亿用户,有专门物联网平台,现在连接设备已经超过1个亿,还有工业专业平台,包括制造云、电器云、能源云、动力云。所以运营商在平台能力来讲能力很强的都有一些专业相对应的平台给不同需求提供服务。

我们可以看一下,对于大型企业来讲的话,我可以比如还有腐蚀可这种的,具有自己开发平台和行业应用能力,对于中型企业来讲我们还可以提供通用平台能力,对于小微企业甚至我们在前面两个基础上我们还可以提供细分应用一些帮助,所以从中国移动来讲的话我们希望为大中小,不仅仅看大企业,大企业可能有自己的想法,会做自己的一些布局,但是我们更多要对中小企业提供服务,中小企业不仅能够提供网络还能够提供平台,还能够提供应用,我们希望能够去做一个协作共赢互联网新的生态系统,这个也是我们在这里和广大业界同事去探讨这个网络话题一个初衷。

最后我们其实简单说一下,通过无线网和传感器构造智能制造确实是未来工业发展方向,我们认为供应商通过5G网络能够提供更好的无线接入服务。最后我们想说工业互联网是中国移动网络发展一个重点支持方向,我们也将和大家一到一起实现中国制造2025。谢谢大家。