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2020年 5G与工业互联网融合应用 研究报告 目 录 第一章 5G+工业 互 联网应 用 发展 现 状 . 1 1.1 全球 5G+工 业 互联网 政 策及 应用 现状 . 1 1.2 我国 5G+工 业 互联网 政 策及 应用 现状 . 3 第二章 5G+工业 互 联网应 用 场景 及需 求 . 5 2.1 概述 . 5 2.2 5G+超高清视频 . 6 2.3 5G+AR . 8 2.4 5G+VR . 8 2.5 5G+无人机 . 9 2.6 5G+云端机器人 . 11 2.7 5G+远程控制 . 12 2.8 5G+机器视觉 . 13 2.9 5G+云化 AGV . 14 第三章 5G+工业 互 联网应 用 的网 络架 构 . 16 3.1 概述 . 16 3.2 切片 网 络架构 . 17 3.3 边缘 计 算网 络 架构 . 19 第四章 5G+工业 互 联网应 用 的典 型案 例 . 21 案例 1： 5G+电子 制 造 . 21 案例 2： 5G+港口 . 23 案例 3： 5G+电网 . 26 案例 4： 5G+家电 制 造 . 29 案例 5： 5G+物流 仓 储 . 30 第五章 5G+工业 互 联网应 用 的主 要挑 战 . 32 5.1 工业 场 景基 础 设施数 字 化改 造有 待增强 . 32 5.2 ICT 与 OT 企业跨行业 对 接不足 . 32 5.3 产业 发 展驱 动 存在问题 . 33 第六章 5G+工业 互 联网应 用 的发 展建 议 . 34 6.1 加 大 ICT/OT 行业的对 接 交流 . 34 6.2 提供 融 合应 用 政策保 障 ，完 善产 业发展 体 系 . 36 第一章 5G+工业互联网应用发展现状 5G 是新一代移动通信系统， 5G 与工业融合之后，逐步成为支撑工业生产的基础设施。 5G 与工业生产中既有研发设计系统、生产控制系统及服务管理系统等相结合，可以全面推动 5G 垂直行业的研发设计、生产制造、管理服务等生产流程的深刻变革，实现制造业向智能化、服务化、高端化转型。 1.1 全球 5G+工业互联网政策及应用现状 目前，世界各国都在以制定政策和成立联盟的方式加快推动 5G 与工业互联网的融合发展，并已开展了 5G+工业互联网应用的初步探索。 2017 年起，美国就开始着手 5G 的应用并逐步扩大，美国联邦通 信委员会 （ FCC） 通过设立 5G 基金等方式推进 5G 向精准农业、远程医疗、智能交通等领域渗透。 “5G 美洲 ”是美国的一个工业贸易组织，主要由领先的电信服务提供商和制造商组成。 “5G 美洲 ”通过发布涉及 5G+工业应用的白皮书来推动 5G 技术在美洲工业领域的应用， 例如 在 2018 年 11 月发布了垂直行业内用于自动化的 5G 通信白皮 书和 5G 高可靠低时延通信支持的新业务和应用白皮书，在 2018 年 3 月发布了蜂窝 V2X 通信到 5G白皮书。与此同时，美国电信运营商也加快了 5G 与制造业融合的应用实践，例如美国电信运营商 AT&T 与三星电子在德克萨斯州打造了美国第一个专注于制造业的 5G 应用测试平台，并且探索了工业设备状态监测、员工培训等 5G 应用。 欧盟早在 2016 年就发布了 “5G Action Plan”,并在 2018 年启动了 5G 规模试验。 2018 年 4 月，欧盟成立工业互联与自动化 5G 联盟 （ 5G- ACIA） ，联盟集合了 OT 龙头企业、 ICT 龙头企业、学术界等完整的生态系统，共同推进对工业需求的理解并向 3GPP 标准导入，同时探讨 5G 用于工业领域所涉及的话题，包括组网架构、运营模式、频谱需求等。 2018 年 7 月，欧洲 5G 研究计划 5G 公私合作伙伴关系 （ 5G PPP） 正式启动了第三阶段的研究，其中 5G Verticals 创新基础设施项目通过提供端到端 （ E2E） 设施，支持工业、港口等垂直行业应用的端到端试验。德国作为工业 4.0 的发起国，更是通过 “5G Strategy for Germany”和 “Digital Strategy 2025”推进 5G 在德国的应用， 尤其是在工业领域，以西门子、博世为代表的 OT 企业积极推进 5G 服务工业的应用研究与实践，并在汉诺威工业展上展示了基于 5G 的 AGV 应用等研究成果。欧盟各国电信运营商也纷纷与制造企业合作开展 5G 应用探索，如英国伍斯特郡 5G 工厂，探索使用 5G 进行预防性维护、机器维护远程指导等应用。 在亚洲，日本确定了 2020 年东京奥运会实现 5G 大规模商用部署的目标， 5GMF 组织推动了 5G 规模试验，同时日本发布了 “White Paper on Manufacturing Industries”以推进 5G 在工业领域的应用。韩国于 2018 年底成为全球第一个向公众提供基于 3GPP 标准的 5G 商用服务国家，同时韩国发布了 “Manufacturing Industry Innovation 3.0”， 推进制造创新发展。韩国在 2019 年 4 月发布 5G+战略，确定五项核心服务和十大 5G+战略产业，其中智慧工厂是五项核心业务之一。韩国三大电信运营商在 2018 年 12 月推出的 5G 网络服务主要聚焦在企业侧，首批用户均为制造厂商。韩国 SK 电讯的第一个 5G 客户锁定为汽车配件商明化工业，为其提供 5G+AI 机器视觉质检服务，资费模式因客户而定制。 LGU +的第一个 5G 客户是从事工业机械和先进零件的公司斗山工程机械， LGU+与其共同开发了 5G 远程控制挖掘机。 此外，加拿大 （ “Digital Canada 150”） 、澳大利亚 （ “Digital Economy Strategy”） 、新加坡 （ “Smart Nation 2025”） 、沙特阿拉伯 （ “Vision 2030“ supports digital economy growth”） 、印度 （ “Made in India“ and “Digital India“ for the future） 、巴西 （ “Efficient Brazil Strategy”） 、俄罗斯 （ “Digital Economy Strategy” ） 、泰国 （ “Thailand 4.0” ） 、马来西亚 （ “Digital Malaysia”） 等发达国家以及发展中国家也都制定了数字化战略，直接或间接地为 5G 服务工业提供了国家战略支持。 1.2 我国 5G+工业互联网政策及应用现状 我国高度重视 5G 与工业互联网的融合发展，各省市也纷纷制定政策推进 5G+工业互联网的应用示范落地。 2017 年 11 月，国务院印发关于深化 “互联网 +先进制造业 ”发展工业互联网的指导意见，明确将 5G 列为工业互联网网络基础设施， 并开展 5G 面向工业互联网应用的网络技术试验，协同推进 5G 在工 业企业的应用部署。 2019 年 1 月，工业和信息化部发布工业互联网网络建设及推 广指南，工作目标中指出到 2020 年，形成相对完善的工业互联网网络顶层设计，初步建成工业互联网基础 设施和技术产业体系。 5G 作为工厂外网及内网重要组成部分，将在标准、标杆网络、公共服务平台、测试床等方面获得国家项目及政策支撑。 2019 年，工业和信息化部在工业互联网创新发展工程中设置工业互联网企业内 5G 网络化改造及推广服务平台项目，支持 5 家国内工业企业及联合体开展 5G 内网部署模式、应用孵化推广、对外公共服务等方面开展探索。 2019 年 8 月，工业和信息化部在上海中国商用飞机有限责任公司召开 “ 5G+ 工业互联网 ” 全国现场工作会议，会议首次提出落实 “ 5G+工业互联网 ” 512 工程，加强试点示范、应用普及、培育解决方案供应商，加快 “ 5G+工业互联网 ” 在全国推广普及。 同时我国已有十几个省市地区发布了 5G 产业规划，北京、上海、广东、深圳、浙江、福建等地都将 5G 与工业的融合应用作为产业规划的重点。浙江省明确提出开展 “ 5G+工业互联网 ” 试点示范，在重点企业打造人、机、物全面互联的工厂物联网网络体系，推进 5G 与物联网、人工智能的融合应用。 在 5G+工业互联网的应用方面，我国以 5G 应用产业方阵和工业互联网产业联盟为跨界合作交流平台，以 “ 绽放杯 ” 5G 应用征集大赛为抓手推动 5G 向工业互联网领域渗透，涌现出一大批优秀的 5G+ 工业互联网应用示范企业，如中国上飞、杭汽轮、精功科技、青岛港、 南方电网等。依托 5G 网络，中国上海飞机制造有限公司实现了大飞机制造的智慧工业园区，青岛港已成为全球首个 5G 试点智慧港口， 南方电网实现了电力场景采集和控制类关键业务的智能化改造。 中国电信、中国移动、中国联通三大电信运营商纷纷制定计划， 推进 5G 应用的落地和发展。中国电信正在积极推进 5G+工业互联网的创新研发工作，坚持 SA 发展方向，引领行业发展，通过 5G 网络切片、行业 MEC、工业互联网平台等自主研发成果，助力企业数字化转型。中国移动全面实施 “5G+”计划，通过推进 5G+4G 协同发展、 5G+AICDE 融合创新、 5G+ Ecology 生态共建，实现 5G+X 应用延展， 推动 5G 融入工业互联网等行业，目前已在 14 大行业与头部企业开展探索，在 2020 年将打造 100 个标杆示范应用。中国联通先后成立了中国联通 5G 应用创新联盟、中国联通工业互联网联盟，面向制造业数字化、网络化与智能化升级进行了深入的研 究与探索，结合自身的通信管道技术、云平台服务以及资源优势赋能工业企业创新转型升 级，在港口、钢铁、电子家电等行业进行了基于 5G+工业互联网的技 术验证与应用，取得了良好的示范效果。 第二章 5G+工业互联网应用场景及需求 2.1 概述 5G 是数字化从个人娱乐为主推向全连接社会的起点，是移动通信行业的机遇。然而 5G 与工业互联网的融合也对现有移动通信技术 提出了挑战。 5G 与工业互联网融合应用出现了八大类新型场景，分别为 5G+超高清视频、 5G+AR、 5G+VR、 5G+无人机、 5G+云端机器人、 5G+远程控制、 5G+机器视觉以及 5G+云化 AGV，相应应用场景对 5G 网络提出了新的需求。在应用场景发展节奏方面： 5G 与超高清视频的融合应用已进入应用成熟期，将成为 5G 在工业互联网领域的第一批应用场景； 5G+AR、 5G+VR 以及 5G+机器视觉等应用已进入高速发展期，经济价值逐渐显现，未来 1-2 年将成为工业互联网的主流应用场景； 5G+云化 AGV、 5G+无人机等应用受限于与设备深度融合的需求，还需等待产品成熟，未来 2-3 年将有较快发展； 5G+远程控制和 5G+云端机 器人等应用由于涉及工业核心控制环节，目前还处于探索期，有待进一步的测试验证。 2.2 5G+超高清视频 超高清视频是继视频数字化、高清化之后的新一轮重大技术革新， 将带动视频采集、制作、传输、呈现、应用等产业链各环节发生深刻 变革。高清视频被认为是 5G 时代应用最早的核心场景之一，加快发展 超高清视频产业，对满足人民日益增长的美好生活需要、驱动以视 频 为核心的行业智能化转型、促进我国信息产业和文化产业整体实力 提 升等具有重大意义。 随着技术发展，超高清视频已不局限于监视、录像、回放等传统功能，开始向字符识别、人脸识别、行为分析、物体识别等智能化方 向发展，对视频流的清晰度以及流畅度提出了更高的要求，而 5G 网 络的承载力成为解决这些需求的有效手段。在工业环境下，高清视频的主要应用在于智慧园区的安防、人员管理等场景，通过 5G 高速率的特性，将采集的监测视频 /图像实时回传，实现视频、图片、语音、数据的双向实时传输，同时结合 5G MEC 统一监控平台，实现人员违规、厂区的环境风险监控的实时分析和报警，大大提高作业安全规范性。 超高清技术是高清技术的延伸，代表了近年 来音视频产业发展的主要方向。与高清技术 （ 19201080 ，约 200 万个像素 ） 相比， 4K （ 38402160 ，约 830 万个像素 ） 超高清像素数为高清的 4 倍，理论 清晰度为高清的 2 倍； 8K（ 76804320 ，约 3300 万个像素点 ） 超高清 分辨率为高清的 16 倍，理论清晰度为高清的 4 倍。超高清视频提升 了分辨率、亮度、色彩、帧率、色深、声道、采样率等指标，这些技 术指标的提高虽然可以给观众带来极为清晰、逼真和沉浸感的画面， 但是也使音视频数据量成倍增长。按照目前超高清视频产业主流标准， 4K/8K 视频对网络速率要求至少为 12-40Mbps，甚至可达 48-160Mbps。 超高清视频对于 5G 网络的需求 典型应用 分辨率 通信速率 （压缩后） 编码格式 帧率 （ fps） 通信时延 应用范围 高清视频实时上传 1080p 2-10Mbps, 蓝光视频约 20Mbps H.264、 H.265 30、 60 30ms 图片视频信息采集传输 4K 12-40Mbps H.264、 H.265 30、 60 30ms 人脸识别等 高清视频采集等 8K 48- 160Mbps H.264、 H.265、 H.266 60、 120 20ms 超高清检测 等