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5G新型基础设施入千行百业,推动数字产业规模稳步扩大

5G新型基础设施入千行百业,推动数字产业规模稳步扩大

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在电商平台上,“5G+虚拟现实”带来真实的消费场景;在工厂车间,“5G+工业互联网”带来更智能的柔性制造;在旅游景点,“5G+文旅”带来更便捷的游园体验。当前,以5G为代表的新型基础设施加快建设,并融入千行百业,推动数字产业规模稳步扩大。


截至今年3月底,我国累计开通近156万个5G基站,5G移动电话用户数累计达4.03亿户。工业和信息化部运行监测协调局局长罗俊杰表示,将引导基础电信企业适度超前部署5G基站建设,推动尽快形成实物工作量,充分发挥投资拉动作用。


网络加速覆盖


“雄安新区所有重点区域、热点区域均已实现5G全覆盖。”中国铁塔河北雄安分公司总监张辉告诉记者,截至目前,共完成5G宏基站建设项目1700余个,实现100%共建共享,县城主要区域、安新容城连接线、郊野公园等重点区域的5G全覆盖,有效推动了5G与行业融合发展,助力5G网络和行业应用全国双领先。


一季度,5G基站建设稳步推进,5G用户数不断增加。截至3月底,新建5G基站达13.4万个,5G移动电话用户数增加4811万户,信息通信服务供给能力持续提升,新型基础设施加快建设。

工信部信息通信管理局局长赵志国透露,今年将加快基础设施建设,引导扩大有效投资。稳妥有序推进5G和千兆光网的建设,深化网络的共建共享。持续提升网络覆盖的深度和广度,全年推动完成60万个5G基站建设,千兆光网的覆盖能力将超过4亿户家庭。


“我国5G建设速度非常快,今年依然是5G建设的高投入阶段。”浙江大学国际联合商学院数字经济与金融创新研究中心联席主任、研究员盘和林说。


从5G投资来看,中国移动董事长杨杰表示,2020年至2022年是5G投资高峰,从明年开始中国移动的5G投资将不再增长且呈逐步下降趋势。


据了解,中国移动预计2022年5G相关资本开支约1100亿元,并计划到2022年年底累计开通5G基站110万个,其中700兆赫基站达48万个,实现全国市县城区、乡镇以上连续覆盖。中国电信预计2022年5G相关资本开支为340亿元,年底在用5G基站将超过99万个。


数据显示,2021年,中国移动5G相关投资共计1140亿元,累计开通超73万个5G基站,基本实现城区、县城、乡镇连续覆盖,部分重点区域、发达农村、重点物业场所良好覆盖,服务5G网络客户达2.07亿户,5G网络规模、客户规模均居全球首位。中国电信完成5G投资380亿元,推进与中国联通的网络共建共享,在用5G基站数量达69万个,5G网络覆盖至全国所有市县和部分发达乡镇。中国联通完成5G投资320.5亿元。


赋能作用凸显


从消费领域到产业领域,5G的赋能作用逐步凸显,推动数字产业规模稳步扩大。


矿井下,500多米深的机电硐室内,巡检机器人正在进行360度视频监测、音频采集、红外热成像等工作。矿井上,集控中心里,工人通过电脑操作即可在电子屏幕上实时监测井下瓦斯浓度、温湿度、采煤等数据,综采、掘进、运输等各场景一览无余。这是新元煤矿联合华为等打造的“5G+智能煤矿”。


借助5G技术,得物APP在潮流消费方式上进行了创新与融合,最新升级的AR(增强现实)试鞋拓展至AR试妆、AR试戴手表和AR试挂艺术品等更多元的生活场景,在模型贴合度、运动稳定性等方面实现多项创新,真实还原消费场景,让年轻人足不出户就能体验试穿。


丽江古城采用联想基于5G网络部署的数字化管理整体解决方案,打造了一个智慧小镇。其中,5G云化小站的引入,能帮助运营商节省25%至30%的5G网络建设成本;无人零售商店、售卖机器人、刷脸通行等智慧场景有效提升游客体验;景区数字化运营能力大为提升,降本增效效果显著。


我国大力培育5G、千兆光网“双千兆”网络融合应用,目前累计发掘应用创新案例2.3万个。面向工业、智慧城市等应用领域,发布了首批44个国家新型数据中心。面向企业的新兴数字化服务已成为电信业务收入增长的第一拉动力。


赵志国介绍,为了提升5G融合应用水平,将实施5G行业应用“十百千”工程,即选择10个垂直行业,每个行业形成100个标杆示范,新建1000个5G行业虚拟专网。同时,举办5G、千兆光网应用创新大赛,聚焦重点行业领域形成创新应用示范标杆,新增消费领域赛道,致力于发掘信息消费新亮点,打造“5G+工业互联网”升级版,推进应用场景加快由生产外围环节向内部环节拓展延伸。


创新应用生态


4月12日,中国移动推出5G新通话产品。记者在现场看到,屏幕上巨大的“5G新通话产品”手机界面依次快闪着5G新通话产品功能,如5G VoNR超清通话、5G视频客服、AI语音识别、屏幕共享、远程协作、与虚拟数智人通话等特色功能。


北京邮电大学经管学院兼职教授葛颀表示,这是5G独立组网网络承载社会数字化转型刚需的一个成功实践。同时,期待5G消息能尽快全面商用,和5G新通话一起共同打造数字化社会的信息化生产力平台。


与传统短消息相比,5G消息是多媒体、能互动的,不仅有文字、图片,还能发视频、位置,甚至完成支付。专家认为5G消息将极大改善行业企业与用户之间的沟通效率和体验,在企业级市场的应用前景更加广阔,将收获千亿元级行业信息市场。


1月25日,中国电信宣布5G消息正式商用。此前,中国移动与中国联通已于2021年11月启动了5G消息试商用。5G消息已基本具备了商用条件,但独立电信分析师付亮认为,当前,5G消息规模商用主要面临两大难题,一是支持5G消息的终端还不够多,二是商业模式还不够清晰。


不少专家指出,5G的应用生态跟不上网络部署和用户数量发展的步伐,5G尚未出现杀手级应用,应用创新仍待突破。“要鼓励创新,打造5G重磅应用,可减少一些对创新的限制,放水养鱼,引入5G通信需求。”盘和林说。


赵志国表示,鼓励各级政府在5G等数字信息基础设施发展方面加大政策支持力度,引导社会资本支持应用创新。推动各地因地制宜,积极拓展地方特色产业融合应用。


“我们将培育一批信息消费示范城市和示范项目,加快5G技术与能源、教育、文旅等垂直行业融合应用,大力挖掘消费潜力。”罗俊杰说。


5G+工业互联网的思考与实践


虽然当前5G+工业互联网仍存在一些问题和挑战,但是5G技术本身也在不断地发展和完善中。5G+工业互联网正在从点状示范应用逐步向面状应用和系统应用发展。这一过程需要产业生态圈内各类企业协同合作,共同发现产业需求、创新应用和交付项目,探索并践行商业模式,以实现5G+工业互联网的良性发展。


工业制造是中国经济发展和参与大国竞争的基石,也是振兴实体经济的重要抓手。工业互联网则是实现工业全系统、全产业链、全价值链连接和支撑工业智能化发展的关键基础设施,是新一代信息技术与制造业深度融合所形成的新兴业态和应用模式,是互联网从消费领域向生产领域、从虚拟经济向实体经济拓展的核心载体[1]。


工业互联网作为关键基础设施、全新工业生态和新型应用模式,其精髓及优势在于规模化的资源调度与共享。如图1所示,通过人、机、物的全面互联,和全要素、全产业链、全价值链的全面连接,工业互联网正在不断改变传统的制造模式、生产组织方式和产业形态,推动传统产业加快转型升级,加速新兴产业发展壮大。

在5G为工业互联数据流动提供重要无线网络保障的同时,工业互联网为5G提供了广阔的应用场景。目前,5G+工业互联网主要应用在工业设计、工业制造、质检、运维、控制、营销展示等关键环节中,并形成了工业三维图像、移动视觉、远程运维与远程操控、无人巡检、数据采集等系列化的典型应用场景。未来,5G将逐步向工厂现场控制层面延伸。



当前,工业网络仍面临诸多问题,这主要体现在以下3个方面:


(1)不够开放和友好,这是由传统工业厂家的格局和市场来决定的。大多数的工业协议都是封闭化的结构设计,拥有严格控制的对外接口。


(2)不够弹性和灵活,扩展和调整的难度比较大。


(3)不适应业务发展的需要,部署和运维的成本比较高。由于工业网络涉及到有线和各类无线,加之在现场都有应用,所以它难以融合新技术的变革,对现有技术和架构产生了很大的阻碍影响。


在无线网络方面,现有工业无线网络尚存在以下几个方面的挑战:


(1)可靠性和稳定性。工业场合对可靠性和稳定性的要求比较高,而无线传输的可靠性、稳定性与有线的方式相比还不具备突出优势。


(2)刷新速度。工业系统对刷新速度要求比较高,而无线通信较难实现高速刷新,同时难以实现大量终端的同时在线连接。


(3)网络安全。无线网络被入侵和干扰的风险较高,网络安全得不到保障。


(4)传感器无线供电。虽然无线网络缩短了通信的线路,但是仍解决不了供电线的问题。对传感器进行无线供电目前仍是一个无法产业化的问题。


(5)无线工业领域协议及标准。有线领域的标准协议历经几十年才被逐渐规范,在无线工业领域,这些协议又被重新定义一遍。


(6)电磁辐射和干扰。由于很多无线网络会产生电磁辐射,在面向特殊行业(石油、井工矿等)时,必须考虑防爆和隔爆的特殊要求。


2、5G在工业领域应用特点和优势


除了人们熟知的3个特点之外,5G在工业领域[2]的几个比较重要特征包括:


(1)网络切片。网络切片是5G网络不同于其他网络的一个重要的特征,也就是说,一张物理网络可以虚拟出不同的子网络,以满足工业领域不同业务的应用场景要求。整个5G网络还支持端到端的编排管理,可以根据不同的业务要求进行弹性扩张或者收缩。


(2)在工业领域的超可靠低时延通信(URLLC)。目前,R16标准已经被冻结,URLLC标准在原有的增强移动宽带(eMBB)的基础上,时延得到了进一步降低。

如图2所示,在eMBB场景下跨核心网网元时,整个端到端时延在理想情况下为20 ms左右。即使是单向的控制指令,从云端发到终端,时延也需要6 ms左右。在URLLC标准出来之后,整个端到端时延可以达到5 ms。如果单向地从云端向终端发射指令,时延可以小于1 ms。URLLC奠定了5G在工业领域应用的地位。


(3)除了低时延之外,5G还有一个更重要的特点:时延抖动和确定性[3]。与其他消费领域应用不同,工业领域应用要求不仅时延要低,还要保证时延的确定性,即同样一个指令,这次1 ms送达,下次还要1 ms送达,而不是这次1 ms送达,下次20 ms才送达。这是因为时延抖动和不确定性将对工业领域的生产造成很大影响,


甚至可能会造成灾难性的事故。通过5G面向传输隧道时间标签技术和控制技术,可以把时延抖动控制到微秒级,以保证报文次序的收发,这对工业现场网络是非常重要的。

如图3所示,在网络建设模式方面,5G面向企业内网的建设大概有3种模式:


(1)纯粹的专网模式。这种模式的好处是企业的数据是完全自由的,与外界是不发生关系的,安全性也是最高的,但是目前中国还没有专用的5G频段。


(2)企业自建核心网,基站与公网共享模式。在这种网络的布局架构下,终端的登记、注册以及数据流都是在企业内网。目前,中兴通讯在宝武湛江钢铁完成的中国首家5G核心网就是这种模式的的典型案例。


(3)核心网用户面功能(UPF)下沉模式。这也是现在90%以上的企业都采用的建网模式,也就是说核心网和基站都是与运营商共享的。共享时,企业在终端登记时要到公网去,但是它的数据流不会到公网去,而是在企业内网。这种模式也是目前业界通过运营商网络来建设的主流模式。


3、5G+工业互联网规模商用思考

如图4所示,5G在工业互联网的规模商用将经过3个主要阶段:


(1)在短期内,要完成5G网络的规模化建设。但是现在面临的问题是建了网络之后谁来用?怎么样去吸引工业企业来使用5G网络?这时就需要利用有特色的业务引导这些企业来使用5G网络。


(2)在中期,要逐步取代车间现有的有线或无线IP网络。这是因为5G本身就是一个高速可靠又能够适应工业应用需求的无线网络。


(3)在远期,要在这个网络的基础之上寻求一些突破,比如替代现在的现场总线、促进改变一些工控现场的产品形态等。这就好比之前在4G出现时我们并没有想到微信、抖音和移动支付像今天这么流行一样,在中远期希望通过5G技术,来产生更多工业领域的“抖音”“微信”或者“移动支付”。


4、中兴通讯对5G+工业互联网的实践探索


在5G+工业互联网应用场景方面,经过近两年的探索,中兴通讯已经探索出很多的5G+工业应用。


如图5所示,这些应用总体上可分为6大类。在5G+工业互联网领域,中兴通讯已经与运营商及其他合作伙伴联合打造了几十个5G示范或商用项目。

比如:


(1)在南京滨江制造基地,中兴通讯中标2020年首批中国发展和改革委员会新基建工程,规划了16大类40种应用场景。目前该工程第一阶段已经完成了10个场景的应用,包括机器视觉、远程AR指导、云化自动导引运输车(AGV)、小站数字孪生以及园区巡检、无人巡逻及清扫等。


(2)在鞍山钢铁,中兴通讯建设中国首个4.9 GHz企业专网,在钢铁行业进行带钢的表面检测、电机的监测以及皮带通廊的监视和监测等。


(3)在湛江宝武,中兴通讯已经归纳了30余种应用场景,目前这些场景正在逐步实施落地,同时湛江宝武也是中国第一个企业自建5G核心网的典型案例。


通过前期5G在工业领域的实践应用,我们发现目前仍有一些问题亟待完善。


首先,在技术层面,5G在eMBB阶段下的时延及抖动无法满足涉及现场控制方面的要求,需要将来URLLC标准落地验证;其次,在容量和带宽方面,对于集中部署或运行的机器视觉及云化AGV等应用,以5G上行为主,5G的带宽及容量仍面临挑战;再者,在终端的多样性上,由于5G的模组、芯片、产业链仍处于发展阶段,后续随着5G在消费领域及垂直行业领域的整体推进,终端的多样性将会进一步满足工业领域的要求;最后,在商业模式层面,运营商、通信设备商及工业企业都一直在积极探索新的商业模式。


我们建议通过分析问题,找到不同企业的刚需,挖掘5G新业务,来促进商业模式的逐步明晰。


结束语


当前5G+工业互联网已经从单点局部的特色业务逐步转变为集成化、系统化的应用。5G本身是一张网,这张网可以承载不同的业务,如基于5G的车间管理和仓储物流;但同时5G不仅仅是一张网,5G如果想发挥它的价值,就需要与运营商、工业方案提供商、工业现场的自动化装备提供商等一起合作。发挥5G优势,使之真正服务于工业企业,从而促进中国制造业的转型升级。


参考文献


[1]工业互联网产业联盟.工业互联网体系架构2.0[EB/OL].(2019-02)[2020-09-16].http://www.miit.gov.cn/n973401/n5993937/n5993968/c7886657/content.html


[2]陆平,李建华,赵维铎.5G在垂直行业中的应用[J].中兴通讯技术,2019,25(1):67-74.DOI:10.12142/ZTETJ.201901011


[3]赵福川,刘爱华,周华东.5G确定性网络的应用和传送技术[J].中兴通讯技术,2019,25(5):62-67.DOI:10.12142/ZTETJ.201905010


作者简介


赵维铎,中兴通讯股份有限公司5G行业产品部工业互联网规划总工、技术委员会专家;主要研究领域为5G网络、工业互联网等;发表论文10余篇,获授权专利7项。


蒋伯章,中国电信杭州分公司5G建设优化负责人;主要从事5G规划、5G垂直行业应用建网标准研究等工作。



来源:经济日报记者 黄 鑫 《中兴通讯技术》

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