GSMA：面向工業 4.0 的 5G IoT 私有和專用網絡報告(31頁).pdf

1、 面向工業 4.0 的 5G IoT 私有和專用網絡 面向制造、生產和供應鏈的 5G 私有和專用網絡指南 2020 年 10 月 目錄 引言引言 . 1 什么是私有和專用網絡？什么是私有和專用網絡？ . 3 5G 5G 專用網絡的好處是什么？專用網絡的好處是什么？ . 4 制造業制造業 5G 5G 網絡用例網絡用例 . 5 部署私有部署私有/ /專用網絡專用網絡 . 7 5G 5G 功能使私有和專用網絡受益功能使私有和專用網絡受益 . 11 網絡切片 . 12 大規模機型通信 . 13 超級可靠的低延遲通信 . 13 增強移動寬帶. 14 邊緣計算 . 15 開放網絡 . 17 通通過 5G

2、專用網用網絡增增強安全性安全性 . 18 5G 私有和私有和專用網用網絡頻譜 . 20 私有和私有和專用網用網絡部署的例子部署的例子 . 22 結論和下一步和下一步 . 26 1 引言 物聯網（IoT）不斷擴展到越來越多的商業領域，移動網絡曾經主要面向消費者業務，現在人們越來越認 識到，移動網絡現在可以更廣泛地用于專業化的企業服務，特別是在與物聯網監測、大數據、人工智能 和邊緣計算等能力一起提供的情況下。事實上，據 GSMA Intelligence 估計，到 2025 年，企業應用將 占據 54% 的移動物聯網連接。 在工業 4.01部署中，移動網絡正在成為“無需用線”網絡的優越平臺，應用范

3、圍從工廠車間自動化到 自動化倉儲、物流、園區環境中的自動化車輛部署、采礦、材料加工等等。許多工業企業越來越感興趣 的一種部署選擇是移動“私有網絡” ，即專供該特定企業使用的移動網絡，且在該網絡上運行的所有 設備都是封閉網絡社區的一部分。例如，諾基亞于 2020 年 2 月宣布有 130 家大型工業企業客戶使用 這種私有移動網絡2，GSMA Intelligence 預測，在 2023 年至 2025 年期間，25% 至 40% 的中小型企 業和公司可通過私有移動網絡提供服務3。 5G 網絡和能力的引入更有效地支持了私有和專用網絡4的交付，利用了已經使用 4G LTE 部署此類網 絡的企業的成功

4、經驗。包括 DT、 Telefonica 和 Vodafone 在內的移動運營商也在響應廣泛的需求，提 供“混合”5G 網絡解決方案，通過整合公共和私有網絡提供靈活性，以滿足工業企業的各種需求。 私有和專用移動網絡可以幫助滿足工業企業的主要業務驅動因素，例如: 通過使用移動網絡運營商提供的高可靠性、高可擴展性的有 SLAs 保障的網絡，盡量減少生產 線的停機時間，包括正常運行時間和可用性; 通過支持整個工業園區可靠的高帶寬無線連接和容量，實現制造靈活性; 監控和管理整個供應鏈的貨物和供應; 在初級生產行業，包括采礦、石油開采、采石和精煉行業，實現高可靠性、關鍵的監測和控制應 用; 通過移動網絡

5、提供有保證的帶寬，以支持包括高分辨率機器視覺在內的關鍵用例，最大限度地 提高生產率和制造產品質量; 支持使用本地部署的邊緣處理能力和本地超低延遲網絡基礎設施進行實時決策; 1 “第四次”工業革命將包括傳感器、高互聯性、自動化、機器學習和實時處理在內的智能技術融入到傳統制造業和工業平臺以及制造業供應 鏈中。這種物聯網的工業應用允許制造商分析和提高生產率、制造靈活性和產品質量。 2 Https:/www.nokia. com/about-us/news/releases/2020/02/27/nokia-deploy-5g-private-wireless-network-for-lufthans

6、a-technik-virtual- inspection-trial/ 3 Https:/data.gsmaintelligence. com/research/research/research-2020/radar-june-2020 4 后面將進行描述， “專用網絡”通過 5G 網絡切片等特性為企業提供來自公共移動網絡的特定資源 2 為制造商提供靈活的資本支出（CAPEX）與運營支出（OPEX）的網絡成本效益; 允許制造商專注于其核心業務，將網絡的運營和管理交由移動網絡運營商，同時仍然有專用的 網絡資源和嚴格的數據隔離; 透過 5G 的先進安全特性及移動運營商的專業知識，保障 IT 及

7、運營網絡免受安全及隱私威脅 的成本及干擾; 通過以高帶寬視頻圖像傳輸、精準定位和/或高可靠性通信為基礎的具體安全用例的實施能 力，改善工人和設施的安全。 下面的圖 1 顯示了 5G 在公共網絡和完全獨立的私有網絡之間引入了一系列的可能性。例如，可以 將公共網絡上的資源專門用于某一企業，利用 5G“網絡切片”創建一種形式的虛擬專用網絡，或 者由運營商將其頻譜轉租給第三方，以便其建立和管理一個私有網絡。事實上，一個工業企業可 能會采用多于一個這樣的部署模式，以滿足其用例和應用程序的不同需求。同樣的，移動網絡運營 商也越來越多地提供一系列的解決方案，從公共網絡到獨立的私有網絡，有時也會提供支持公共

8、和私有接入的“混合”網絡解決方案。因此，本文討論了企業可供選擇的各種可能性，并引入了”專 用網絡”一詞，以描述利用網絡切片等技術，將公共網絡資源保留給企業專用。 圖 1 制造/生產/供應鏈企業的選擇范圍（從公共網絡到私有/專用網絡） 本文特別關注私有和專用的 5G 網絡在制造/生產和相關供應鏈企業的物聯網中的應用。它首先著 眼于私有和專用網絡的優勢，精選了從這些網絡中受益的用例進行回顧，概述了企業可選擇的公 共、專用和私有網絡等選項，總結了使這些網絡更適合工業應用的 5G 關鍵新特性，并概述了安全 和頻譜方面的重要議題。 公共網絡 有 SLAs 保障的公共網絡 網絡切片（公共網絡） 公共網絡+

9、本地基礎設施 用運營商頻譜的私有網絡 用非授權頻譜或私有頻譜的私有網絡 3 什么是私有和專用網絡？ 簡而言之，私有移動網絡是指網絡基礎設施僅由最終用戶機構授權的設備使用的網絡。通常，這種基 礎設施被部署在一個或多個由最終用戶組織擁有或占用的特定地點。在公共移動網絡上注冊的設備 將不能在私有網絡上工作，除非特別授權。在標準中5這些被稱為“非公共網絡（Non-Public Network）” ，然而私有網絡這個術語在垂直行業中更為常用。 這種私有移動網絡只服務最終用戶組織指定的設備，這意味著不必擔心公眾用戶對可連接的設備數 目、所獲得的吞吐量或其他網絡性能指標的影響，覆蓋也可以準確地傳送到需要的地

10、方，無論是戶外 地點，如港口地區或礦山，或室內地區，如制造生產線或倉庫。然而，私有網絡的功能超出了容量和覆 蓋范圍，擴展到了量身定制的安全措施以及與屬于工業企業的其他業務或業務系統的整合等領域。 一個虛擬私有移動網絡（以下稱為專用網絡）也可以提供給工業企業，這些企業通常使用公共流動 網絡上的 5G 網絡切片。在這種情況下，企業可以獲得專用網絡的大部分優勢，但不需要企業在安裝 和運營現場無線基礎設施方面的前期成本或復雜性，也不需要一種或多種服務在整個公共移動網絡 運營商的足跡范圍內運營。 移動網絡使用特定的專用頻帶，這些頻帶確保比廣泛共享的未經許可的頻帶（如 Wi-Fi 網絡使用的頻 帶）6更高

11、的可靠性。在一些國家，無線電頻譜正在留出供本地/工業使用，包括供私有網絡使用，但更 普遍的情況是，預計移動網絡運營商將利用自己的授權頻譜提供私有網絡解決方案。對移動網絡運營 商的頻譜授權通常更大，因此這為工業企業提供了更高的帶寬服務。 通過適當的協議和互通，屬于私有網絡的設備也可以在公共移動網絡上得到支持。這允許設備繼 續運行，即使它移動到私有網絡的地理范圍之外，例如在更廣泛的領域應用，如物流。這可以進一 步擴展到國際漫游。 5 3GPP 標準定義了“非公共網絡” ，參見規范 3GPP TS 23.501 V16 6 在 2.4 GHz 和 5 GHz 頻譜內，Wi-Fi 通常使用有限的窄頻帶

12、。鄰近的網絡或接入點會干擾 Wi-Fi 信號，降低網絡的可靠性，減少帶寬。包括 微波爐和藍牙設備在內的其他設備也會產生干擾。 4 5G 專用網絡的好處是什么？ 通過 5G 移動技術提供的專用網絡與有線以太網、 Wi-Fi 或非授權的無線網絡等其他選擇相比，具有廣泛 的優勢： 私有和專用的 5G 網絡提供了設備移動和部署效率的靈活性; 在重新配置有線以太網絡時，對 電纜和設備進行移動是昂貴和復雜的; 并非所有環境都適合有線連接，而 Wi-Fi 和非授權的無線技術網絡并不總是能夠提供大規模 的可靠性。移動私有網絡和專用網絡可以通過 5G“超可靠低延遲通信”以高質量和可靠性提供 所需的覆蓋率和容量;

13、 嚴格的安全、隱私和數據隔離要求可以通過 5G 網絡解決方案的先進功能來滿足; 自主導航車輛（AGV）需要有高度的目標性，高帶寬覆蓋率，可預測的誤差和延遲特性，以及 設備能力，以確保效率和安全。這些在 Wi-Fi 網絡上不能很好地工作，特別是當網絡擁擠或在 接入點之間的“切換”期間。5G 特別提供了 AGV 在園區內通過私有網絡或通過公共網絡大范 圍運行所需的特性; 企業有辦法根據自己的具體情況決定如何部署移動網絡無論是為了容量、覆蓋范圍還是 相關方面，例如數據隱私/安全或所需的 SLAs。他們還可以讓移動運營商提供關鍵功能，例如網 絡設計、部署、運營和維護，或者頻譜的分許可; 當為私有網絡或

14、專用網絡安裝本地邊緣設備時，傳輸延遲可以減少，因為不再需要像以前的公 共移動網絡（特別是 2G 和 3G）那樣，跨越有時很遠的距離傳輸”用戶”數據。 o 這使得“實時”或“接近實時”服務成為可能，特別是在使用邊緣計算時，通過 5G 超低延 遲服務提供的改進; 5G 的傳輸延遲和錯誤率是高度可預測的，因為允許應用可靠的基于軟件的補償。這對于工業 和自動化應用是重要的，并且與 Wi-Fi 網絡形成強烈對比，其中設備之間的競爭通常是一個 問題；帶寬可以大規模交付，以滿足企業的需求，而不必依賴于公共移動網絡運營商的更廣泛的 推出計劃;上行/下行帶寬比率可根據企業用例而有所不同，利用新的無線接口和時分雙

15、工技 術，即廠商無須受限于與公共移動網絡用戶有關的網絡設計選擇7。這與工廠自動化或自動駕 駛車輛的視像處理等用例有關，因為這些情況下上行帶寬要求可遠遠超過下行帶寬; 5G 網絡切片可以同樣適用于私有網絡，以允許設備和應用的分隔，這允許進一步加強數據安 全和保護，特別是隨著現場邊緣計算的部署; 最后，時延敏感的應用是通過時間同步網絡（TSN）的特性來實現的，這些特性在 5G 網 絡中支持傳統的以太網 TSN 網絡的集成。 7 完全調整上行與下行帶寬比率的能力可能受外部因素影響，包括在相鄰 TDD 頻帶操作網絡設備的公共流動營辦商。欲了解更多信息，請 參閱 https:/www.gsma. com

16、/spectrum/resources/3-5-ghz-5g-tdd-synchronisation/ 5 制造業 5G 網絡用例 制造業有非常廣泛的用例和要求，從需要公共移動網絡的廣域服務到需要私有和專用網絡滿足的更具 體的需求。以下是制造業及相關供應鏈的用例，在這些用例中，一些制造商可能會選擇使用私有或專 用網絡，以支持比有線或 Wi-Fi 企業網絡更廣泛的用例: 生產線的靈活性使用 5G 私有網絡來支持生產線的快速重新配置以交付新產品。固定有線網 絡的安裝和重新配置是困難和昂貴的，并且在某些環境下安裝是不切實際的。一些生產設施已 經使用了 Wi-Fi 網絡; 然而，對于大型設施和工業 4

17、.0 中典型的高帶寬密度用例，這些網絡的 規模不大，信號滲透可能是一個問題。5G 網絡提供了可用帶寬的大幅度增加以及設備的廣泛 覆蓋，使得生產線能夠與廣泛分布在整個制造設備的傳感器完全無線聯網; 機器與機器之間的通信已經啟用，因此機器和傳感器的互聯網絡可以協同工作來執行生產任 務，并最優化地運行復雜的流程。相關應用如機器人，“協作機器人” 8，自主生產線質量優化， 智能倉儲和物流。5G 網絡實現了高可靠性和超低延遲，網絡切片實現了設備之間的安全虛擬 網絡; 自動導航車輛（AGVs）受益于超高帶寬和可靠的移動切換，這些移動切換由 5G 專用網 絡提供，跨越生產線區域、倉儲和調度區域。由于這些設備

18、更多地使用實時傳感器，加上圖 像和視頻處理，以保證安全和提高效率，5G 的極高和可靠帶寬確保 AGVs 可以在整個制 造或倉儲設施以及礦山或造船廠任何需要的地方使用; “連接工人”應用，其中機器操作員、主管和質量檢查員以及維修和設施工作人員可以在整 個生產設施或園區使用高帶寬連接。最初的應用包括無紙車間，擴展到連接工具，如螺絲刀 和扭力扳手，以及工人安全應用，包括個人安全監測和工人位置跟蹤。高級用例包括用于設 備安裝的虛擬現實和增強現實（VR/AR）、手動輔助的精確裝配、操作培訓和對維修工程師 的遠程協助。5G 確保整個設施/園區的任何地方都可以使用高帶寬; 端到端物流支持整個生產設施，輸入供

19、應鏈，倉儲/存儲和出口供應鏈。5G 可以部署大量的低 成本跟蹤設備，報告與成品、零部件、組裝和供應相關的位置、狀態和環境。私有網絡和公共 5G 網絡之間的無縫操作也是可能的，這尤其有利于國家和國際物流，特別是托盤、貨車和集 裝箱; 8 協作機器人(Collaborative robots)人類和機器人之間進行協作，以完成遠程檢查或維護等任務 6 多客戶服務設施可以從一個共同的 5G 基礎設施提供客戶“私有”的子網絡，這通過 5G 網絡切片實現。這可以用于生產或倉儲設施或園區環境。網絡切片也可以擴展到公共網 絡，在生產或倉儲設施和國家 5G 網絡之間提供無縫的專用網絡服務。 那些需要廣域覆蓋的用

20、例，例如物流或遠程管理，往往更側重于所提供的網絡服務的隔離特性，在帶 寬或延遲等方面對網絡性能沒有特別嚴格或極端的要求。在廣域覆蓋方案中，必須為相對一般用途的 設備提供服務，并共享網絡資源（特別是無線接入資源） ，同時盡最大努力或優先考慮服務質量的網 絡服務。 相比之下，關鍵生產線管理或側重于局部區域覆蓋的 AGVs 等用例往往有更具體和更具挑戰性的要 求，這些要求可能與消費者移動服務的傳統網絡要求大不相同: 1. 具有服務水平協議（SLA）保障的高可靠性服務: SLA 是服務提供者對客戶提供的網絡服 務的承諾。網絡性能屬性，如延遲、可靠性、確定性通信可能是使用網絡切片或專用私有網 絡設備交付

21、的 SLA 技術規范的一部分。除了性能要求，功能和操作要求也可以在 SLA 中指 定，例如高精度定位、實時監控等。 2. 新的流量模型: 這些用例的上行和下行流量比率與傳統的消費者移動網絡服務非常不同，這 可能需要一個新的上行和下行帶寬比率。 3. 嚴格的數據隔離: 一些工業客戶希望將自己的數據保存在自己的場所或基礎設施中。因此， 需要進行嚴格的數據隔離，例如客戶（如果他們共享相同的基礎設施）和通信服務數據相 關的用戶平面/控制平面之間的數據隔離。邊緣計算和網絡切片技術支持那些需要嚴格數據 隔離或本地化的用例。 4. 安全和隱私: 需要一個強大的隱私和安全框架來保護工業數據（例如生產線和相應的

22、管理和 操作）。行業數據應該只對行業客戶本身可用，數據和網絡應該受到各種潛在攻擊的保護。 5. 經營與管理脫鉤: 許多中小型企業沒有足夠的技術專長或資源進行網絡設計、部署和運營。 因此，從移動網絡運營商獲得這些服務，將是這些企業專注于其核心業務、擺脫部署和管理 企業連通性的復雜性的最具成本效益的方式。 7 部署私有/專用網絡 正如導言所述，企業可以有多種途徑實現上述 5G 網絡的好處，包括利用公共網絡的專用服務的企 業，以及與移動運營商共同建造或完全獨立于移動運營商的獨立專用網絡。這項決定最終將取決于資 本支出（CAPEX）和運營支出（OPEX）之間的優先平衡、企業承擔建立和運行移動網絡所涉及

23、的各種 任務的意愿和能力，以及邊緣計算等相關解決方案，以及支持所需用例的頻譜的可用性。 正如圖 2 所示，為工業用戶提供不同的 5G 網絡選擇的例子種類繁多。該圖引用了表 1 中的網絡部署 示例，以及表 2 中基于可用公共信息進行分類的其他閱讀項目。 鑒于實施和運營私有網絡所涉及的活動范圍廣泛，許多工業企業的首選方案將是由國內一家移動網絡 運營商作為提供管理服務網絡。移動網絡運營商可進一步在私有或專用網絡與其本身的公共網絡之間 提供無縫服務，并在管理服務網絡推出和運作的各個方面提供經過驗證的專業知識。與公共網絡的互 動為物流和供應鏈管理提供了明顯的好處，車輛、供應品或制成品在國內或國際流動時可

24、以得到管 理。 圖 2 不同的5G制造業部署模型的例子 8 表 1 5G 網絡的典型部署場景 部署場景 主要特征 共用設備及服務的廣域移動性 一般公共網絡 有效使用網絡基礎設施、頻譜和操作 標準服務水平目標 公共網絡中 MNO 邊緣上的邊緣計算，可選的現場網關提供更 低的延遲和本地化數據儲存/處理 充分利用移動網絡運營商的專業知識和解決方案，具有較高客 戶水平的頻譜組合 公共網絡 支持公共網絡的完全提供和互操作性 改善服務質量，優先考慮關鍵設備和應用 (使用 SLAs) 還可以在公開的 MNO 邊緣上進行邊緣計算，網絡和可選的現 場網關提供了更低的延遲和本地化的數據存儲/處理 利用運營商的專業

25、知識、解決方案和廣泛的頻譜，利用網絡切 片定制網絡服務 移動運營商 支持更高的數據隔離、安全性、隱私性和進一步的 SLA定 制，包括可用性和可靠性 網絡切片 公共網絡的完全提供和互操作性 在 MNO 邊緣上進行邊緣計算，并使用網絡切片提供更低的延 遲和本地化的數據存儲/處理 專用無線設備 經營者安裝和管理專用設備的管理服務為 SLA 下的制造商提供 無線網絡設備 邊緣計算網關支持極低延遲和完全本地化的處理和數據存儲 由 MNO 安裝和管理 關于控制平面/數據平面管理的選擇/本地化(網絡切片) 支持廣域服務的公共網絡互操作性 專用網絡，提供高安全性、保密性及不可見網絡 通過運營商獲取廣泛的頻譜選

26、項 獨立私有網絡 完全控制網絡設計、部署時間表和操作 完全控制 SLA (使用運營商頻譜) 在 MNO 上的邊緣計算或私有的客戶邊緣計算網絡提供較低的 延遲和本地化的數據存儲/處理 可選擇外包部分或全部網絡設計或將管理網絡外包給 MNO 完全隔離的網絡，沒有與公共移動設備的互聯網絡 獨立私有網絡 （使用非授權頻譜 或私有頻譜） 對頻譜接入和使用的直接責任 完全獨立的網絡設計、采購、服務水平、運作及維修、頻譜分配、無 線電計劃9 可選擇外包部分或全部網絡設計或將管理網絡外包給 MNO 9 無線電計劃必須考慮對鄰近用戶的干擾 9 在這些不同的部署選項中，網絡切片和邊緣計算為制造商和供應鏈提供了主要

27、的優勢。如前所述，網 絡切片提供了“虛擬網絡”能力，支持定制的制造/供應鏈屬性，包括服務質量、隱私、安全和特定的 SLA。這使得工業企業能夠從高度定制的服務中受益，這種服務可以從公共網絡中提供，而不需要企業 安裝自己的網絡的成本或復雜性。增加邊緣計算則在數據本地化方面提供了多種選擇，以降低延遲， 并且出于隱私和安全的原因限制數據的流動。 移動網絡運營商還可以在工業企業所在園區現場部署網絡設備。通過這種方式，可以將覆蓋范圍引向 任何需要的地方，包括建筑物深處，以及公共網絡通常無法覆蓋的其他地區，如地下或露天采礦或海 上石油鉆井平臺。根據復雜的工業 4.0 用例（特別是圖像和視頻處理）的需要，容量

28、也可以以極高的 水平提供。在這種情況下，邊緣計算還支持超低延遲應用，以補充 5G 的超可靠低延遲通信服務，并能 夠在企業范圍內完全本地化數據/控制。 無論部署哪種模型，在實現私有或專用網絡時都必須考慮幾個角色，這些角色可以在一個或多個 實體之間分割。這些角色在下面的表 2 中進一步詳細描述。 10 表 2 網絡部署中涉及的主要角色 角色 責任 頻譜持有人 識別頻譜的可用性，以及它是否能夠滿足用例需求 就持牌頻譜而言，保障接達頻譜的權利，包括注冊過程和付款的 初始許可證期限和隨后續期 遵守牌照條款、條件及責任 網絡擁有者 選擇、資助和購買網絡設備和相關配件，包括天線、設備架和計 算、儲存和通訊設

29、備 購買設備/配件維修及升級 購買適用的軟件棧和任何相關技術許可證 網絡架構師 設計網絡的邏輯和物理實現，基于容量和覆蓋的需求 確定所需頻譜、推薦設備類型和位置，以及考慮外部因素的頻率 再利用計劃頻譜在相同和相鄰頻道中的使用 指定工業使用所需的邊緣計算設備個案 運行和維護人員 網絡設備的日常運作，包括故障和性能監測，故障排除和簡單的 故障解決，例如更換故障硬件模塊，重新連接切斷了通訊聯系 監控網絡并根據要求交付 SLAs，報告到最終用戶組織，并在需 要其他人解決問題時向上報告 網絡控制者 界定私人機構或專責機構的服務要求網絡和不同類型的設備/機 器，這包括諸如隱私、安全、邊緣，其他網絡的計算和

30、互連、上 行和下行帶寬要求等內容 確保其他各方了解并履行他們在提供私有網絡的職責 網絡管理員 定義和管理可訪問私有或專用網絡的設備/機器、互連的其他網絡 (例如 IT 網絡)上的服務器/個人電腦，以及私有網絡 還管理(或委托管理)私有網絡設備的備份/恢復和安全更新 部署和管理適用的軟件協議棧，包括存儲和計算資源 直接授權或不授權 IoT 設備（如果沒有自動化或集成到其他授權/ 認證系統中） 網絡集成商 在企業內部部署和整合私有網絡和設施 設備、系統和應用程序之間的端到端集成以及客戶驗收測試 向客戶提供解決方案，培訓，移交給運營團隊和網絡管理團隊 履行客戶的特定責任，例如安全/品質認證或其他垂直

31、行業的特 定認證 11 5G 功能使私有和專用網絡受益 隨著 5G 網絡的引入，私有和專用網絡有了顯著的改善，特別是: 三個新的 5G“標準”服務被引入，為不同的工業物聯網應用提供專門的支持 o mMTC-大規模機器通信 o URLLC-超可靠低延遲通信 o -eMBB 增強型移動寬帶 5G 無線接口已經被重新設計，允許不同特性的多種服務類型在同一個無線信道上共存。例 如，上述 5G 標準服務可以同時在同一個無線電頻道上傳輸，但傳輸到不同的設備; 此外，一種稱為“網絡切片”的新能力使私有和專用網絡具有高度優化的特性，以適應所需的工 業用例或應用。它提供了一種“虛擬網絡”的形式，還有額外的好處，

32、能夠定制特定的特性，例 如上行鏈路/帶寬比; 邊緣計算10提供了將工業企業系統盡可能在最本地一級與移動網絡（私有或公共）連接的能 力，以大幅度減少端到端傳輸延遲，并出于信息安全和隱私原因在企業本地范圍內保護數據11; 開放網絡日益被視為未來網絡部署和管理的必需品，特別是因為這為建設和運行網絡的先進人工 智能工具打開了生態系統。這項新的行業計劃，特別是與 5G 時代網絡推出相關的計劃，預計將為 制造業企業和移動網絡運營商提供更多選擇和創新，以配合專用和私有網絡的部署。 10 也被稱為多接入邊緣計算或移動邊緣計算 11 詳情請參閱 https:/www.gsma. com/iot/wp-conte

33、nt/uploads/2018/11/iot-edge-opportunities-c.pdf 12 下表 3 列出了三個”標準”5G 服務的具體國際電信聯盟設計目標12。 表 3 國際電信聯盟的 5G 服務設計目標 大規模機器通信 (mMTC) 超可靠低延遲通信 (URLLC) 增強型移動寬帶 (eMBB) 極高的設備密度 擴大覆蓋范圍，包 括建筑物深處 電池壽命延長至多 年 低數據速率(每秒 1 至 100k 比特) 可變(非關鍵)延遲 機動性有限(尤其是 NB-IoT) 低設備成本 小數據包在 1 毫秒內的空 中接口延遲 超級可靠的通信，成 功率為 99.999% 或 更高 低至中等的數

34、據速率(每 秒 50k 比特至每秒 10M 比特) 支持高速移動 支持每秒至少 1 億比特的用 戶速率 峰值數據速 率為每秒 10 到 20G 比特 時速 500 公 里的高速機 動性 高達每平方 公里 15 Tbps 的下 行和每平方 公里 2 Tbps 的上行能力 網網絡切片切片 網絡切片是 5G 網絡的一個新特性，它允許特定的客戶或應用程序擁有網絡預留資源供其獨自使用， 并提供一系列最適合其需求的性能屬性。這是通過配置物理 5G 基礎設施來提供一個“虛擬”網絡，提 供與客戶或應用程序擁有自己的定制網絡相同的功能。 通過網絡切片，“通用”移動網絡基礎設施在邏輯上或物理上被配置為為各自的用戶

35、/應用程序提供所 需的功能。這與 4G 和早期的網絡不同，在 4G 和早期的網絡中，用戶/設備基本上連接到一個具有 共同特征的單一網絡13。多個網絡片可能為不同的用戶或應用提供不同的網絡特征，因此可以共享 5G 網絡。 對于工業物聯網來說，這意味著有能力擁有一個“虛擬化”的網絡，可以根據特定工業用例的具體情 況優化性能。例如 低延遲的網絡通信，可能需要近實時控制應用在制造應用程序; 特定的帶寬可用性，例如適合于在 AI/Edge 應用中傳輸圖像數據的高帶寬或工業測量應用 程序的低帶寬; 12 參見 https:/www.itu.int/dms _ pub/itu-r/opb/rep/r-rep

36、-m. 2410-2017-pdf-e.pdf 13 NB-IoT 可以說有點不同，因為它被部署在不同的頻段(“守衛頻段”) ，并具有不同的特性，因此使用 NB-IoT 的物聯網設備與其他移 動設備(如智能手機)之間存在一定程度的分離 13 網絡或數據可靠性或其他服務質量措施，例如工業控制應用程序知道控制命令保證在網絡 上傳送，并具有特定的通信特征，包括隱私和安全性。 大大規模規模機機器器通信通信 大規模機器通信（mMTC 或 Massive Machine-Type Communications） 是解決物聯網產品和服務 的大眾市場需求的 5G 解決方案。根據頻譜的可用性，這意味著每平方千米

37、面積可以連接 100 萬個物 聯網設備。這適用于公用事業、工業和教育園區、智能家居、智能城市、農業、交通和物流等領域的廣 泛應用。 一般來說，mMTC 連接設備不會頻繁地發送或接收相對較小的數據包。因此，這項技術是周期性采 樣的理想選擇，或者對“不尋?！笔录木瘓?，比如 指示制造設備故障; 對管道或采礦的感應; 低頻環境感應，無論是在工業園區內還是在更廣泛的地理范圍內; 航運集裝箱的開放，定期位置報告或不良狀況檢測; 警告緊急通道門已開啟或關閉; 用于智能能源管理傳感器或執行器，包括加熱或照明管理。 超超可靠可靠低延低延遲通信通信 URLLC 或超可靠低延遲通信是 5G 網絡的另一個關鍵特性，

38、預計將有利于廣泛的“關鍵任務”應用。在 4G 網絡上，無線傳輸的典型往返延遲大約為 15 毫秒14，典型的端到端“系統”延遲大約為 30 至 100 毫 秒15，但在 5G16網絡中，無線網絡延遲可降低到 1 毫秒，使得提供響應更快的“實時”控制應用成為可 能，特別是在使用邊緣計算的情況下。 重要的是，5G URLLC 為控制應用程序提供了 99.999% 或更高的可靠性（計算機網絡） ，使高可靠 性“實時”控制應用程序成為可能。這與先前的 4G 網絡有顯著的提高，之前典型的 99% 的可靠性對于 關鍵控制應用是不夠的。 14 詳見 https:/arxiv.org/pdf/1801.0127

39、0.pdf 15 參見 https:/arxiv.org/pdf/1704.05565v6.pdf 和 https:/arxiv.org/pdf/1709.00560.pdf-總體延遲也取決于應用程序的性能 16 在 3GPP 版本 16 和版本 17 中，延遲減少是標準化的，它們建立在版本 15 中最初的 URLLC 支持的基礎上 14 表 4 超可靠低時延的工業應用 垂直行業 申請表格 工業/制造業/生產 工業設備/生產線控制 固定和移動機器人的控制(包括導航/避 碰) 工廠環境管理 安全監控與管理 汽車 司機安全協助服務-車輛，車輛及車輛至 基礎設施 自動駕駛 智能交通管理 無人機17

40、輔助導航 無人機與無人機的通訊、避免碰撞 “空域”使用優化，包括無人機、“空中通 道”、“排隊 能源 發電設備的精細控制 電網需求管理 智慧城市/智慧家居 火災警報/抑制 出入控制/逃生路線監察及控制 增增強型移動寬帶移動寬帶 帶寬饑渴的應用程序大大受益于更高的可用下行鏈路和上行鏈路帶寬可用 5G 的增強型移動寬帶 (eMBB)。 eMBB 在 5G 覆蓋范圍內提供非常高的數據速率，在典型的密集城市環境中，每個設備可用的下行數 據速率至少為每秒 100 兆比特。高性能在不同的覆蓋場景中得以持續，如下所述18，尤其是在智能工 廠或工業園區等室內熱點環境中增加了下行鏈路（DL）和上行鏈路（UL）帶寬: 17 參見 https:/www.gsma. com/iot/connectedskies/ 18 參見 https:/www.gsma. com/futurenetworks/wp-content/uploads/2019/03/5g implementation-guidelines-nsa-option-3- v2.1.pdf，Table 2 15 表 5 不同 eMBB 部署場景的可用數據速率和容量 情景 下行體驗速率 上行體驗速率 下行區域容量 上行