2026年数字化园区42-2023面向新型工业化的5G内生确定技术白皮书-新版方案.docx

前 言

党的二十大报告提出，要坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，推进新型工业化，加快建设制造强国、网络强国、数字中国，到2035 年，基本实现新型工业化。建设制造强国需要同发展数字经济、产业信息化等有机结合，以 5G 为代表的新一代信息通信技术为制造业数智化转型提供了关键的数字基础设施底座。

基于中国移动对 5G 赋能数智工厂的最新理解，特编写本白皮书， 首先分析了 5G 赋能数智工厂的发展态势，聚焦 5G 确定性的需求场景， 阐述了 5G 内生确定的“确定能力内生供给、确定性能极致服务、确定可靠全局保障”核心理念，以及涵盖三大类 12 项创新能力的技术体系， 并展示了在数智工厂中的应用与实践，期望为 5G 赋能数智工厂融合技术创新和产业发展提供新的思路和方向。

中国移动希望与各合作伙伴通力协作，共同推动数字经济和实体经济深度融合，助力新型工业化的目标早日实现。

01
面向新型工业化的5G赋能数智工厂发展态势
01

04
数智工厂对5G确定性的需求场景
02

目 录
2.1 园区级应用场景 05
2.2 车间级应用场景 06
2.3 产线级应用场景 07
09
5G内生确定的核心理念及技术体系
03

3.1 核心理念 10
12
5G内生确定性关键技术
04
Contents
3.2 技术体系 10
4.1 确定性组网技术 13
4.1.1 确定覆盖 13
4.1.2 确定隔离 13
4.1.3 精确路由 14
4.2 确定性通信技术 15
4.2.1 确定带宽 15
4.2.2 高精度时间同步 15
4.2.3 超低时延及有界抖动 16
4.2.4 低能耗 16
4.3 确定性保障技术 17
4.3.1 指令级准确收发 17
4.3.2 业务级惯性运行 18
4.3.3 系统级容灾保障 19
4.3.4 端到端安全防护 19
4.3.5 问题精准定位 20

22
5G内生确定性在数智工厂中的应用与实践
05

5.1 园区级应用案例 23
5.1.1 宁德时代：5G 内生确定赋能 AGV 跨车间移动 23
5.1.2 浙江爱柯迪：5G 内生确定赋能智慧厂区便捷数采 24
5.2 车间级应用案例 25
5.2.1 青岛海尔：5G 内生确定赋能洗衣机拖链控制系统 25
5.2.2 辽宁鞍钢：5G 内生确定助力冶金热轧厂天车无人化控制 27
5.3 产线级应用案例 28
5.3.1 荆州美的：5G 内生确定使能洗衣机过滤门冲压工位柔性生产 28
5.3.2 河北领克：5G 内生确定赋能车辆生产的柔性换线 29
31
展望
06
缩略语列表 33
联合发布及编制单位 35
参考文献 36

01
面向新型工业化的5G 赋能数智工厂发展态势

2
新型工业化是推进中国式现代化的重要引擎。党的二十大报告提出，要坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，推进新型工业化，加快建设制造强国、网络强国、数字中国，到 2035 年，基本实现新型工业化。2023 年 9 月，党中央召开全国新型工业化推进大会，习近平总书记作出重要指示，新时代新征程，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。建设制造强国需要同发展数字经济、产业信息化等有机结合。

为深入贯彻习近平总书记对新型工业化的一系列重要指示精神 , 落实党中央、国务院决策部署， 工信部等国家部委陆续出台《“5G+ 工业互联网”512 工程推进方案》《工业互联网创新发展行动计划（2021—2023 年）》《工业互联网专项工作组 2023 年工作计划》相关政策规划，深入推进 5G 与工业互联网融合发展 [1-2]。

以中国移动为代表的运营商积极推进 5G 等新一代信息通信技术的创新发展，为行业数智化转型构建数字基础设施底座。特别是在 5G+ 工业互联网领域，中国移动提出从辅助生产到融入生产再到改变生产的发展路径，全面推进 5G 赋能数智工厂高质量发展，已在工业制造、能源、港口、矿山等行业，围绕工业领域 30 多个典型应用场景，累计落地 5G 专网项目 4000 余项，已实现对工业网络的产业层、企业层、边缘层、设备层的全覆盖 [3]，正在从工业外网的辅助生产向工业内网的融入生产逐步深入。随着 5G 与工业生产的融合融通，也将进一步影响并带动工业生产运行模式的改变。

图 1 工业互联网网络实施框架

面向新型工业化的 5G 内生确定技术白皮书 1.0

全面融入数智工厂核心生产环节对 5G 提出进一步的要求，期望 5G 实现三方面的演进发展。一是，增强 5G 网络的确定性覆盖和组网融通能力，实现对工业网络的一网直达；二是，提升 5G 网络的确定性通信能力，满足部分工业控制场景对性能指标的苛刻要求；三是，构建 5G 网络的确定性保障体系，为数智工厂 7×24 小时不间断运行提供高可靠、高安全保障。

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面向新型工业化的 5G 内生确定技术白皮书 1.0

02
数智工厂对5G确定性的需求场景

5G 对数智工厂的全面赋能，需要实现对工业网络“两层三级”架构[4] 的全连接全服务，即覆盖工厂的 IT 和 OT 的两层网络，并完成工厂、车间、产线三个管理层级中设备的互联。

图 2 工业网络“两层三级”架构

在 IT 层，需要 5G 网络在“广度”上，提供泛在确定的网络覆盖，助力数智工厂完成全园区数字化信息的无死角采集与配置。在 OT 层，需要 5G 网络在“深度”上，提供确定性的“通信质量” 和“通信精度”，助力数智工厂实现对工业现场传感器、工业控制器、执行器的柔性化连接与确定性控制。

具体到园区、车间和产线的三级网络，不同层级的不同应用场景对于 5G 确定性在组网覆盖、通信性能和可靠保障等方面的要求存在差异。
2.1 园区级应用场景
园区级应用，是指针对工业园区进行设施管理、物流管理、人员管理、安全管理以及信息化服务的生产辅助类应用，例如，视频 / 环境监控、数据采集、远程诊断、信息化集成等应用，对于广泛

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面向新型工业化的 5G 内生确定技术白皮书 1.0

的覆盖、便捷的组网、高可用的接入等能力有较强需求，需支持 OPC UA、TCP/IP 等协议 [5]。

在组网覆盖方面，园区级应用需要支持处理整个园区范围内的数据流量，建立车间之间的数据通信。以视频 / 环境监控为例，通过 5G 网络，可以实现人员 / 资料状态、设备性能的实时监控，同时可进行介入控制、异常警告、远程诊断等操作，有助于提高生产效率、保障生产质量和生产安全。这就需要 5G 网络能够实现从生产车间到仓库、从办公区域到室外环境的广泛覆盖，确保各种移动设备和传感器的无缝连接。

在通信性能方面，园区级应用承载传感器、监控视频、通信等多种数据流，一般需要具备一定程度的低时延和低抖动的连接能力。以数据采集为例，借助 5G 可以实现产线内、产线间各种资源的数据采集，如设备状态、电能、气量、水量等，这些数据可以通过 5G 实时传输到中央数据中心， 以优化排工排产、实现预测性维护，减少成本和资源浪费。通常要求时延在 100 毫秒左右，抖动控制在秒级范围，可靠性达到 99.9%。

在运营保障方面，为确保生产和管理应用的连续性，降低潜在的生产中断风险，需要 5G 提供一定的高可用性能力。以建设信息化管理体系为例，通过 5G 能够更高效地整合园区管理数据、设备和资源，高效的信息化管理不仅可以提高工业园区的运营效率，还可为数据分析和预测提供强大的工具。5G 网络的高可用性对于支持上述关键业务场景至关重要，确保信息交互任务高效、稳定和可靠运行。
2.2 车间级应用场景
车间级应用，一般指生产车间内的控制器之间、控制器与本地或远程监控系统之间，以及控制器与运营系统之间的生产管理、协同控制类应用。例如，车间的视觉检测、AGV 协同等控制管理应用，以及 SCADA/MES/WMS/APC 系统、车辆物料位置等信息管理应用，通常需支持 OPC UA、Modbus TCP、Ethernet/IP 等通信协议。

在组网覆盖方面，车间级应用需支持工业生产信令在车间内的闭环，对 5G 网络的隐私性需求显著提升。以车间 PLC 北向的生产管理为例，通过 5G+ 工业软件可以实现生产计划、车间排程的

实时更新和便捷调整，此类数据不仅是企业生产活动的计划依据，也涵盖了企业的生产组织、经营状态、生产工艺等核心要素，是企业的重要资产。5G 网络应能提供安全可靠的组网环境，保证生产数据的本地化处理，实现数据不外泄。

在通信性能方面，车间级应用对于时延、带宽均有较高要求。以产线协同控制为例，需要 5G 支持高分辨率视频流、大规模设备数据传输以及机器间的便捷实时通信，需通过 5G 的灵活组网实现车间级应用的高度自动化、使能生产过程高效化，从而提高产线的精确度和生产效率，减少生产中断。需 5G 提供确定性的时延和带宽保障。

在运营保障方面，为维持生产设备之间的稳定通信，避免生产中断，需确保 5G 网络在大多数情况下可用，仅允许极少的中断，可靠性要求通常在 99.9% 到 99.99% 之间。以远程控制为例，在5G 提供确定性时延和抖动能力的基础上，叠加确定性高可靠能力，提高远程控制的效率和安全性， 从而实现钢厂铁水运输车、港口龙门吊、矿山挖掘机等设备的远程操作和监控。
2.3 产线级应用场景
产线级应用，一般指产线现场检测传感器、执行器与工业控制器等单一生产环节、业务单元的应用。例如，产线 PLC 与 I/O 设备、变频器、阀岛之间的南向控制业务，产线 PLC 与设备主 PLC 或设备主 PLC 与从 PLC 之间的东西向控制业务，此类业务通常要求通信网络具备超低时延、有界抖动、超高可靠等确定性能力，同时支持 Profinet/RT/IRT、CC-Link IE TSN、Ethernet/IP 等工业控制协议 [6]。

在组网覆盖方面，产线级应用面临着工业协议多样化、环网多层次等连接难题。以变频器、阀岛等设备控制为例，通过 5G 网络可以实现拖链、滑环等场景的设备无线便捷连接，并进一步简化多组、多层级工业生产环网，满足产线控制、数采、质检等混合业务的实时、高速、可靠交互。需 5G 提供匹配产线级“人机料法环”要素间互联互通、便捷融合要求的网络基础。

在通信性能方面，产线级应用对 5G 网络的确定性要求极为苛刻，时延、抖动、时间同步、带宽等要求异常严格，包括支持高速、高精度的生产线操作，确保设备之间的即时协作等。以安全控

制为例，为保障在生产过程中人员和设备的安全，及时检测出潜在的风险并采取应对措施，需要确保安全 PLC 与安全 I/O（安全继电器、急停按钮、光幕监测系统）之间的 5G 网络通信严格控制微小波动，具备高达 99.999% 的网络可靠性。

在运营保障方面，为维持产线设备控制器 / 执行器间的稳定通信，确保生产动作连续性和安全性， 控制系统和设备之间的数据传输必须实时且稳定。同时需要严格的安全防护措施，保障工控系统控制逻辑和关键数据的安全性。以运动控制为例，除通过 5G 低时延、有界抖动、高精度时间同步等保障高性能通信外，还需要 5G 提供确定性高可靠能力，保障运动控制的定位精度、运行连续性和安全性，从而实现滑环、拖链等无线替代场景下伺服电机运动控制、CIPMotion、安全 PLC 控制、安全 I/O 控制、普通 I/O 控制等全环节的稳定可靠运行。

03
5G内生确定的核心理念及技术体系

3.1 核心理念
为了向工业企业提供一流的确定性 5G 专网服务，中国移动推动确定性能力从外挂式叠加向内生式供给演进，通过 5G 架构与确定性能力的深度耦合，实现内生确定性服务的一体化供给，即“确定能力内生供给、确定性能极致服务、确定可靠全局保障”。

● 确定能力内生供给：通过对 5G 网络架构的优化调整以及网络能力的增强，内生提供组网融通、极致通信、运营保障等端到端确定性服务能力，极小化甚至无需对外部工业网络提出适配性的改造要求，实现轻量化、插件化部署。

● 确定性能极致服务：全方位推动 5G 通信性能的极致化演进，补齐极致低时延、有界低抖动的性能短板，拉长通信大带宽、空间广覆盖的长板，锻造设备低功耗、网络高安全的新板，提供满足工业制造核心生产环节的极致性能服务。

● 确定可靠全局保障：用全局视角构建 5G 适配工业网络的确定可靠安全能力，系统性提供多维度、多层级的可靠性保障手段和安全防护措施，确保工业生产的稳定运行，保障通信网络以及工业数据的安全。
3.2
技术体系

为了实现 5G 内生确定的三大核心理念，需要贯穿 5G 赋能数智工厂的全生命周期、全流程服务， 构建面向三大方向涵盖 12 大类关键技术的技术体系。

● 确定性组网：在建网互联阶段，通过合理的网络规划，构筑一张确定覆盖、确定隔离、精准路由的 5G 与工业融合网络。即打造一网直达、无处不在的基础设施“地基”，砌筑业务保障隔离的“墙”，打通精确路由的“窗”。

● 确定性通信：在业务服务阶段，面向工业不同层级的业务场景，提供确定带宽、高精度时间同步、超低时延及有界抖动、低功耗等多样化技术手段，实现分档分级的确定性服务供给。

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● 确定性保障：在网络保障阶段，采用系统化思维，全面提升 5G 通信系统的可靠性及安全性， 实现指令级准确接收、业务级连续服务、网络级安全防护、系统级应灾抗毁，满足工业生产7×24 小时业务不间断需求。

图 3 5G 内生确定性技术体系

04
5G内生确定性关键技术

4.1
确定性组网技术

4.1.1 确定覆盖

良好的覆盖是 5G 融入工业生产的基础要求，在柔性制造的动态环境中，更需满足设备在任意位置接入的确定性覆盖能力。工业环境复杂多样，室内、室外环境频繁交错，管线、货物不规则遮蔽， 对于工业场景的确定性覆盖，重点需要解决全区域的大尺度连续覆盖和死角区域的细粒度补盲增强。

5G 内生确定性覆盖可通过无线覆盖定制化和短距无线通信两种方式实现。针对全园区大尺度覆盖和大上行业务需求，可在无线网络规划的基础上，结合实际场景，综合利用无线配置调整、pRRU 冗余覆盖、RHUB 交叉等方式保障覆盖的确定性 ；对于死角区域的细粒度补盲，可采用 5G+ 星闪（SparkLink）融合通信方式，利用星闪技术的先进帧结构、Polar/RS 信道编解码技术等设计， 在较小的区域内（通常小于 100 米）为工控终端提供点对点的无线通信，提升 5G 整系统的高可靠、精同步、多并发、抗突发干扰等能力。

为了实现 5G 对工业园区大尺度和细粒度场景确定覆盖的一体化提供，中国移动创新设计新短距技术和 5G 网络的协议融合方案，通过协议适配和层二中继方式，实现 5G 网络对星闪短距通信域中 G 节点（管理节点）和 T 节点（通信节点）的可达、可管、可配，实现对蜂窝网络动态服务能力的补充扩展，实现确定覆盖能力的一体内生。

4.1.2 确定隔离

工业网络通常划分为 IT 网络域、OT 网络域，OT 网络内部可根据不同业务线条的差异划分为不同的独立环网，以确保不同业务间的相互隔离，有效阻断攻击，实现网间数据的安全交换。例如， 传统的制造企业中，大多数工业设备工作在网络二层，通过有线的方式接入 OT 网络域 ；而负责企业运营管理的 IT 网络域通常是 IP 化网络，不支持二层以太协议栈，与 OT 网络域是天然隔离的。

5G 网络在服务于工业网络互联互通时，具有一网直达、简化组网的优势，但也需要通过必要的技术手段来满足不同工业网络域的隔离性要求。5G 网络内生演化支持 5G-LAN 技术，可以通过划

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分 5G VN 组的方式，将不同通信需求、不同业务逻辑的终端组建在同一局域网中，实现 VN 组内的广播、组播群组通信和 VN 间的相互隔离。

中国移动创新设计了 5G-LAN 容灾以及精简组管理机制，在减少对网络切片、DNN 等资源占用的同时，进一步提升网络可靠性与管理便捷性。

4.1.3 精确路由

随着工业客户对产线柔性化需求的不断增强，设备之间的链接不再是一成不变的，要求产线可以定制化调整，通信节点可以动态更新。此外，工业客户对产线数智化要求不断提升，OT 网络与IT 网络的互通与互动也将更加频密，5G 网络需要具备实时、灵活的业务流精确路由能力。

精确路由可通过 UPF 本地分流和基站分流技术实现。UPF 本地分流一般通过 UPF 下沉实现流量的本地卸载，并将用户面的数据就近转发至边缘云或企业内网，一方面保障数据不出园区，另一方面可依托 UPF 构建算网一体平台提供边缘计算服务。基站分流是 UPF 本地分流的有利补充， 能够低成本满足数据不出场的安全隔离需求，主要适用于部分 UPF 下沉存在困难的中小型园区。

在此基础上，面向多园区互通场景，中国移动创新设计了无感漫游方案，在对终端零改造的情况下，实现跨园区的路由与漫游。

图 4 精准路由技术方案

4.2
确定性通信技术

4.2.1 确定带宽

工业生产工艺流程复杂，业务模型差异较大，需要网络具备分档分级的确定性带宽保障能力。针对视频监控类、视觉质检类业务，需保障传输效果、避免画面卡顿 ；针对远程办公和视频会议， 需满足视频通话的质量和流畅度 ；针对生产核心环节的控制类业务，要确保其控制指令和数据的优先级，优先保证带宽。

面向不同业务的带宽差异化保障需求，中国移动综合利用 GBR、RB 资源预留、GBR+RB 资源预留等技术细分网络调度优先级，进而提供分档分级的确定带宽保障能力，实现重保业务的差异化带宽服务，满足行业多维度、差异化需求。

表 1 确定性带宽分档分级保障体系

保障等级
保障技术
保障效果
应用场景
等级一
GBR
为单用户提供最低速率保障
单用户有最低速率保障要求的特需场景

等级二

RB 资源预留
1. 为一组用户提供确定性资源保障，不保障单用户速率
2. 提供一定隔离性，不受到其他业务和网络拥塞影响
特定组用户对隔离度、带宽等性能要求较高的特需场景

等级三

GBR+RB 资
源预留
1. 在有大量 GBR 用户的情况下，为特定的 GBR 用户提供最低速率保障
2. 通过资源预留提供隔离性，屏蔽其他业务影响；在隔离的基础上通过 GBR 提供最低速率的最高档保障
背景业务有大量 GBR 用户，对特定 GBR 用户有隔离、带宽保障需求的特需场景

4.2.2 高精度时间同步

高精度时间同步是保证工业控制任务调度一致性的关键，广泛应用于运动控制、精细控制、反馈控制等工业核心生产环节。同步运动控制类业务传输有绝对时限要求，要保证不同设备同时执行控制指令 ；精细控制、反馈控制类业务的高频控制，需要时钟同步结合流量编排实现业务传输保障。

5G 基站通过北斗 /GPS 卫星等获取纳秒级授时，通过 SIB9 协议向 UE 授时，并通过 PTP 传输网向 UPF 授时，在 UE、基站及 UPF 之间实现亚微秒级的高精度时间同步。为支持对工业应用

的授时以及时钟源信息的传递，推动 5G 支持 B 码、IEEE 1588V2、IEEE 802.1AS 等协议，以及单向、双向、透传等多种时钟授时方式，满足各种工业组网对于时间同步的多样化模式要求。

针对终端用户移动带来的授时不连续问题，中国移动创新提出签约增强、灵活时钟源选择等技术方案，并写入 3GPP 国际标准，实现最优时钟源弹性选择、保证移动用户授时精度。

图 5 高精度时间同步系统

4.2.3 超低时延及有界抖动

时延和抖动是影响工业核心生产控制的重要因素。工业控制类业务的指令发送与接收有严格的时间节拍要求，如果超过阈值个数的指令包到达对端超时，将直接导致业务宕机。

为提升 5G 网络的超低时延和有界抖动性能，中国移动对无线、传输和核心网逐环节进行技术增强与性能优化，可实现 5G 端到端网络毫秒级的极致时延保障以及微秒级的抖动控制。其中，无线侧通过预调度、Mini-Slot、DS 帧结构、slot 重复、低码率 MCS 等创新机制，降低等待时延和数据发送时延，并通过网业协同，实现网络和业务跨层跨域的相互感知、协商，保障时延抖动范围有界，以及空口资源的精准高效使用 ；传输网通过 MTN 硬通道隔离降低设备转发时延 ；核心网可以通过 DPI 关闭、硬件加速、调度策略优化、核绑定 RT-PATCH、TSN 精准门控等手段降低用户面处理时延。

4.2.4 低能耗

5G 终端高性能带来的高成本、高功耗是 5G 赋能数智工厂的重大挑战。为了助力 5G 在工业领

域的快速拓展与广泛应用，中国移动全力推动产业支持 RedCap 技术，通过初始专属 BWP、低开销测量、终端识别及接入控制等技术，降低终端、网络的功耗及成本。相对于 5G eMBB，RedCap 技术终端复杂度降低 60%，终端功耗降低 20%，相同规模时价格堪比 4G；相比 4G，其具有大容量、优覆盖、低时延、强隔离、优适配等优势，系统容量可提升 18 倍，时延可降低 70%，可有效满足数智工厂大规模应用需求。

图 6 移动物联网技术体系

4.3 确定性保障技术

4.3.1 指令级准确收发

工业控制系统指令超过阈值的丢失、乱序或延误投递，将导致整个系统乃至整条产线的停工停产， 甚至导致安全生产事故，如矿山井下远程采掘、轧钢产线控制等场景对控制指令精准收发的要求尤为苛刻。

为了提升工业控制指令收发的准确性，中国移动持续对 5G 端到端网络转发机制进行创新与增强。其中无线侧通过物理层引入重复传输、小负荷 DCI 格式、低码率 CQI/MCS 表格、Multi-TRP 等技术提高调制解调的容错性，并在 PDCP 层引入 PDCP 复制技术提高数据的冗余，从而提高空口数据传输的可靠性。核心网侧和终端侧配合，利用 FRER 协议通过双链路的数据包冗余传输实现双发选收，进一步提升工业通信的稳定性。

图 7 双发选收方案架构图

4.3.2 业务级惯性运行

工业核心生产环节的业务通常要求 7×24 小时业务不中断，要求通信网络具备高可用性，即网络在面对各种异常情况时能够保持惯性运行，提供正常服务的能力。

面向数智工厂，5G 网络通常采用公网专用的方式部署，即 5G 核心网控制面部署在运营商大区， 用户面在工厂园区下沉部署。控制面大区和园区一般相隔较远，园区和大区间的传输故障会直接导致园区无线基站和 UPF 释放连接，所有业务中断，且难以恢复。

为了提高 5G 的可用性，中国移动创新提出惯性运行技术，为园区业务提供应急接入服务。当园区与大网链路故障时，保障工厂业务不受故障影响，对已在网的业务采取惯性运行机制持续服务， 实现用户不掉线、业务不中断 ；对于新上线业务，将园区 5G 网络的控制权平滑的由大区控制面切换至本地，使用边缘下沉 UPF 内置的应急控制面接管。当与大区网络的链路故障解除后，可以自动将相关业务管理权交还大网，实现无感回迁。

图 8 惯性运行示意图

4.3.3 系统级容灾保障

与消费型互联网不同，以生产型互联网为主的行业应用对 5G 网络的容灾保障能力要求非常高， 由网络故障导致的业务中断可能导致比较严重的经济损失甚至造成安全事故。

随着 5G 网络赋能数智工厂应用类型的不断增加、应用规模的不断扩大，更需构建系统级的 5G 网络容灾保障能力。中国移动创新提出了从链路层到网络系统层的五维保障举措，全局性地增强 5G 网络的可靠性与鲁棒性。

● 链路层：采取链路探测、双路保障等机制，实时发现异常，链路及时切换。

● 虚拟化层：采取跨层联动可靠性协同、单臂 BFD 毫秒级故障检测等机制，提升应对基础设施故障的处理能力。

● 功能模块层：采取能力灰度升级、UPF 热备、BBU 双核保障、RRU 冗余覆盖技术，实现网元服务的鲁棒性提升。

● 网元设备层：采取信令风暴抑制、计划性热迁移、双活容灾等技术，提升网元的应灾抗毁以及快速恢复能力。

● 网络系统层：采取负荷分担、系统 byPass 等技术，规避单网元故障造成的系统性故障。

4.3.4 端到端安全防护

5G 技术的应用使得工业生产网络与通信网络在工作环境中发生了物理空间的重叠，因此需要加强设备对于复杂生产环境的安全防护能力。在数据链路方面，控制、数据采集以及 IT 通信数据的重叠现象日益突出，涉及 SCADA 等 OT 控制设备和 PLC 等生产现场设备的交织，因而对数据的加密保护能力需得到提升。工业控制领域同样面临着 IT 和 OT 控制协议、控制软件等通信路径的重叠问题，因此设备的分权和分域的安全控制能力亦需加强。同时，5G 网络的开放特性也为工业生产应用引入了安全隐患，对应用的安全加固能力提出了更高的要求。

面向数智工厂安全需求场景，中国移动提出五重确定安全防护体系，构建覆盖设备、网络、数据、控制和应用的端到端安全手段。

● 设备安全能力：确保网络设备的安全防护和完整性保护，以及全生命周期的产品安全管控。

● 控制安全能力：包括入侵防范措施、身份鉴别控制以及控制协议的完整性保证。

● 网络安全能力：提供满足通信性能要求的 5G 域内、5G 和工业网络域间的设备分域、防火墙保护等。

● 应用安全能力：提供包括身份鉴别、访问控制、接口安全保护等能力。

● 数据安全能力：提供加密防护、传输安全保障以及全面的信息系统安全审计。

4.3.5 问题精准定位

在工业实际生产过程中，终端、网络、应用等端到端环节的波动都可能对业务运行产生影响， 出现故障时对网络问题的精准定位及快速恢复至关重要。中国移动提出“定界- 定位”异常时延定位体系，快速定位问题根因，助力网络故障快速恢复。

图 9 SLA 定位定界能力示意图

在定界环节，主要包括 5G 网络外和 5G 网络内两种分段时延测量方案，逐步定界时延问题网元。5G 网络外时延定界方案主要通过 SDK/ 探针等技术，定界时延问题节点为 5G 网络还是业务网络。5G 网络内时延定界方案通过QoS Monitoring 技术，测量和统计 5G 终端 -UPF、5G 终端 -5G 基站、5G 基站 -UPF 等分段时延，定界时延问题为无线网还是传输网引起，进一步锁定问题节点。

在此基础上，创新空口时间戳方案，对数据包打时间戳，使得网元能够读取时间信息，实现更精准的时延统计。

在定位环节，创新基于周期性状态统计和异常触发关键信息上报的秒级定位指标体系和定位方案，提供 4 大类 36 个空口时延问题根因及对应解决方案，快速定位并解决问题，高效形成问题闭环分析和处理能力，缩短故障恢复时间，保障行业高确定性网络。

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面向新型工业化的 5G 内生确定技术白皮书 1.0

05
5G内生确定性在数智工厂中的应用与实践

5.1
园区级应用案例

5.1.1 宁德时代：5G内生确定赋能AGV跨车间移动

1） 应用场景与需求

宁德时代作为领先的新能源创新科技公司，已实现同时接入超千台 5G AGV 设备，配合 5G 低时延、高同步特性和先进的智能导航技术，可完成电芯自动上线、模组自动转运、线边物料循环配送等自动运输场景，提升了配送精准度和库存周转率。AGV 小车通信业务要求为 200ms@80%， 并通过周期性发送状态包来进行网络状态判断，若连续发包 10 次未收到网络侧回复，则判定网络侧异常并发送告警。在实际使用过程中，厂区内 AGV 小车存在偶发掉线问题，掉线后需 0.5~1 分钟自动恢复。AGV 掉线期间，停止运送货物，极大影响厂区整体生产效率。

图 10 5G AGV 小车物料搬运

2） 方案架构及应用效果

经分析发现，AGV 掉线主要受基站 RRU 异常触发 MCS 掉坑影响，从而诱发流间不平衡，并进一步导致丢包。通过 5G 内生确定性的问题精准定位技术可判断终端和基站之间的异常时延，并

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面向新型工业化的 5G 内生确定技术白皮书 1.0

通过基站的单流数据发送方案规避丢包问题。

表 2 问题分析及解决方案

问题
解决方案
RRU 异常
RRU 升级，解决流间不平衡触发条件
跨层组网
基站配置单流：配置基站一流数据发送，规避流间不平衡导致的丢包问题

通过长期运行验证，在实施 5G 内生确定性的精准定位和确定高可靠技术后，空口指标正常， AGV 小车掉线次数降为 0，有效解决了 MCS 掉坑和调用不平衡两流引起的掉线问题。

5.1.2 浙江爱柯迪：5G内生确定赋能智慧厂区便捷数采

1） 应用场景与需求

爱柯迪作为汽车铝合金精密压铸件供应商，是典型的离散制造型企业。为了匹配整车厂商不同订单需求，爱柯迪生产线的每台机加设备每年需要调整 4~5 次，整年合计调整量约 1500 台次，产线调整“牵一发动全身”。传统 5G 专网的连接方式，会使运营商 5G 网络与企业网络之间存在强耦合， 涉及超 500 条隧道数据配置，同时 MES 终端的开发适配，需要运营商、MES 厂家、企业等多方协同，方案部署难度大，调整周期长。

图 11 爱科迪 MES 数采场景

2） 方案架构及应用效果

5G 内生确定性通过内生确定隔离的精简 5G-LAN 组网技术，减少运营商和企业之间强耦合带来的数据配置复杂问题。工厂网络加持 5G 确定性技术后，通过车间内的 5G 高速无线局域网，可构建 MES 终端和 MES 服务器间的互联网络 ；同时，运营商网络和企业网络完全解耦，实现了 MES 终端与服务端通信免隧道配置、免 AR 路由以及 IP 灵活修改、下挂设备即插即用，更方便地实现了生产线的动态调整。

图 12 爱科迪 5G 智慧工厂组网方案

本方案不仅实现了工厂机床作业岛和 MES 服务器之间的 5G 化局域互联，还进一步实现了设备的即插即用、免额外配置以及终端 IP 的自管理，设备联网数达 2300 多台、接入监控生产输入 / 输出数据点 4000 多个，共计节约 400 个热点以及 30 公里网线，是 5G 数智工厂的新型实践。
5.2 车间级应用案例

5.2.1 青岛海尔：5G内生确定赋能洗衣机拖链控制系统

1） 应用场景与需求

青岛海尔作为全球知名的家电制造商，具备国际领先的生产工艺和技术水平。在洗衣机内桶产线制作与装配过程中，需要大量翻转、托举、夹抱、传送等动作，涉及多工站间的工序协同，工站

之间的通信和控制指令通过拖链电缆传递。这种通信方式存在两大痛点问题，一是设备高速运行（达2000mm/s）下的持续拖拽和弯折，容易导致线缆故障引发通信中断，定位困难，维修成本高 ；二是当某一段工站间网线出现问题，所有采用串接方式的主、从 PLC 都会停止工作，致使整个产线停机，严重影响生产进程。统计显示，该工厂每个月拖链电缆平均故障 4 至 5 次，平均造成约 20 小时以上的停机。

图 13 滚筒洗衣机车间产线布局图

2） 方案架构及应用效果

针对上述痛点问题，引入确定隔离的 5G-LAN 技术和指令级准确收发的双发选收技术提供拖链控制系统的确定性通信保障，满足时延和抖动性能要求。如图 14 所示，CPE 通过 2 个 SIM 卡分别发起两路 PDU 会话建立请求，并通过不同无线设备发给 UPF，UPF 在本地配置两个模组的配对关系，进行数据复制和去重。

图 14 双发选收解决方案

通过测试验证，5G 网络稳定达到 16ms@99.99% 的性能指标，满足产线的时延和可靠性要求， 并顺利通过 7×24 小时连续稳定测试验收。该 5G 内生确定赋能的生产控制网络已承担了日常生产作业，运行顺滑无故障，是 5G 融入生产的有效尝试。

5.2.2 辽宁鞍钢：5G内生确定助力冶金热轧厂天车无人化控制

1） 应用场景与需求

冶金、钢厂等金属制造企业，存在现场环境恶劣、安全风险高、人工作业条件艰苦等痛点问题。辽宁鞍钢冶金热轧厂为保障生产安全、提升生产效率，对运输天车等工程设备的远程控制需求强烈， 需要抖动低、丢包少、鲁棒性高的无线网络，充分保障设备间的确定性通信传输。

2） 方案架构及应用效果

在辽宁鞍钢冶金热轧厂天车远程控制场景中，通过引入精准同步、确定高可靠等 5G 内生确定性技术，实现了天车稳定、可靠的远程控制。5G 确定性网关作为工程设备现场的 5G 网络接入节点， 南向可实现现场工控 PLC、传感器、摄像头等设备的融合统一接入，并具备多路冗余传输、确定性时延控制、高精度时钟同步等多项业务保障能力；北向可通过与 5G 网络 QoS 保障能力的深度协同， 实现工控数据低丢包、低时延、低抖动、高鲁棒的稳定传输，保障天车远程控制业务稳定运行。

冗余传输
确定性时延控制差异化传输保障全网时钟同步
基站1
视频流
传感数据控制指令时钟信号
5G核心网
5G确定性
网关
基站2
远程设备
冗余数据流去重
服务器机房
边缘工控机
摄像机
监控
设备
操控设备
视频传输协议
5G确定性
控制器
PLC设备 传感仪器
远程控制协议
远程控制系统
视频流传感数据控制指令时钟信号
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图 15 工程设备远程控制网络架构图

5G 内生确定性技术实现了厂内 14 台天车无人化控制改造，系统自部署后稳定运行，与改造前相比显著降低了热轧厂天车远控场景的故障率，减少了停工损耗，进一步助力企业达成降本增效的目标。
5.3
产线级应用案例

5.3.1 荆州美的：5G内生确定使能洗衣机过滤门冲压工位柔性生产

1） 应用场景与需求

荆州美的洗衣机厂作为洗衣机和干衣机的专业制造商，拥有行业领先的生产工艺。洗衣机生产中的过滤门冲压工位通常采用的是一级 PLC 连接一个两轴伺服驱动器、两个机械臂以及一个冲压机协同完成。其中，伺服驱动器与机械臂用于物料夹取，将金属材料夹取至冲压机进行过滤板冲压。当面向多品种、定制化生产的产线变动需求时，这种传