5G 时代工业互联网边缘计算网络白皮书

《5G 时代工业互联网边缘计算网络白皮书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《5G 时代工业互联网边缘计算网络白皮书（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、5G 时代工业互联网 边缘计算网络 白皮书 CONTENTS 目录 1.1 工业互联网发展现状及挑战01 1.2工业边缘计算发展现状及优势03 1.3工业互联网边缘计算网络内涵及利益共同体04 工业互联网发展面临的挑战 及边缘计算的优势0101 2.1工业互联网的典型 5G+ 边缘计算场景05 2.25G+ 边缘计算给工业互联网带来的价值08 2.3工业互联网场景对 5G+ 边缘计算的网络需求09 工业互联网场景对 5G+ 边缘计算的网络需求分析0205 3.1 工业互联网边缘计算网络架构10 3.25G 行业专网11 3.35G 边缘计算在 OT 网络的应用模式14 3.4工业互联网的 5G

2、 边缘计算网络架构及网络规划17 工业互联网的 5G 边缘计算网络架构0310 4.1大型装备制造行业解决方案实践22 4.23C 行业解决方案实践26 4.3智慧工厂解决方案实践29 工业互联网边缘计算网络 解决方案实践0422 5.1工业互联网边缘计算网络未来展望31 5.2工业互联网边缘计算网络发展建议32 工业互联网边缘计算网络 发展趋势及建议0531 5G 时代工业互联网边缘计算网络 1 工业互联网发展面临的挑战及边缘计算的优势 工业互联网是互联网和新一代信息技术与工业系统全方位 深度融合所形成的产业和应用生态，是工业智能化发展的 关键综合信息基础设施，其本质是以机器、原材料、控制

3、系统、信息系统、产品以及人之间的网络互联为基础，通 过对工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算 处理和高级建模分析，实现智能控制、运营优化和生产组 织方式变革。 全球主要国家在工业互联网方面进行战略布局，由前期市 场自发探索走向了政府市场的双轮驱动。 国际方面，为了使工业重新焕发强大的竞争力，如美国、 德国、日本等工业强国纷纷布局工业互联网，通过新一代 信息技术促进生产关系和生产关系革新，抢占产业竞争制 高点。政府加强工业互联网顶层设计，纷纷发布国家发展 战略，政府通过投资项目、科研补贴、税收优惠等方式， 支持科技基金、创新中心、研究机构等引领工业互联网发 展，推动工业互联网从概念探讨

4、迈入产业实践。 国内方面， 工业互联网已经得到了国家的高度认可与重视， “十三五”规划、中国制造 2025、 “互联网 +” 、 “深化制 造业与互联网融合发展”等等重大战略都明确提出发展工 业互联网。2018 年及 2019 年 , 我国又密集出台了工业 互联网发展行动计划 (20182020 年 ) 工业互联网网 络建设及推广指南等一批政策文件 , 大力支持工业互联 网的发展。2019 年底， 工信部印发 “5G+ 工业互联网” 512 工程推进方案提出要推进 5 大类 12 项 5G+ 工业互联网 重大工程建设，以加速推进 5G 技术与工业互联网的融合 应用落地，以加强 5G、工业互联网

5、、人工智能等新型基 础设施建设。 国际相关产业组织由各自推进走向了对接联合，企业间跨 界融合平台化、生态化创新的发展模式。 工业互联网发展面临的挑战 及边缘计算的优势 01 工业互联网发展现状及挑战 1.1 5G 时代工业互联网边缘计算网络 2 工业互联网发展面临的挑战及边缘计算的优势 行业组织围绕工业互联网通力合作。产业联盟汇聚成员单 位的优势资源，推进产学研用协同创新，使成员之间的成 果转化和对接更加高效。德国工业 4.0 平台由德国机械设 备制造业联合会、德国电气和电子制造商协会等发起，协 会负责技术和理念推广，研究机构负责技术开发、标准制 定和人才培养，大众、西门子等大型制造企业提供技

6、术与 解决方案，中小企业则以联合方式参与创新研发并分享创 新成果。美国工业互联网联盟由 AT&T、思科、GE、IBM 和英特尔 5 家企业联合发起，目前有 210 家成员单位，支 持了边缘网关、工业互联网平台等 26 个测试床。我国在 2016 年 2 月成立了工业互联网产业联盟，2020 年联盟成 员数量超过 1600 家，先后从工业互联网顶层设计、技术 研发、标准研制、测试床、产业实践、国际合作等多方面 开展工作，发布了工业互联网白皮书、工业互联网平台、 测试床、优秀应用案例等系列成果。 企业积极投入研发与应用。企业是工业互联网发展的主力 军，制造企业、自动化企业、IT 企业都积极参与工业

7、互联 网建设与推广。老牌工业企业 GE 和西门子在巨大的数字 化转型压力下，率先推动工业互联网发展，施耐德、ABB 等紧随其后。微软、美国参数技术公司（PTC）等 IT 企业 凭借在软件服务、 平台建设等方面的优势也占据一席之地。 同时，工业互联网领域也涌现出 Ayla、Flutura、Maana、 QiO 等一批初创企业，他们借助在物联网、大数据、人工 智能等新一代信息技术上的优势，通过投资并购、战略合 作、成立联盟等方式增强竞争优势，推动工业互联网创新 发展。国内也涌现一批工业互联网企业，包括新型工业互 联网科技企业如树根互联，传统的电信运行商、设备商， 如移动、联通、电信和华为、中兴等企

8、业也纷纷投入主要 力量，提出各自的工业互联网解决方案。国内工业企业在 国际政策的推动下也在积极开展工业互联网的改造升级， 进行工业互联网技术的应用落地。 通过几年来的理论和实践探索，工业互联网网络已从概念 形成普及进入到应用实践推广的新阶段，业界对工业互联 网的发展方向已有高度的共识。在这一过程中，国内外均 形成了大量的探索实践，工业互联网改造已经涵盖了工业 的多个行业、大中小各类企业乃至实体经济的各个领域， 为进一步创造新的生产力和发展动能奠定了基础。 虽然工业互联网网络发展迅猛，但是仍然面临诸多挑战。 工业设备基础比较薄弱。当前数据采 集因为传感器实际数量设置偏少，各 个装备的智能化水平较

9、低，现场设备 联网率偏低，故而因此产生了在现场 数据的采集数量、类型、精度等各方 面的低标准结果。 IT 网络与 OT 网络跨网互联困难，工 业传统网络历史遗留下的分层隔离、 多总线协议共存的局面导致工业互联 网的网络化改造阻力较大，各自独立 的系统导致数据孤岛，难以形成信息 的有效流动和互通，因此难以对实时 分析、智能优化和科学决策提供充足 的条件。 由于产业链条的变长，需要产品全生 命周期的数据的集成，涉及多链条多 角色的协作和整合，因此工业互联网 对数据的理解、流动和全生命周期的 管理提出更高要求。 5G 时代工业互联网边缘计算网络 3 工业互联网发展面临的挑战及边缘计算的优势 边缘计算

10、技术是计算技术发展的焦点，通过在靠近工业现 场的网络边缘侧运行处理、分析等操作，就近提供边缘计 算服务，能够更好满足制造业敏捷连接、实时优化、安全 可靠等方面的关键需求，改变传统制造控制系统和数据分 析系统的部署运行方式。目前，国内外产业界对边缘计 算架构及模型已经能开展多方面的探索，2014 年，欧洲 ETSI 成立移动边缘计算标准化工作组（MEC） ，将密集型 移动计算任务迁移到附近的网络边缘服务器中，提出移动 边缘计算模型 ； 2015 年，开放雾计算联盟（OFC）开展 OpenFog 架构及安全性、可扩展性、开放性等 8 个支柱 模型研究 ； 国内边缘计算产业联盟及工业互联网产业联盟

11、联合发布边缘计算参考架构 3.0白皮书和 20 多个边缘 计算测试床。在标准制定方面，2020 年，中国联通等单 位在ITU-T SG20推动的 “边缘计算需求和能力要求”（ITU-T Y.4208）的国际标准正式发布、 “边缘计算网关”等国际 标准正在稳步推进； CCSA 在边缘云、 云边协同、 边缘网关、 边缘计算在工业互联网、车联网等领域的应用也有相当数 量的标准报批。2016 年 10 月，由 IEEE 和 ACM 正式成 立了 IEEE/ACM Symposium on Edge Computing，组成 了由学术界、产业界、政府（美国国家基金会）共同认可 的学术论坛，对边缘计算的应

12、用价值，研究方向开展了研 究与讨论。2017 年中国科学院沈阳自动化研究所牵头成 立了中国自动化学会边缘计算专业委员会。2018 年是边 缘计算蓬勃发展的一年，在微软 2018 年度开发者大会上， 微软公司发布“Azure IoT Edge”等边缘侧产品，将业务 重心从哪 Windows 操作系统转移到智能边缘计算方面。 几乎在同一时间，亚马逊公司发布“AWS Greengrass” 边缘侧软件，将 AWS 云服务无缝扩展至设备。阿里云宣 布 2018 年将战略投入边缘计算技术领域并推出边缘计算 产品 Link Edge。 边缘计算的优势体现在三个方面 ： 工业边缘计算发展现状及优势 1.2

13、提供 IT 与 OT 跨网互通的能力，边缘 侧网关向现场设备提供多种接口、协 议，可以解决现场设备信息联网和工 业设备多协议之间与 IT 网络设备互 通的问题， 强化平台数据输入的能力， 实现传感器控制系统、管理软件等不 同来源的海量数据的集成与汇聚。 边缘计算与云计算协同的能力，通过 边缘侧在设备端就能够对业务数据进 行实时处理，数据不必上传到云端， 大大节省数据传输的时延和网络的带 宽消耗，提高实时业务的确定性保障 和数据的安全性。 边缘计算在网络边缘侧的智能分布式 架构与平台上，通过知识模型驱动智 能化能力，建立统一的服务框架，面 向系统运维人员、决策者、开发者等 多角色多链条人员，实现

14、协作。 5G 时代工业互联网边缘计算网络 4 工业互联网发展面临的挑战及边缘计算的优势 工业互联网边缘计算网络是工业互联网与边缘计算结合的 新型网络。采用工业互联网网络基础架构，在此基础上加 入边缘计算网关、边缘计算控制器和边缘云，通过边缘计 算技术，降低工业现场的复杂性，提高工业数据计算的实 时性和可靠性，形成更为先进和优化的工业互联网网络解 决方案。 通过边缘计算技术，可以对工业互联网形成有力的技术支 持，解决工业互联网发展中遇到的问题。 工业互联网体 系架构 2.0中指出“边缘计算技术的赋能作用主要体现 在两个方面 ： 一是降低工业现场的复杂性。目前在工业现 场存在超过 40 种工业总线

15、技术，工业设备之间的连接需 要边缘计算提供“现场级”的计算能力，实现各种制式的 网络通信协议相互转换、互联互通，同时又能够应对异构 网络部署与配置、网络管理与维护等方面的艰巨挑战。二 是提高工业数据计算的实时性和可靠性。在工业控制的部 分场景，计算处理的时延要求在 10ms 以内。如果数据分 析和控制逻辑全部在云端实现，难以满足业务的实时性要 求。同时，在工业生产中要求计算能力具备不受网络传输 带宽和负载影响的“本地存活”能力，避免断网、时延过 大等意外因素对实时性生产造成影响。边缘计算在服务实 时性和可靠性方面能够满足工业互联网的发展要求。 ”同 时，工业互联网也为边缘计算提供了基础的数据、

16、网络支 撑和业务承载平台。通过边缘计算和工业互联网两种技术 的结合，能够形成更为先进和优化的解决方案，助理工业 企业转型升级。 工业互联网边缘计算网络产业将是由通信运营商、通信设 备商、工业设备商、系统集成商、工业用户等多个利益共 同体组成的生态系统。其中通信设备商为工业互联网边缘 计算网络提供基本的网络传输设备、边缘计算设备及其配 套的解决方案 ； 工业设备商提供工业设备并接入工业互联 网边缘计算网络，作为系统数据的基础来源 ； 通信运营商 在通信设备商和工业设备商搭建网络和设备设施基础上， 提供网络服务和管控云平台，并负责网络和系统的运行维 护 ； 系统集成商在通信运营商搭建的服务和平台基础上开 发上层应用，将整个工业互联网边缘计算网络系统设备数 据进行集成与应用，面向用户需求提供服务 ； 工业用户通 过系统集成商提供的服务接口使用工业互联网边缘计算网 络系统。通过通信运营商、通信设备商、工业设备商、系 统集成商、工业用户的多方共建共投共享，实现利益共同 体各方利益的最大化。 工业互联网边缘计算网络内涵及利益共同体 1.3 5 工业互联网场景对 5G+ 边缘计算的网