隨著5G第一版本標準凍結，全球各國都將5G商用部署提上議程，5G愿景中所描繪的未來美好的信息化生活正在從夢想走向現實。和以往移動通信系統換代聚焦提升個體消費者信息服務能力不同，5G系統設計轉向對全社會生產和生活以及各行業互聯需求的全面廣度覆蓋，構建萬物互聯的信息基礎設施。

工業互聯網是新一代網絡信息技術與工業系統全方位深度融合所形成的技術體系和產業生態，是工業智能化發展必需的信息基礎設施。網絡互聯是工業互聯網全面深度感知、實時傳輸交換、快速計算處理和高級建模分析的基礎，引領工業制造領域的智能控制、運營優化和生產組織方式的變革。

工業互聯網涉及的網絡互聯設備差異大，網絡連接技術可選范圍廣。現有的各種網絡連接技術主要針對工業領域的特定場景進行設計，雖然可以滿足局部特定性能要求，但是由于存在跨域數據轉發與無縫互操作難，以及多連接統一控制調度弱等方面的局限性，無法全面滿足工業互聯網的發展需求。

5G移動通信系統標準將持續發展，R16版本標準化工作已經啟動，R16將重點提升對垂直行業應用的功能和組網支持，未來將激發工業互聯網的部署動力，全面提升工業互聯網的泛在連接和轉發性能，構建工業場景下局域和廣域一致性組網和運營的通信基礎設施。

5G標準化整體情況

5G設計旨在滿足未來多樣性業務和部署場景所需的多樣性靈活性接入和組網部署需求。未來十年移動數據業務可能會爆炸性增長，預計將有千倍的容量以及超高速率傳輸需求；物聯網業務類型豐富多樣，連接數量巨大，業務特征也差異明顯，將形成大連接數量和極端業務指標的需求。

ITU最終確定了5G三大類應用場景和技術指標。三大場景包括：應用于移動個人消費互聯網的增強移動寬帶場景（eMBB）；應用于物聯網的大連接物聯網場景（mMTC）；應用于高性能物聯網的低時延高可靠場景（uRLLC）。三大場景共包括8個指標（見表1），其中eMBB重點關注6個指標，mMTC重點關注2個指標，uRLLC則強調傳輸時延指標。

表1? ITU制定的5G系統性能指標

3GPP計劃通過R15和R16兩個版本的標準，滿足ITU全部應用場景和技術指標需求，其中R15為5G基礎版本，重點支持增強移動寬帶業務和基本的低時延高可靠業務，R16為5G增強版本，將支持更豐富的物聯網和低時延高可靠業務。當前，R15標準已經凍結并具備基本部署條件，3GPP正全面進入R16時間窗口，面向工業互聯網的接入組網業務需求、網絡架構和功能，空口技術增強是這一版本的工作重點，表2整理了3GPP R16以后已有的工業互聯網相關的標準化立項。

表2? 3GPP工業互聯網相關標準

與面向個體消費者的移動互聯網對應，工業互聯網同樣是復合場景，例如一個工廠的環境包括數據交互、傳感器信息采集和設備高精度控制等具體應用場景。從接入側看，不同應用場景對空口的需求不同，導致接入技術多樣化，而不同的行業門類的連接需求增加了上層應用平臺收斂的復雜度，因此，5G網絡將承擔統一接入調度和應用策略控制的核心功能，未來5G網絡將構建高性能、靈活可配的廣域網絡基礎設施，全面提升面向未來的網絡運營能力，支持工業互聯網應用創新。

工業互聯網相關5G網絡標準項目綜述

參考表1，3GPP系統架構針對工業互聯網的標準化工作主要包括新型網絡架構、增強的網絡功能和新型組網模式3個方面。其中，R15版本重點完成了新型網絡架構和基礎功能的標準化，功能增強和新型組網屬于R16工作內容，計劃在2019年6月完成標準化工作。

基于服務的網絡架構

R15版本核心網引入IT的“微服務”理念。如圖1所示，系統架構中的元素被定義為一些由服務構成的網絡功能，這些功能可以被部署在任何合適的地方，通過統一的接口調用框架為其它許可的網絡功能提供服務。這種架構模式可以便捷地聚合網絡功能，構建服務切片，結合互聯網虛擬化和軟件技術，向第三方開放網絡定制與功能編排能力。

在4G基礎上，5G架構實現控制、轉發與數據的分離。在控制平面，5GC可提供異構接入技術統一的接入、安全和簽約管理服務框架；在轉發平面，5GC支持轉發網關下沉，業務數據流按應用策略分流，實現邊緣、數據中心和云計算節點間按需互聯；5G網絡引入計算和存儲相互分離的思想，5GC還引入實現非結構化數據存儲的可選功能，為網絡功能提供統一的結構化/非結構化的數據存儲和檢索功能。

圖1 ?5GC服務化架構

面向低時延高可靠的5G網絡功能增強

R16版本的uRLLC功能增強聚焦回傳網絡可靠性的增強，不涉及空口和相關協議的改動或終端冗余機制。

除了用戶面功能（UPF）下沉，5G核心網實現低時延的主要技術包括：RAN-CN業務流時延監控；切換過程中的時延和抖動優化；Resume過程中源/目NG-RAN節點間的路徑優化。

5G核心網采用的提升可靠性技術包括：基于網絡節點（RAN和CN）冗余或傳輸層冗余的網絡可靠性優化；切換后GBR業務快速恢復；提高UE移動性過程下的業務連續性，以及QoS監控輔助的uRLLC業務控制。

垂直行業私網組網

R16垂直行業私網的研究范圍包括：非公眾網絡（NPN）、時間敏感網絡（TSN）和5G局域網（5G-LAN）。NPN和TSN架構如圖2所示。

NPN使得垂直行業參與并定制的移動通信網絡的組網模式成為可能，R16標準明確了獨立和非獨立兩種組網模式，并定義了對應的標識機制。獨立組網將是一個完全獨立部署的5G網絡，包括基站、核心網和業務平臺，服務化網絡架構和云化組網將大大降低5G網絡部署的門檻，提升按需自建網絡的可行性。非獨立組網將作為運營商網絡的一部分進行部署，例如垂直行業可以將自己的業務平臺和接入站點連接到運營商的PLMN網絡（通常是一個網絡切片），相關的移動性、會話資源和數據流管理將使用運營商提供的服務。

TSN是一種傳輸時延有界、低傳輸抖動和低丟包率的高質量網絡實時傳輸技術。對于TSN的全局時鐘控制和傳輸調度功能而言，5G網絡是一個TSN網橋，支持時延敏感傳輸調度的特定QoS要求。

5G局域網支持在一組接入終端間構建二層轉發網絡，并通過5G SMF與UPF的交互實現終端組內數據交換和用戶面路徑選擇。5G局域網組管理的能力可以通過網絡開放功能（NEF）供業務平臺使用。

圖2 ?NPN和TSN架構

工業互聯網標準化后續工作

工業互聯網已成為產業升級發展的必然趨勢，工業企業、運營商、設備商等產業界企業紛紛開展工業領域的網絡應用場景及相關技術研究，而5G網絡依靠多接入、廣覆蓋、高性能以及豐富的網絡控制和組網方案等優勢功能，正在逐漸成為工業企業優先考慮的部署選擇。

按照標準規劃，5G核心網將沿著服務化和云化的方向演進，容納更廣泛的接入場景，進一步提升低時延高可靠接入RAN-CN交互效率，以優化切換時延和降低抖動影響，引入人工智能等新的使能技術優化資源調度和組網運維，強化網絡功能與垂直行業平臺間的深度融合、“云-邊”協同和能力開放，推動工業領域向全面數字化、信息化和聯網化轉型，實現全社會“萬物智聯”的宏大愿景。