垂直行业5G+工业互联网频谱需求白皮书+（电子信息、汽车制造领域）.pdf

垂直行业 5G+工业互联网频谱需求白皮书（电子信息、汽车制造领域）（2021 年）工业互联网产业联盟（AII）2022 年 4 月声明本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、观点、建议，不构成法律建议，也不应替代律师意见。本报告所有材料或内容的知识产权归工业互联网产业联盟所有（注明是引自其他方的内容除外），并受法律保护。如需转载，需联系本联盟并获得授权许可。未经授权许可，任何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转载、汇编、转让、出售等方式使用，不得将报告的全部或部分内容通过网络方式传播，不得在任何公开场合使用报告内相关描述及相关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。工业互联网产业联盟联系电话：010-62305887邮箱：aii@caict.ac.cn编写说明随着全球新一轮科技革命和产业变革深入推进，5G 与工业互联网的融合将加速中国新型工业化进程，为中国经济发展注入新动能。2020 年政府工作报告中，第一次写入“加强新型基础设施建设”，表示“新基建”正式上升为国家战略。而在新基建建设中，工业互联网作为其重点组成部分，也将迎来前所未有的机遇，通过技术层面和商业模式层面的积极创新，不断推动制造业数字化转型。通信网络是工厂数字化转型的基础，也是实现工业互联网的必要基础。本报告针对电子信息、汽车制造领域的生产需求，结合新型制造与 5G 技术的融合，研究和分析该行业对频谱的具体需求，进而为监管机构未来的工业互联网频谱分配政策提供参考。牵头编写单位：上海诺基亚贝尔股份有限公司、高通无线通信技术（中国）有限公司、中兴通讯股份有限公司参与编写单位：，吉利汽车研究院（宁波）有限公司、深圳艾灵网络有限公司、爱立信（中国）通信有限公司、中国信息通信研究院编写组成员（排名不分先后）：上海诺基亚贝尔股份有限公司：王丽娜、刘荐桦高通无线通信技术（中国）有限公司：高路、王婷中兴通讯股份有限公司：孙莹吉利汽车研究院（宁波）有限公司：姚军深圳艾灵网络有限公司：荣乐天、付锡华爱立信（中国）通信有限公司：王卫中国信息通信研究院：李晓帆、付有奇、刘琪目录一、引言................................................................................................................1二、5G+工业互联网典型应用............................................................................2（一）移动机器人（AGV）......................................................................3（二）运动控制........................................................................................4（三）大规模连接....................................................................................4（四）机器视觉（质检）........................................................................5三、工业互联网频谱需求测算方法..................................................................6（一）基于应用的工业互联网频率测算方法........................................6（二）相关测算参数设定........................................................................7四、汽车制造场景下的工业互联网频谱需求计算..........................................9（一）汽车制造场景的无线参数假设..................................................10（二）汽车制造场景下的业务数据模型..............................................11（三）汽车制造场景频谱需求计算结果..............................................13五、电子信息制造场景下的工业互联网频谱需求计算................................14（一）电子信息制造场景的无线参数假设..........................................14（二） 电子信息制造场景下的业务数据模型....................................15（三）电子信息制造场景频谱需求计算结果......................................19六、总结和建议................................................................................................20附件：频谱需求预测方法分析........................................................................21参考文献............................................................................................................271一、引言近年来，随着互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能等为代表的新一代信息技术与传统产业的加速融合，全球新一轮科技革命和产业变革正蓬勃兴起。在此背景下，作为智能制造关键基础的工业互联网随之孕育而生。工业互联网是互联网和新一代 ICT 技术与工业系统（OT）全方位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。以 5G 为代表的无线网络作为工业互联网的通信网络具有明显优势。一是可以大幅降低网络建设和维护成本。无线网络能够快速部署，无须在现场、车间、厂房等区域铺设线缆及相关保护装置。以工业测控系统为例，传统有线系统的布线成本为 30-100 美元/米，在一些恶劣环境下可达到 2000 美元/米1。此外，工业测控系统还需要不断检测系统状态，发现故障后需立即更换线缆。使用无线技术将使测控系统的安装与维护成本降低 90%。二是可以显著提高生产效率。使用无线技术后，现场设备摆脱了线缆的束缚，增加了现场仪表、被控设备的移动性，网络结构的灵活性以及工程应用的多样性，用户可以根据工业生产需求，快速、灵活、方便、低成本的重构系统。三是可以实现对老旧设备的监测。通过加装无线传感器等监测节点，实现对工业全流程的“泛在感知”。5G 网络是工业互联网的基础网络之一，频谱是发展工业互联网关键、稀缺的战略性资源。关于 5G 技术的特点及其在工业不同制造领域的应用创新，工业互联网联盟相关工作组已经做了大量研究，并完成大量白皮书供业界参考，因此在本白皮书中，将不再就这方1 自动化博览 2009.1《工业无线网络 WIA 标准体系与关键技术》2面进行重复阐述，而是重点围绕电子信息、汽车制造行业的典型场景，针对 5G+工业互联网重点应用的频谱需求进行分析和计算，为相关部门工业互联网频率管理以及运营商频率使用提供重要参考。二、5G+工业互联网典型应用在 2019 年“绽放杯”工业案例中[1]，从工业应用角度统计分析，前十大应用主要包括 AR/VR 应用占比 14%，工业视觉类应用占比 14%，无人巡检类应用占比 11%，工业数据采集类占比 10%，工业 AGV 应用占比 9%，环境监控类应用占比 6%，高清视频监控类应用占比 6%，远程监控运维管理类应用占比 6%，远程控制类应用占比 5%，移动办公类应用占比 4%。前十大应用占比总计 85%，其他如物联网类应用、无人驾驶类应用、工业控制类应用、位置定位类应用、数字孪生等占比总计 15%。图 1：2019 年“绽放杯”工业应用占比分析3在 2020 年“绽放杯”工业案例中[2]，与 2019 年相比，产业数字化项目比例获得 17%的增长，5G 技术加速与垂直行业深度融合。5G行业应用方面，工业互联网项目占比连续三年增长，占据全部项目的 28%，成为最具热度的 5G 融合应用领域。随着 5G 融合应用的不断发展和演进，应用重点行业和领域逐步聚焦，尤其是在工厂、矿山、港口等领域，逐步获得业界认可，并初步形成了有望规模商用的应用场景。图 2：2018-2020 “绽放杯”大赛参赛项目各类行业应用占比工业领域部分 5G 典型应用案例如下：（一）移动机器人（AGV）AGV (自动导航车辆 Automatic Guided Vehicle) 需要与控制系统、其它 AGV 以及周边设备保持安全可靠的无线通信，对通信时延、可靠性、确定性和时钟同步提出严格要求。同时 AGV 的移动性，要求无线网络在室内或者室外具备连续覆盖，并支持无缝切换。一4种迅速崛起的导航方式是基于视觉实现 AGV 导航，视觉导航对无线通讯要求高，如果采用 4K 或 8K 摄像头，且视频上传边缘节点做实时分析，那么无线网络需要支持几十甚至上百 Mbps 的吞吐量。（二）运动控制工业机器人是自动化产线上不可或缺的一部分。传统机器人通常搭配固定的 PLC 硬件，执行特定功能，而随着制造业向智能制造、柔性制造发展，未来机器人也将向云化发展。通过将控制、编程功能移向云端（包含边缘云），使得机器人可以利用云端的计算能力完成复杂的判断、行动以及协作，比如图像识别，两台机器人一些协作搬运更大的货物等等。这种情况下，通过无线通信网络，实现远端机器人和云端的控制器之间的通信，就变得更灵活。根据应用场景的不同，远端机器人既可能工作在室外，也可能在室内，甚至有可能是地下，回传的信息可以是设备状态、图像甚至视频等信息，而云端控制器则需要发送运动控制指令给远程机器人，因此一个灵活、能支持丰富传输特性的网络将变得非常重要。就运动控制指令而言，一个低时延、高可靠的传输通道尤为重要。（三）大规模连接5G 的 mMTC 场景可以支持平方千米内拥有百万用户。现代化工厂依赖传感器接入技术，将设备、环境和流程集成在一起，实现工业生产的智能化监控。海量传感器接入技术为老旧设备和车间环境升级到工业 4.0 提供了解决方案。大量传感器被部署到生产环境和生产设备中，推动制造领域向自动化、智能化方向发展。分辨率高达 8K 的工业摄像机、声音检测传感器和温度传感器被安装在生产线5上，以监控生产线生产情况，执行生产质量检查。传感器还安装在关键位置，用于预防意外事故（如：火灾），或者安装在相关工具上，如：灭火器，以确保其工作状态正常。5G 海量接入和低功耗终端的特性，促进长周期、小数据包的传感器更容易部署在电池更换周期长的生产环境中，满足信息制造场景的需求。（四）机器视觉（质检）机器视觉，就是用机器代替人眼来做测量和判断。随着 4K、8K等超高清视频技术的发展，机器视觉结合 5G 与工业互联网，可以发展出大量的创新型应用。不仅可以实现精细原材料识别、精密定位测量等环节，还可应用于工业可视化、机器人巡检、人机协作交互等场景，利用机器视觉、人工智能算法，提高工业自动化、智能化水平。利用 VR/AR 技术提高工作效率将是智能制造的一大趋势。虚拟现实 VR（Virtual Reality），则通过计算机仿真技术生成虚拟的全沉浸式、可交互的三维场景，使用户与现实世界隔离。而增强现实 AR（Augmented Real...