《5G+工业互联网 总体架构与组网规范》-征求意见稿

15G+工业互联网总体架构与组网通用规范GB/T41870工业互联网平台企业应用水平3.1大规模机器通信massivemachinetypecommuni3.2满足不同应用的需求，允许在同一物理网络上创建的多个虚拟3.3网络功能虚拟化networkfunctio利用虚拟机、容器等虚拟化技术将网络功能（如防火墙、负载均衡器、网关从专用硬件设备中解耦出来，使之能够在通用的、基于x86架构的标准服务器上作为软件4缩略语5G：第五代移动通信技术（the5thGenerationofCommunicatioAMF：接入和移动管理功能（AccessandMobilityManagementFunction）eMBB：增强移动宽带（EnhancedMobileMEC：移动边缘计算（MobileEdgeComputing）mMTC：大规模机器通信（MassiveMachineTypeCommunicationNVF：网络功能虚拟化（NetworkFunctionVirtualization）UPF：用户面功能（UserPlaneFunctioURLLC：高可靠低时延通信（Ultra-reliableandlow-latencycommunicatiQoS：服务质量（QualityofSerRSVP：资源预留协议（ResourceReservationPro2SMF：会话管理功能（SessionManagementF的全新制造和服务体系，为各类工厂新建、改建、扩建工业网络提供新的实现途径。5G+工业互联网总体架构包括感知层、传输层、平台层、应用层、安全与运维层。5G+工业互联网总体架5G+工业互联网采用融合组网架构，整体架构由接入网、传输网、核心网和应用层构成，应满足工业件、网络切片技术以及服务质量保障机制等关键内容，应符合下列要a)接入网：主要由5G基站（gNodeB）组成，实现工业终端的无线接入。b)传输网：负责各网络功能单元之间的数据传输，保障数据的高可靠、低时延传送。c)核心网：提供会话管理、用户面控制、鉴权、计费等功能，实现数据处理与网络控制。d)应用层：承载工业应用系统，实现业务逻辑处理，并提供端到端服务质量保障能力。根据业务需求、部署场景及资源可用性，5G+工业互联网的组网模式可划分为以a)基于公网切片的5G虚拟专网：该模式通过在运营商公网中划分逻辑独立的网络切片，为企业用实现不同业务间的逻辑隔离，满足多业务并发运行3c)5G独立专网：该模式构建与公网物理与逻辑完全隔离的企业自有5G专网，网络资源独占，具备5.4关键网元——高带宽：支持高数据速率，满足工业应——低延迟：提供低延迟通信，适用于实时控制和监控。5.4.2核心网（CoreNetwo性。其中，AMF（接入与移动管理功能）负责接入管理、用户认证和移动性管理a)数据传输：确保数据在用户设备和b)控制管理：实现用户认证、会话管理和移动性管理，确5.5服务质量（QoS）保障1)优先级管理：通过设置不同的数据流优先级，确2)带宽保障：为不同应用分配必要的带宽，确保在高流量情况下满足服务需求；3)流量控制：采用流量整形和流量监管技术，防止网络拥塞，保障网络稳定1)差分服务（DiffServ）：在网络中引入服务质2)综合服务（IntServ）：通过资源5G+工业互联网网络规划与实施方案，旨在通过科学的规划和设计，合理的基站和核心网配置，以及高效的边缘计算节点部署，确保5G网络在工传输网配置、核心网配置和边缘计算节点部署网络规划与设计是5G+工业互联网建设的前置关键环节，决定了网络架结合实际工业场景、业务模型和技术条件，制定可落地的网络设计4——提高网络部署效率，降低建设与运营成本；——支持未来业务演进和技术升级的可扩展性与灵活性。a)需求调研与业务建模：深入了解工业企业的网络使用场景、业务流程、应用需求与关键性能b)网络架构设计：基于调研结果设计网络拓扑，包括接入层、传输层、核心层及边缘计算节点c)能力评估与容量规划：结合业务类型和并发规模，估算无线容量、传输带宽、连接数、计算d)站址规划与频谱设计：确定基站选址、部署密度、覆盖范围及所需频段；f)部署方案制定与实施计划：明确施工流程、阶段目标、资源调配及进度安排。j)支持未来业务演进和技术升级的可扩展性b)业务驱动配置：依据工业业务类别（如远程控制、机器视觉、预测性维护等）分配不同的网），c)网络切片设计：为关键工业业务（如URLLC、eMBB、mMTC）预设独立d)高可靠性与冗余设计：在设计阶段规划链路冗余、节点热备份及网络自愈能力，确保在关键f)可维护性与可监控性：设计阶段应嵌入运维需求，规划可视化监控、性能告警、远程诊断等6.3无线接入网配置无线接入网（RAN）是5G网络中的重要组成部分，负责连接用户终端和核心网，应具备提供无线通信接入的功能。在工业互联网应用场景下，RAN的配置与优化应具备高可靠性、低时延和大带宽，满足——高可用性与冗余设计，确保工业应用中的无缝连接；——支持高速移动终端的无缝切换与漫游功能；5需求。应支持利用NR（NewRadio）技术，6.4传输网配置输数据流，满足工业互联网中低时延、大带宽以及高可靠性的需——支持高吞吐量、大带宽的工业级传输要求；6.4.2.2冗余设计与高可用性：为保障工业互联网中关键业务的连续性与可靠性，传输网的冗余设计至关重要。应采用环网、分布式传输与备份链路等方6.5核心网配置——支持大规模切片管理，灵活分配网络资源。6.5.2.1网络功能虚拟化（NFV核心网应支持虚拟化技术，以便于在不同的工业应用中和灵活调整网络功能。例如，使用网络功能虚拟化（NFV）技术实现核心网的灵活配置，以应对动态变6应用中，涉及到大量的工业数据，核心网应能有效防止数据泄露、网络攻击和服务中断。会话管理、数据路由和流量控制等功能应具备高效性与实时6.6边缘计算节点部署低延迟、节省带宽、增强隐私等优势，应符合下列a)降低延迟：将计算资源部署在接近用户的位置，减少b)节省带宽：在边缘处理大量数据，减少传输至核c)增强隐私：数据在本地处理，减少传输过程中的隐私泄露风险。——具备强大的计算和存储能力，以支持复杂的工业计算任务；——与核心网、接入网紧密集成，确保边缘数据与中心数6.6.2.2计算与存储能力：边缘计算节点应具备强大的计算与存储能力，支持工业互联网中的大数据6.6.2.3与核心网协同：边缘计算节点与核心网应高效协同，共同提供网络服务。数据处理应根据实时性要求选择是在边缘节点处理还是上传至核心网处理，形6.6.2.4数据安全与隐私保护：边缘计算节点应确保数据的安全性和隐私保护，特别是对工业生产中5G+工业互联网组网技术方案，旨在通过合理的无线、传输、核心网等技术设计，确保5G网络在工无线接入网（RAN）应能采用的新一代5G无线技术为工业互联网提供超高速、低时延——提供低时延和高数据速率，以满足工业自动化、77.2.3.2MassiveMIMO（大规模天线阵列）技术：应能通过使用更多的天线单元提升无线链路的容量和覆盖能力。在工业场景中，多个MIMO天线单元的部署应能宽。这一技术特别适合数据传输密集型的工业应用，例如大数据实时传7.3核心网关键技术核心网是5G网络的中枢，负责管理网络连接、数据路由、安全控制等关键任务。核心网技术在5G+——强大的安全性和隔离性，防止工业数据泄露和攻击；——支持多业务、多切片的高效管理和调度，保障各类工业应用的稳定运行。7.3.3.2分布式核心网架构：为了提高工业互联网网络的可靠性和低时延性能，核心网应采用分布式架构设计。核心网的分布式部署应能降低单点故障风险，并通过局部处理减少数据传输时7.3.3.4数据路由与负载均衡：核心网应支持高效的数据路由和负载均衡，确保数据流的快速传输并7,4物联网关键技术在5G+工业互联网中，物联网技术用于连接和管理大量传感器、控制器、机器设备等智能终端。5G——支持海量设备的高效接入和管理；——提供低功耗、长时效的设备连接能力，确保大规模设备的稳定运行；亿的设备，满足工业物联网中设备数量庞大、连接频繁8a)切片类型：根据应用需求，切片分为增强移动宽带（eb)资源分配：为每个切片分配独立的计算、存储和网络资源，确保各切片之——提供高效的资源调度与监控机制。7.5.3.1切片创建与管理：网络切片技术应根据业务需求创建多个虚拟网络，并为每个切片分配独立7.5.3.2切片调度与动态调整：网络切片管理平台应支持实时监控每个切片的运行状况，根据业务需7.5.3.3切片间隔离与安全性：各个网络切片之间的隔离应能有效保证工业应用的安全性，防止网络7.6超可靠低延时通信技术5G网络中的超可靠低时延通信（URLLC——提供99.999%的网络可靠性，确保关键业务不受影响；95G+工业互联网网络运维与管理，旨在通过全面的网络监控、功能丰富的运维管理平台和有效的网络优化策略，确保5G网络在工业互联网中的高效、稳定和可8.2网络监控性能监控通过实时监控网络性能指标，确保网络的高效运行，应符a)带宽监控：支持实时监控网络带宽的使用情况，识别带宽瓶颈，确保带宽资源的合理分配；a)故障检测：使用故障检测工具，实时监测网络设备和连接的状态，及时发现故障点。b)报警机制：具备故障报警机制，一旦检测到故障，立即触发报警通知运维人员进行处理。c)日志记录：能记录故障发生的时间、位置、原因等信息8.3运维管理平台运维管理平台应提供丰富的管理功能，满足网络运维的各项需求，应符合下列要求。c)故障处理：具备故障诊断和处理功能，支持故障自动定位和运维管理平台应设计友好的用户界面，提高运维效率和用户体验，应符合下列要求。a)界面简洁：设计简洁明了的用户界面，减少操作复杂度，提高操作效率。b)信息可视化：支持通过图表、仪表盘等可视化工具，直观展示网络运行状态和性能指标。根据网络状态，动态调整网络配置，优化网络性能，应符合下c)拥塞控制：具备拥塞控制策略，预防和缓解网络拥塞，确保网络传输的稳定性和可靠性。使用专业的网络优化工具，提高网络优化的效率和效果，应符合5G+工业互联网网络在不同维度下涵盖带宽、延迟、连接数、可靠性和可用5G+工业互联网网络应具备高带宽传输能力，以支持工业场景中大规模数据流的实时传输需求。例合业务场景定制，一般应不低于100Mbps，关键场景可达Gbp5G+工业互联网要求网络延迟控制在极低水平，以保障实时数据传输与控制系统响应。例如，远程操控、工业自动化控制等对网络时延极为敏感。延迟标准宜为：普通工业数据通信：≤100m）：9.4连接数5G+工业互联网应支持大规模设备同时在线与数据交互，保障工业场景中海量终端设备的并发接入5G+工业互联网网络应具备极高的可靠性，确保关键业务连续运行不中断。推荐网络可靠性目标为10.1测试方法和工具测试）、Nagios（监控）等，进行全面的10.2评估标准定合理的评估标准，评估标准可参考GB/T41870和GB/T23031.1。10.3带宽评估方法——使用网络带宽测试工具（如iPerf、Spe——测试应在多个时间段（高峰/非高峰时段）及多个网络节点进行，采集平均值与最大/最小10.4时延评估方法——5G+工业互联网要求网络延迟控制在极低水平，以保障实时数据传输与控制系统响——普通工业数据通信：≤100ms；10.5连接数评估方法——利用负载测试工具（如ApacheJMeter、LoadRunner、Locust等）模拟大规模设备并发接——分析连接建立成功率、连接维持时间、连接掉线率等关键指标；——测试过程中监测接入点设备（如基站、接入网关）的资源使用情况（CPU、内存——结合工业终端协议（如MQTT、CoAP、Modb——监控以下核心指标：平均无故障时间（MT）；——使用网络监控平台（如Zabbix、PRTG、SolarWinds）采集设备运行状态与故障日志；——建议建立网络故障事件数据库，分析故障类型、频次与根因，评估整体网络可靠性水平；——针对关键业务网络路径，开展冗余链路11.1概述5G+工业互联网网络安全要求与机制，旨在通过全面的安全架构设计、访问控制与认证机制以及数b)使用PKI（公钥基础设施）等b)VPN（虚拟专用网络）：支持通过VPN技术，为远程访问提11.3用户访问安全用户认证机制通过多因素认证技术，确保用户身份的合法性，应符合a)多因素认证（MFA）：支持结合密码、短信验证码、指纹、人脸识别