導讀：工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展水平與一個國家的國際競爭力強相關，截至2020年我國工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展初見成效，但商業(yè)模式還需要持續(xù)探索。首先探索工業(yè)互聯(lián)網定義及發(fā)展情況，其次理清工業(yè)互聯(lián)網與5G關系，然后剖析運營商在工業(yè)互聯(lián)網中的定位，最后提出“工業(yè)互聯(lián)網+5G”背景下的運營商端邊云協(xié)同方案及網絡架構。1概述中國互聯(lián)網發(fā)展應用正從消費互聯(lián)網轉向工業(yè)互聯(lián)網，工業(yè)互聯(lián)網已經成為世界各國重要的基礎設施，其發(fā)展水平直接影響一個國家制造業(yè)的轉型升級和國際競爭力。2018—2020年是我國工業(yè)互聯(lián)網起步發(fā)展期，工信部實施工業(yè)互聯(lián)網創(chuàng)新發(fā)展工程，帶動總投資近700億元，遴選4個國家級工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)示范基地和258個試點示范項目。2020年我國工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)經濟增加值達到3.1萬億元，占GDP比重為2.9%，新增超過255萬個就業(yè)崗位，已建成具有較強行業(yè)和區(qū)域影響力的工業(yè)互聯(lián)網平臺超70個，連接工業(yè)設備數量達4000萬臺（套），工業(yè)互聯(lián)網網絡已覆蓋全國300個城市，連接18萬家工業(yè)企業(yè)。另外，工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟2020年4月份的統(tǒng)計數據顯示，工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟在多個領域取得實質性進展：a)會員單位數量從2016年初不足150家發(fā)展至1800家以上。b)新技術研究與測試驗證方面，輸出55個測試床和56份研究報告。c)產品和解決方案方面，輸出70多個解決方案資源池。d)應用試點探索與落地方面，輸出163個優(yōu)秀應用實施案例。e)標準規(guī)范制定與實施方面，輸出工業(yè)互聯(lián)網標準體系。f)垂直行業(yè)部署與推廣方面，覆蓋15個垂直行業(yè)，含6個非制造業(yè)。綜上，截至2020年底我國已初步建成工業(yè)互聯(lián)網基礎設施和產業(yè)體系，多個地方政府如北京、上海、重慶、青島、成都、長沙等推動工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)集聚和制造業(yè)轉型升級，密集謀劃和建設工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)園區(qū)。此外，互聯(lián)網公司、設備廠商、垂直行業(yè)和運營商等也競相布局升級工業(yè)互聯(lián)網平臺，加快中小企業(yè)“上云”步伐。我國企業(yè)數字化轉型比例為25%，中小企業(yè)數字化轉型空間巨大，隨著工信部2021年1月《工業(yè)互聯(lián)網創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2021—2023年）》的印發(fā)，工業(yè)互聯(lián)網的智能化進程有望加速。

2工業(yè)互聯(lián)網與5G關系從宏觀經濟看，國際貨幣基金組織(IMF)統(tǒng)計數據顯示，受新冠肺炎疫情影響，2020年全球經濟增長率預計為-4.4%，2025年將下行至3.5%，其中發(fā)達經濟體、新興經濟體平均增速將分別下行至1.7%、4.7%。各國政府將工業(yè)互聯(lián)網作為傳統(tǒng)工業(yè)改造、未來產業(yè)競爭力塑造的共同選擇,工業(yè)互聯(lián)網作為第4次工業(yè)革命的關鍵支撐，已成為全球產業(yè)競爭新焦點，也是我國塑造國際競爭新優(yōu)勢的著力點，5G被認為加速第4次工業(yè)革命而被寄予厚望。從技術演進看，移動通信基本以10年為周期進行升級換代，5G承載工業(yè)互聯(lián)網業(yè)務場景的“萬物智聯(lián)”時代正在到來。5G等新技術發(fā)展將可能改變傳統(tǒng)架構范式，需在工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展過程中進一步融合。表1給出了移動通信技術演進及典型業(yè)務。表1移動通信技術演進及典型業(yè)務從需求角度看，工業(yè)互聯(lián)網涉及物流、采購、倉儲、生產、產品和服務等全要素，5G超大帶寬、超低時延等特有優(yōu)勢可以實現海量數據毫秒級傳輸，確保工業(yè)互聯(lián)網全要素資源的順暢連接和快速精準控制的高要求。目前工業(yè)界采用的無線通信協(xié)議眾多，如短距無線（藍牙、Zigbee）、工業(yè)專用無線（如WirelessHART）、3G/4G蜂窩無線、Wi-Fi等，這些協(xié)議各有不足且相對封閉，設備互聯(lián)互通較難，制約了設備上云。5G具備感知泛在、連接泛在、智能泛在等優(yōu)勢，有望成為工業(yè)互聯(lián)網的網絡及技術底座，5G相對于其他無線通信協(xié)議優(yōu)勢顯著，以Wi-Fi為例，5G相對于Wi-Fi有以下優(yōu)勢。a)5G抗干擾能力更強，Wi-Fi使用公用頻段導致抗干擾能力差；5G使用運營商獨有頻段具備更高的安全性和可靠性。b)5G能夠承載高并發(fā)大數據量業(yè)務，Wi-Fi信道少，資源有限；5G具備大帶寬特性。c)5G能夠保證超低時延及更廣覆蓋，Wi-Fi時延不穩(wěn)定，用戶增多導致時延增大；5G網絡可通過行業(yè)定制化降低時延，增加覆蓋能力。d)5G可以實現快速切換保障數據可靠傳輸，針對快速移動場景，Wi-Fi連接下無法進行切換，5G網絡可以實現數據切換。從應用角度看，工業(yè)互聯(lián)網為5G創(chuàng)造大量應用場景如機器視覺檢測、精準遠程操控、現場輔助裝配等，工業(yè)互聯(lián)網是5G商用的“主戰(zhàn)場”，截至2020年底，我國應用于工業(yè)互聯(lián)網的5G基站超過3.2萬個，5G+工業(yè)互聯(lián)網項目已超過1100個，工業(yè)互聯(lián)網應用覆蓋原材料、裝備制造、消費品、能源、醫(yī)療等30余個重點行業(yè)。3工業(yè)互聯(lián)網需求背景下的5G關鍵技術工業(yè)互聯(lián)網涉及的主體包括機器、車間、企業(yè)、人等，端到端的產業(yè)鏈包括設計、研發(fā)、生產、營銷、管理、服務等環(huán)節(jié)，在工廠內需要實現信息采集設備、生產設備、生產管理系統(tǒng)以及主體之間的互聯(lián)，在工廠外需要實現生產企業(yè)、協(xié)作企業(yè)、產品、用戶、金融機構、供應鏈、物流等企業(yè)的互聯(lián)。工業(yè)互聯(lián)網的核心需求總結如表2所示。表2工業(yè)互聯(lián)網核心需求工業(yè)互聯(lián)網作為5G商用的“主戰(zhàn)場”，其業(yè)務需求和技術需求也是驅動移動通信技術從4G向5G演進的原生訴求，5G關鍵技術包括邊緣計算和網絡切片。a)邊緣計算（MEC）。從定義看，MEC是指根據業(yè)務場景需要將多種接入形式的部分功能、應用及內容部署到企業(yè)側網絡邊緣，提供低時延、大帶寬、高安全的服務，達成極致用戶體驗；從技術及安全角度看，邊緣計算將核心網用戶面下沉到物理邊緣側為企業(yè)提供5G專網能力，實現“企業(yè)數據不出企業(yè)”；從商業(yè)角度看，尤其針對視頻類等大量數據傳輸需求的應用，能夠實現本地存儲及運算，節(jié)省邊緣網絡到核心網及公網的傳輸成本和時間成本。b)網絡切片。從定義看，網絡切片是指按需組網的技術，在獨立組網（SA）架構下將一張物理通信網絡虛擬出多個專用的、隔離的端到端邏輯子網，滿足工業(yè)互聯(lián)網定制化場景需求。從技術角度看，主要采用虛擬化和軟件定義網絡技術，把硬件抽象為計算、存儲和網絡資源進行統(tǒng)一管理分配，為不同的切片配置相應資源，且完全隔離互不干擾，實現邏輯上的統(tǒng)一管理和靈活切割。從關鍵特征看，包括按需部署、按需隔離、運維自動化、端到端SLA（Service-LevelAgreement）保障等。4運營商在工業(yè)互聯(lián)網中的定位隨著5G商用向縱深發(fā)展，互聯(lián)網公司、設備廠商、垂直行業(yè)和運營商等均在探索工業(yè)互聯(lián)網的價值空間。4.1互聯(lián)網公司互聯(lián)網公司從中心云下沉，依托中心云生態(tài)向邊緣拓展并嘗試構建邊云生態(tài)，整個過程依賴于運營商MEC網絡底座。從國外看，美國重視平臺建設是其工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展的特色，亞馬遜在2019年8月份發(fā)布邊緣服務平臺Wavelength，并陸續(xù)與Verizon、Vodafone、KDD和SK電訊等合作共同提供邊緣云服務；微軟2019年10月發(fā)布邊緣云平臺AzureIoTEdge，并與AT&T合作將人工智能訓練及推理場景下沉到網絡邊緣；谷歌于2019年4月份推出邊緣框架Anthos，聯(lián)合自有硬件芯片EdgeTPU和軟件堆棧CloudIoTEdge改善邊緣生態(tài)研發(fā)環(huán)境，并與AT&T合作將生態(tài)推送到企業(yè)和個人客戶。從國內看，阿里云在2019年12月推出邊緣計算解決方案LinkIoTEdge，將云應用延伸到邊緣并與云端數據聯(lián)動。百度在2018年發(fā)布端云一體解決方案BaiduIntelliEdge，包括智能邊緣本地運行包和智能邊緣云端管理套件。騰訊2019年采用“CDN+邊緣計算”模式探索視頻直播、游戲、鑒黃等場景。綜上，互聯(lián)網公司從中心云向邊緣延伸均采取和運營商MEC邊緣云合作的策略，對運營商技術整合、生態(tài)聯(lián)營、邊云協(xié)同等方面提出需求。4.2設備廠商設備廠商從邊緣終端逐漸上移，積極研發(fā)符合MEC部署要求的通用硬件基礎設施和針對邊緣計算具體場景的產品。如戴爾推出易安信邊緣計算網關EdgeGateway，并與VMware聯(lián)合推出DellEMCSD-WANEdge集成平臺提供MEC解決方案。設備廠商邊緣硬件受接入方式、空間覆蓋、網絡保障等方面的能力限制，亟需通過5G構建大帶寬、低延時特性的管道聯(lián)接方式，需要運營商提供完善的邊緣局點承載方案，對運營商在一體化交付、基礎架構能力集成、邊緣機房適配等方面提出訴求。4.3垂直行業(yè)垂直行業(yè)利用自身對行業(yè)場景的理解（如遠程醫(yī)療、工業(yè)機器人、無人物流等），在邊緣云上交付關鍵技術或應用解決方案，使能企業(yè)數字化升級。垂直行業(yè)應用需要承載在運營商的MEC邊緣云上，對運營商開放邊緣應用生態(tài)系統(tǒng)提出相應訴求。4.4

運營商全球主流運營商均在積極利用5G優(yōu)勢探索工業(yè)互聯(lián)網商業(yè)價值，借助MEC平臺及服務實現從管道經營到算力經營轉變，強化2B市場能力，完善2C業(yè)務體驗。從國外看，美國AT&T將邊緣計算定位為5G戰(zhàn)略三大支柱之一，與微軟、谷歌等聯(lián)合部署基于5G網絡的邊緣云平臺，并主導發(fā)起了Airship、Akraino等邊緣開源項目，加快邊緣計算生態(tài)建設和商用部署。從國內看，三大運營商（中國移動、中國電信、中國聯(lián)通）已在MEC領域進行戰(zhàn)略部署。如中國聯(lián)通推出CUC-MEC邊緣云平臺，優(yōu)化3GPP和ETSI等標準規(guī)范，構建開放的MEC邊緣云生態(tài)，積極與互聯(lián)網公司、設備廠商及垂直行業(yè)合作，實現與公有云、行業(yè)云、私有云的無縫對接。為了更好地滿足業(yè)務實時響應、一體化交付實施的需求，中國聯(lián)通成立MECBU實現全國統(tǒng)籌調度；成立1個MEC業(yè)務運營中心、N個創(chuàng)新業(yè)務孵化基地、X個省分專項拓展組，推進全國MEC邊緣云節(jié)點規(guī)劃、建設、運維、運營及MEC業(yè)務拓展工作。從技術演進看，隨著5GMEC系統(tǒng)的引入，網絡將呈現IP化、扁平化、無線化、靈活組網發(fā)展趨勢，運營商承載網絡面臨新的四大挑戰(zhàn)。a)L3VPN需求。5GMEC中用戶轉發(fā)面（UPF）的下移需要無線核心網業(yè)務端口下移，導致原骨干網上的L3VPN下移至移動承載網；UPF分布式部署需要增加L3VPN覆蓋。b)接入網需求。覆蓋企業(yè)園區(qū)的基站和5GMEC需要低延遲的網絡直連和企業(yè)重要業(yè)務數據不出園區(qū)。c)邊云協(xié)同需求。5GMEC中UPF需要和中心云控制面和管理系統(tǒng)通信；5GMEC的MEP（Multi-accessEdgePlatform，等同PaaS）平臺中的應用將成為運營商或其他合作伙伴如互聯(lián)網公司云應用的一部分。d)移/固承載網雙平面需求。5GMEC提供無縫固定網絡與移動網絡融合（FMC——FixedMobileConvergence）業(yè)務需要邊緣計算接入網絡（ECA——EdgeComputingAccess）提供多接入，跨越無線網絡和固網的連接；實驗網絡智能（ENI——ExperimentalNetworkedIntelligence）需要提供跨越移動和固定承載網的網絡連接，完成和中心云、MEC間的業(yè)務互通。綜上，憑借5G+邊緣網絡特有優(yōu)勢，運營商掌控MEC入場券，相對于互聯(lián)網公司、設備廠商及垂直行業(yè)承擔底座角色，通過把移動網絡的CT（CommunicationTechnology）能力注入至MEC平臺和IT（InformationTechnology）能力融合，結合邊緣節(jié)點的下沉、網絡切片技術和分流能力，實現流量的本地疏通，提供低延時、大帶寬、高安全的邊緣計算能力，快速在制造、安防、醫(yī)療等工業(yè)互聯(lián)網領域實現以MEC邊緣云撬動5G項目落地并帶來收入。5工業(yè)互聯(lián)網+5G端邊云協(xié)同方案及網絡架構5.1

端邊云協(xié)同方案本文站在運營商的角度提出基于工業(yè)互聯(lián)網的“端、邊、云”協(xié)同方案（見圖1），可以滿足工業(yè)互聯(lián)網各類業(yè)務場景對通信網絡及管理平臺的訴求，總體來看，工業(yè)互聯(lián)網場景下的邊緣云無法完全取代中心云（包括公有云/私有云/行業(yè)云等），兩者是協(xié)同關系。a)邊緣云（即邊緣計算）：發(fā)揮邊緣設備靠近數據的優(yōu)勢，聚焦實時、準實時及短周期的數據處理及模型推理等工業(yè)互聯(lián)網場景，針對數據安全、數據處理及傳輸耗時等敏感需求，減少邊緣設備與云端設備交互，降低數據流往返云端的通信帶寬及時間成本。b)中心云：發(fā)揮云服務器端有大算力資源、多模型聯(lián)動及平臺協(xié)作等優(yōu)勢，聚焦非實時及長周期的數據處理、模型訓練等工業(yè)互聯(lián)網場景，全面覆蓋數據處理、模型訓練、多模型協(xié)同決策等需要周期性看護的需求，充分挖掘中心云的價值空間。圖1工業(yè)互聯(lián)網+5G運營商端邊云協(xié)同方案5.2端邊云網絡架構工業(yè)互聯(lián)網場景需求差異較大，針對公安、新媒體、校園、物業(yè)、醫(yī)療、司法等典型行業(yè)，基于地理位置構建區(qū)域、本地、邊緣/客戶駐地3層網絡架構（見圖2），各層MEC滿足不同業(yè)務需求，構建策略如下。a)區(qū)域MEC，主要部署于省會或主要發(fā)達城市的運營商核心機房，建議每個城市各建設1套。b)本地MEC，主要部署于有需求的地（市）運營商的核心機房，建議有需求的城市各建設1套。c)邊緣/客戶駐地MEC，針對邊緣MEC，主要部署在每個地（市）運營商的匯聚機房，每個城市至少建設1套匯聚MEC；針對客戶駐地/園區(qū)MEC，按照實際業(yè)務需求部署在客戶側，實現業(yè)務數據不出園區(qū)，保障安全性高。圖2工業(yè)互聯(lián)網+5G運營商端邊云網絡架構6未來及展望從全球看，工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展水平與國家的國際競爭力強相關，5G作為工業(yè)互聯(lián)網的網絡及技術底座直接決定其發(fā)展進程，目前我國工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展雖已初見成效，但仍處于初級階段，呈現行業(yè)知識多樣性