5G工业UPF发展挑战及业务需求有哪些？

2022 年中国移动发布的《5G 确定性工业生产网白皮书》以“跨域融合、确定可靠、 算网一体”为核心理念设计了 5G 确定性工业生产网技术架构。该技术架构中，工业 UPF 作为融合组网、确定性服务、工业算力融合的枢纽，是 5G 与工业网络互联互通、应用生态深度融合的关键节点。在 5G 在融入工业生产环节的探索 过程中，5G 工业 UPF（下文简称工业 UPF）仍面临三方面挑战：

（1）广泛连接： 在实际的工业生产网络中，工业 UPF 仍面临实现广泛通信连接的挑战。因选用设备 商和服务层级的不同，以工业以太、工业总线等类型为主的工控协议种类繁多、七国八 制，而工业 UPF 作为 5G 和工业网络的边缘锚点，需解决适配工业多样协议和满足分域 通信的泛在连接问题，确保新建 5G 可兼容适配不同的工控协议，与存量网络互通互联。 同时，产线级、车间级的生产业务往往对通信低时延、确定性和高可靠有很高要求，如 低时延特性需满足实时、精准的工控指令下发，步调一致的产线协同，以及满足稳定、 高质量的系统运行和工控指令投递，实现 5G 融入生产的“组网融通”。因此，通信极致确定性和提供可靠通信能力的确定性时延和确定性可靠是工业 UPF 技术实现过程中仍需 考虑的问题。

（2）赋能应用： 工业应用与 5G 网络深度融合的过程中，满足赋能应用特性也是工业 UPF 的新课题 和新挑战。为降低 5G 全连接工厂的实施难度，工业应用需要与 5G 网络深度融合，实 现工业控制算力的算网一体化，融合 RT、NRT 厂区现场升级的多样算力应用。例如， 图像识别管理系统对于来自采集图像的推理实现、模型管理业务，工业 AI 视觉云平台 的数据预处理、数据标注、训练引擎等应用，以及企业生产业务系统中的数据管理、结 果呈现等环节，均需要工业 UPF 提供强大的实时性算力能力，从而支持更复杂的运算和 数据处理，满足统一、实时的算力底座。此外，具备关键环节应用的一站式接入和服务 也是工业 UPF 需要攻克的难题，从而实现多平台多系统共同配合满足业务要求，进一步 结合 AI、云平台等协同，实现智能应用协同调度，并通过 AR 辅助、预测性维护等智能 应用赋能高效、灵活的工业应用融合。

（3）高效运维： 工业 UPF 在网络的运维保障方面也同样面临挑战。首先，工业网络对于网络中断具 有低容忍性，生产停滞往往会造成重大经济损失，工业网络的稳定性需得到保障，满足 生产不中断的要求。其次，安全问题事关生产，工业场景下的功能安全和信息安全也应 得到严格保障，确定性的安全能力是需要攻克的技术难题，从而满足融合、保密的生产 系统及数据的隔离和安全。同时，功能要求高、部署环境差、现场规划复杂等问题使得 工业 UPF 面临运维保障的功能需求，提供指标监控、网络优化、排除网络故障等便捷运 维能力。

最后，工厂的智能化、数字化过程还会导致能耗不断增加，工业 UPF 的绿色转 型刻不容缓，避免资源浪费，实现最优能源分配。 工业 UPF 应支持多种部署模式，满足工厂、车间、产线的多样化业务需求。

（1）工厂级部署 ：工业 UPF 部署在企业园区或工厂机房，主要满足单一工厂或园区非实时业务的通信 需求，提供跨车间、跨层级的互联互通能力，保障企业生产、运营、管理的高水平发展。 工厂级工业 UPF 应处理整个工厂范围内的数据流量，包括不同车间之间的数据通信；可 完成车间内的生产辅助业务，如设备间的数据采集；处理产线内、产线间时延要求不高 的逻辑控制业务。由于多数企业考虑数据不出园区，承载用户面数据的工业 UPF 部署在 生产工厂（园区）级别可满足此类业务所需的性能需求。

（2）车间级部署 ：工业 UPF 部署在生产车间机房或电气柜，主要处理车间内的数据流量，同时可承载 产线间以及产线内对低时延、可靠性要求高的生产控制类业务，其中包括车间内设备的 数据接收、过滤、路由、转发；产线主从 PLC 之间、PLC 与 I/O 之间的通信控制。工业 UPF 下沉到车间，与车间内各种设备直接相连，产线控制逻辑在车间形成闭环，可显著 提升生产控制业务的隐私性，实现工业生产信令在车间内的闭环。

（3）产线级部署 ：工业 UPF 部署在产线边电气柜或挂墙设置，是一种极端部署模式，仅在车间产线独 立部署基站覆盖的情况下支持，该场景下，工业 UPF 与基站 BBU 为 1:1 收敛或融合，工 业 UPF 可提供产线专用的通信控制，设备需满足现场设备防护等级要求。

（4）融合式部署： 在某些规模较小的工厂内，或者初期逐步开展5G全连接工厂技术验证的时候，也 可以采用融合式工业UPF部署方案，只在工厂机房或运营商机房集中部署一个融合式工 业UPF，简化系统架构，提供集成度更高业务锚点。该方案下，工业UPF可同时满足工 厂、车间和产线的业务需求。