面向行业的5G网络SLA定义及需求白皮书.pdf

面向行业的面向行业的 5G5G 网络网络 SLSLA A定义及需求定义及需求白皮书白皮书牵头编写单位牵头编写单位：中国信息通信研究院中国信息通信研究院、华为技术有限公司华为技术有限公司工业互联网产业联盟（工业互联网产业联盟（AIIAII）2022022 2 年年 9 9 月月目目录录一、网络 SLA 指标定义.1（一）网络可用度.2（二）时延可靠性.3（三）用户速率.5（四）定位准确度.6（五）时钟同步精度.6（六）网络隔离.6二、网络 SLA 指标能力等级划分.6（一）网络可用度.7（二）时延可靠性.7（三）用户速率.8（四）定位准确度.9（五）时钟同步精度.9（六）网络隔离.9三、业务需求和网络 SLA 需求映射.10（一）行业需求提取.10（二）网络 SLA 需求映射.13（三）网络 SLA 需求能力等级汇总.16四、典型场景业务 SLA 需求到网络 SLA 需求过程示例 16（一）柔性生产制造.16（二）机器视觉质检.18（三）网络 SLA 需求示例总结.20五、总结和展望.21附录：相关术语.21（一）通信服务可用性和可靠性.21（二）5G 网络和垂直应用的性能测量关系.2515G 行业应用涉及千行百业，5G 行业项目经过一段时间的拓展和试点，基于前期调研，当前主要存在如下问题：一是在垂直行业应用过程中，行业、网络设备商、网络集成商、运营商等相关组织对于网络指标需求定义描述不统一，如可靠性、时延等概念在 5G 网络中具体代表什么含义，大家理解不一致，导致行业与网络在语言充分对接方面存在难点；二是 5G 行业应用业务类型和场景丰富，不同细分行业业务需求差异较大，从而对网络服务水平保证（SLA）有不同的需求，由于行业业务需求与网络 SLA 需求缺少统一语言和映射，导致行业无法描述清楚对网络 SLA 的具体诉求，从而网络建设保障时存在难点。1随着 5G 网络与行业应用的有机融合和推广应用，亟需制定相应的网络 SLA 规范，从而解决运营商、设备商以及行业用户等对网络SLA 需求的概念理解不一致的问题。通常 SLA 包括体验 SLA、业务 SLA 和网络 SLA：体验 SLA 从用户业务出发，定义用户体验，如视频卡顿、花屏等，业务 SLA 从行业业务流出发，定义业务流中断时长、传输数据量等指标，网络 SLA从网络角度出发，定义网络连接的速率、时延等指标。本文主要定位于对网络层 SLA 的内容分析，通过统一面向行业的 5G 网络 SLA 指标范围、SLA 指标定义、SLA 指标分级规范和 SLA指标需求描述等内容，帮助行业客户、行业解决方案提供商、电信运营商、电信设备商等对齐网络 SLA 语言。一、网络 SLA 指标定义1SLA（Service Level Agreement）：双方正式协商达成的协议，有时也称为服务水平保证。它是服务提供商和客户之间的合同（或合同的一部分），旨在建立对服务、优先级、责任等的共同理解。(来源：TMForum SLA 管理手册)。2通过对标准业界和行业的分析，网络层 SLA 重点关注的指标，包括：网络可用度、时延、可靠性、抖动、用户速率、定位准确度、网络隔离等，作为 5G+工业互联网提供网络服务的基础。（一）（一）网络网络可用度可用度网络可用度是网络可用性的概率度量指标，对于可修复产品，网络可用度 A 与可靠性度量指标 MTBF、可维修性度量指标 MTTR 关系如下：MTTRMTBFMTBFA1.网络可用性网络可用性:产品在任意随机时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度。它的概率量度称为可用度。在 5G 系统中，用于描述网元组成的网络正常运行的时间比例。（来源：GJB451-90、IEC61907）。2.网络可靠性网络可靠性:产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性的概率度量也称可靠度。（来源：GJB451-90、IEC61907）。MTBF（平均故障间隔时间）是可修复产品可靠性的一个基本度量：在规定状态下的特定测量区间，产品的所有部件能够在指定范围内完好工作的寿命单位均值。（来源：MIL-STD-721C-81）33.网络可维修性网络可维修性：产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法维修时，保持和恢复到规定状态的能力。（来源：GJB451-90、IEC61907）。MTTR（平均故障恢复时间）是产品维修性的一种基本参数，其度量方法为：在规定的条件下和规定的时间内，产品在任意规定的维修级别上，修复性维修总时间与在该级别上被修复产品的故障总数之比。（来源：GB/T3187-94、GJB451-90、GR-512-CORE）。（二）时延可靠性（二）时延可靠性在 5G 工业应用中，对传输数据包同时有低时延和高可靠性要求，因此在网络 SLA 描述时，时延和（包）可靠性一般一起描述为时延可靠性(时延可靠性)。时延可靠性计算方法：满足一定时延约束条件下成功接收的包数除以发送的总包数。1.时延时延：在 5G 系统通信服务接口处测量，数据包从源通信设备的CSIF 成功传输到目标通信设备的 CSIF 的时间。（来源：3GPP TS22.261）E2E 中的端点是通信服务接口（3GPP 网络指通信设备的CSIF），如下图所示，橙色箭头为垂直应用程序的视角，蓝色箭头为 3GPP 网络性能测量的视角，即包括和不包括 IP 层；4不同通信服务接口（CSIF）下的网络性能测量 该指标基于无线通信场景，分为单端无线时延(UE toNetwork/Network to UE)和双端无线时延(UE to Network to UE)；该指标在多数场景要求为最大时延，但有些场景要求为严格的时间边界最小端到端延迟，最大端到端延迟。如图所示，在多数场景，仅有最大时延 tUB要求，在部分场景同时有有最小时延 tLB和最大时延 tUB的要求。（来源：3GPP TS 22.104）52.（包）可靠性（包）可靠性：在网络层数据包传输的上下文中，在目标服务所需的时间限制内成功传送到给定系统实体的已发送网络层数据包量除以已发送的网络层数据包总数的百分比值。（来源：3GPP TS22.261）在 5G 系统通信服务接口处测量；3GPP 中为 reliability 定义不区分 SLA 类型即可表示各种指标的可靠性要求，当前本文重点分析时延可靠性要求，同时用packet reliability 与传统网络设备可靠性区分；基于 3GPP TS 23.501 的丢包率定义，当有 QOS 要求时，丢包率表示为在满足 QOS 时延要求下未成功到达的数据包的比例，即 1-p(丢包率)=R（可靠性）。在网络 SLA 指标里面，统一采用（包）可靠性。（三）用户速率（三）用户速率用户体验数据速率：获得业务质量体验所需的最低数据速率。但广播类业务的情况除外，其为所需的最大值。（来源：3GPP TS22.261）用户级最低保障速率要求；本文统一简化为“用户速率”表示；该指标分为上行用户速率和下行用户速率。6（四）定位准确度（四）定位准确度定位准确度：描述 UE 测量的位置与真实位置的偏差。（来源：3GPP TS 22.261）指标一般描述为准确度概率，如：3m90%；可细分为水平准确度、垂直准确度；准确度可以描述绝对位置的准确度，也可以描述相对位置的准确度。（五）（五）时钟时钟同步精度同步精度时钟同步精度：在同步域内，主时钟和任何从 UE 时钟之间的最大允许时间偏差。（来源：3GPP TS 22.104）5G 系统包括 CN、TN、RAN 和 UE。（六）网络隔离（六）网络隔离网络隔离：为用户申请的网络资源需要与其他用户申请的网络资源进行物理或逻辑上的隔离。（来源：3GPP SA5 TS28.541）物理隔离是指网络资源在物理位置上是分开的，如采用不同的硬件资源、不同的机架、不同的位置、不同的频谱等；逻辑隔离是指网络资源在逻辑上是隔离的，如采用虚拟资源层面的隔离，网络功能层面的隔离，或租户/业务层面的隔离。二、网络 SLA 指标能力等级划分7各行业场景千差万别，通过抽象并总结共性 SLA 要求有大带宽、低时延高可靠、高精度定位、高可用网络。本文为了归一化供给侧的网络 SLA 需求，将网络 SLA 各指标按照能力等级进行划分，通过划分等级，统一量化网络 SLA 需求能力等级，网络可按照不同等级进行保障。通过将不同行业场景的能力要求应对到网络的 SLA 需求等级上，从而可加速行业批量复制能力。（一）网络可用度（一）网络可用度业界通常采用几个 9 表征网络设备的可靠程度，针对 5G+工业场景，网络可用度等级分级如下：等级/指标网络可用度(%)典型服务场景SLA 199,99.9)一般应用于个人设备，如电脑或服务器SLA 299.9,99.99)一般在警务专网、平安城市等场景，视频监控、维护信息采集等业务场景SLA 399.99,99.999)一般在影响生产效率场景，如港口 PLC 控制等场景SLA 499.999,99.9999)一般在安全强相关场景，如智能列控（高铁、轨交）、钢铁生产控制等场景SLA 599.9999更高要求的电信级设备场景（二）时延可靠性（二）时延可靠性对应网络 SLA，基于时延和可靠性的 SLA 等级分级如下：指标/等级SLA 1SLA 2SLA 3SLA 4SLA 5时延(ms)(50,100)20,50)10,20)4,10)4包可靠性(%)99,99.9)99.9,99.99)99.99,99.999)99.999,99.9999)99.9999由于在网络 SLA 要求中，对于多数 URLLC 业务同时有时延和可靠性的要求，当将不同等级的时延和包可靠进行组合时，存在大量可能，为了更好的将行业需求和网络保障相结合，本文基于行业场景分析，将时延和包可靠一起划分等级如下：等级/指标时延(ms)包可靠性(%)典型应用场景SLA 110099.9%一般要求业务场景SLA 25099.9%一般要求的远程控制业务，如矿山、钢铁等场景的挖8掘机、无人天车等服务场景SLA 32099.99%一般较高要求的远控业务，如港口的龙门吊、远程医疗的操作摇杆控制等远控业务场景SLA 41099.99%一般指高要求的运动控制业务、差动保护等场景，如智能电网差动保护、C2IO 车间级智能制造等服务场景SLA 5499.999%一般指 AR/VR、AR/VR 强交互、工厂现场级智能制造等更高要求场景注：SLA 分级对应为（UE-Network-UE）的双向时延（UE-Network）的单向时延*2（三）用户速率（三）用户速率1.上行用户速率在 5G+工业互联网中，对上行速率要求比 ToC 行业要求高，对网络带来挑战，基于当前 5G 网络和应用需求分析，将上行用户速率等级划分如下：等级/指标用户上行速率(Mbps)典型应用场景SLA 1(0,50)一般普通图片、文件传输、视频监控等场景。SLA 250,100)一般高清图片传输、高清视频监控等场景SLA 3100,200)8K 超高清视频监控、机器视觉质检等场景SLA 4200,500)AR/VR 等场景SLA 5500更高要求的场景2.下行用户速率在 5G+工业互联网中，基于当前 5G 网络和应用需求分析，将下行用户速率等级划分如下：等级/指标下行用户速率(Mbps)典型应用场景SLA 1(0,10)远程控制、电网的配网差动保护、三遥等场景SLA 210,100)电竞类云游戏等场景SLA 3100,500)AGV 地图下载、智慧急救等场景SLA 4500,1000)8K 超高清视频、VR 教育、VR 文旅等场景SLA 51000更高要求的场景9（四）定位准确度（四）定位准确度在 5G+工业互联网中，涉及人与人、人与物、物与物的链接，存在人、车、物的协同，对定位要求越来越高，基于当前 5G 网络和应用需求分析，将定位准确度等级划分如下：等级/指标定位准确度(m)典型应用场景SLA 13,10)一般指面向人的定位，如铁路、工厂等人员导航、轨迹规划等服务场景SLA 21,3)一般指室内人员或物的定位，如机场、园区等人员定位、车辆导引等服务场景SLA 30.3,1)一般指面向较高精度的人或物的定位，如车辆网、无人机、精细化工等场景，提供车辆协同、无人机测绘和农业、安全生产人员位置等服务场景SLA 40.1,0.3)一般指面向高精度的物的定位，如智能制造、仓储物流、电力能源等场景，提供 AGV 导航、资产追踪管理、电子围栏、工具匹配、工作协同等服务场景SLA 50.1更高要求的场景注：1.定位准确度，一般采用 90%可用度的满足度。2.本文分级中，基于整体的定位确度(即定位准确度=abs|测量位置(坐标)-实际位置(坐标)|)，不区分垂直准确度和水平准确度。（五）时钟同步精度（五）时钟同步精度当前行业应用中，电网差动保护场景对时钟同步精度有要求，基于分析，时钟同步精度分级如下：等级/指标时钟同步精度(us)典型应用场景SLA 1-SLA 2-SLA 3-SLA 4(1,10一般指面向电网差动场景SLA 51（六）网络隔离（六）网络隔离该指标是指为满足企业、园区等行业客户的业务安全要求，而对提供的网络所采取的安全隔离方面所提出的要求措施。具体包括物理隔离（如专网专线等）、逻辑隔离（如虚拟网络设备等），提10供专用资源预留、资源抢占、共享资源池等机制，基于 5G 网络和行业需求，等级分级如下：等级/指标网络隔离典型应用场景SLA 1逻辑隔离行业用户共享物理网络，通过逻辑方式提供网络资源（如虚拟网络设备等），并保证与其他用户的资源是安全隔离的SLA 2物理隔离为行业用户提供安全可靠的独占的物理网络（如专网特定地理位置、专线特定机框、专网特定频谱等）注：当前分级参照3GPP SA5 TS28.541。针对5G网络来说，由于存在多个5G网元，因此，网络隔离时，可能会存在一些中间状态，中间状态在当前版本暂不考虑，主要跟随3GPP定义。三、业务需求和网络 SLA 需求映射（一）行业需求提取（一）行业需求提取行业需求提取应根据行业特点和业务需求等方面，分析行业整体需求和业务场景的通信需求、服务能力需求和隔离需求，形成对应的行业需求信息汇总表和若干业务场景需求信息详表。行业需求提取模板参考国标 TC124基于蜂窝网络的工业无线通信规范 第 5部分 应用规范。表 1 给出了行业需求信息汇总模板，主要用于收集行业/企业的整体诉求(包括网络设备故障要求、网络隔离要求)和业务场景类型汇总。表 1工业业务需求信息汇总模板列项信息说明行业类别工业应用场景所属的行业。参考 GB/T 4754-2017国民经济行业分类。企业名称企业基本信息厂区总面积工业设备所分布的地理区域大小厂区网络隔离要求不同工作区域之间工业应用的隔离需求，例如：不同分厂、不同厂房、不同车间之间的隔离需求。5G 网络 的区 域业务区域名称工业应用所在的工作区域，举例：不同分厂、不同厂房、不同车间。基于不同区域进行信息填写。面积区域面积11A网络设备故障要求区域范围内，网络设备故障的中断时间要求，单位min/year 或 min/mouth；网络隔离要求不同企业组织之间工业应用的隔离需求，例如：运输部、生产部之间的隔离需求。不同目的网络的工业应用的隔离需求，例如：工业终端监控应用连接到远程的服务器，工业控制应用连接到本地的控制服务器,工业终端监控和工业控制应用之间的隔离需求。不同应用名称的工业应用的隔离需求，其中工业应用名称用以唯一的标识一个工业应用。例如：视频类的“工业质检应用”划分为一个网络切片。场 景 1名称场景名称按照业务类型进行命名，例如：远程设备操控、远程运维、视觉检测、实时控制等场 景 2名称场 景 3名称5G 网络 的区 域B表 2 给出了工业业务场景分析模板，表中的关注项是可选的，应根据实际需求填写。表 2工业业务场景分析模板关注项具体信息单位必要性说明场景名称/必填工业应用场景中应用的名称，和表 1 中场景名称对应。按照业务类型进行命名，例如：远程设备操控、远程运维、视觉检测、实时控制等场景描述/选填工业应用场景业务类型描述信息。通 信 关 系1通 信 关 系标识 1/必填递增、唯一性通 信 关 系名称/必填所属行业中应用场景的业务类型对应的细分业务名称。例如：远程设备操控中的视频监控终 端 设 备信息/工业应用场景中，当前通信关系分析的蜂窝终端设备名称及信息终端数量和终端设备信息中所列设备具有相同通信关系的终端数移动类型/选填工业应用场景中改变工业蜂窝终端设备的地理位置的移动类型，具体应包括：12静止：在整个使用寿命期间保持静止；自由移动：移动时间和区域不受限制；区域限制移动：在约定的区域内可移动；游牧移动：使用时是静止的，两次使用的间隔是可以移动的。移动速率km/h选填工业应用场景中自由移动或区域限制移动的工业蜂窝终端设备移动的速度，单位：km/h无 线 组 网类型/必填无线组网方式，单端无线、双端无线。注：双端无线，指数据交换经过 2 次 5GS网络，路径为 UE-RAN-UPF-RAN-UE；单端无线，指数据讲话经过 1 次 5GS 网络，路径为 UE-RAN-UPF业务方向必填从行业终端视角描述业务流的方向，分为双向、单向。注：1、双向代表业务需要应答，单向代表业务不需要应答。2、无线组网为单端无线，补充描述基于终端视角的业务发起和应答方向，如上行发送&下行响应。业务特征/必填该通信关系的业务特征，例如：确定性周期性通信、确定性非周期性通信、非确定通信。定 位 准 确度m选填工业蜂窝终端设备的测量位置与真实位置值的偏差，包括水平定位准确度和垂直定位准确度，单位：m。时 钟 同 步精度s选填工业应用场景中终端设备时钟和基准时钟之间的最大偏差，单位：s注：终端设备有时间同步精度要求的通信关系时填写业 务 可 用性/选填(确定性通信业务填写)根据商定的 QoS 交付端到端通信服务的时间量除以在特定区域中根据规范预期交付端到端服务的时间量的百分比值。注：如果通信服务不满足相关的 QoS 要求，则认为该通信服务不可用。如果可用性是这些要求之一，则遵循以下规则：如果在指定的时间内（该时间至少是允许的最大端到端延迟和生存时间的总和）未收到预期消息，则认为系统不可用。生存时间ms选填(确定性通信业务填写)工业应用在没有收到预期消息的情况下可以继续运行的最大时间，单位：ms传输周期ms选填（周期性通信业务）工业应用传输周期性应用数据的时间间隔，单位：ms注：仅当工业应用数据包以固定的传输间隔发送时填写。应 用 数 据量Byte选填该通信关系中，要求传输的应用数据量，单位：Byte注：1)周期性通信业务中，表示应用数据包在传输周期内发送的数据量。2）非周期性通信业务中，表示单次业务传输的数据量。E2E 最 大时延ms选填应用数据量从源端传输到目的端可允许的最大传输时长，单位：ms注：1、在不影响工业应用时能容忍的最大传输时长；2、E2E 时延都是指 2 个通信端口的单向时延；3、双端无线时，E2E 最大时延为经过 2 次 5GS 的时延，单端无线13时，E2E 时延为经过 1 次 5GS 的时延。最 大 应 用数据量MBytes选填(非确定性业务填写)每秒内业务要求的最大应用数据量。注：1、没有固定传输周期和应用数据量的业务填写,如视频、图片、文件等 2、双向通信时，若上下行要求不一样，需区分上行和下行需求给出。最 小 应 用数据量MBytes选填(非确定性业务填写)每秒内业务要求的最小应用数据量。注：1、没有固定传输周期和应用数据量的业务填写,如视频、图片、文件等。2、双向通信时，若上下行要求不一样，需区分上行和下行需求给出。通 信 关 系2通 信 关 系标识 2/必填递增、唯一性通 信 关 系名称/必填所属行业中应用场景的业务类型对应的细分业务名称。例如：远程设备操控中的视频监控.（二）网络（二）网络 SLA 需求映射需求映射基于业务需求，为了将其映射为业务对网络的 SLA 需求，应将基于表 2 形成的“工业应用场景分析表”映射为基于表 3 形成的“工业蜂窝网络通信需求表”。两个表格在映射时应整体遵循以下原则：a)区域网络可用度：表 1 区域网络设备故障的年中断时间要求映射为网络可用度，网络可用度=1-中断时间要求/总运行时间b)针对确定性周期性业务：表 2 中的应用数据量、E2E 最大时延映射为表 3 中的单个通信关系的用户速率。用户速率（Mbps）=max（应用数据量*8*（1000/传输周期）,（应用数据量*8/（E2E 最大时延/1000）表 2 中的业务可用性、生存时间、传输周期组合映射为表 3 中的单个通信关系的可靠性。可靠性=1 14生存时间传输周期+11 业务可用性（对业务可靠性有要求时填写）（参照 3GPP TS 22.104）表 2 中的 E2E 最大时延映射为表 3 中的单个通信关系的时延要求。c)针对确定性非周期业务：表 2 中的应用数据量和 E2E 最大时延映射为表 3 中的单个通信关系的用户速率。用户速率（Mbps）=（应用数据量*8/（E2E 最大时延/1000）表 2 中的 E2E 最大时延映射为表 3 中的单个通信关系的时延要求。d)针对非确定性业务：表 2 中的 E2E 最大时延和最大/小应用数据量映射为表 5 中的单个通信关系的最大/小用户速率。用户速率（Mbps）=（最大/最小应用数据量*8/（E2E 最大时延/1000）e)其他映射关系：表 2 中的定位准确度映射为表 3 中的定位准确度表 2 中的时钟同步精度映射为表 3 中的时钟同步精度。表 3网络 SLA 需求模板关注项具体信息单位必要性说明业务区域名称工业应用所在的工作区域，举例：不同分厂、不同厂房、不同车间。基于不同区域进行信息填写。网络可用度网络隔离要求场景名称工业应用场景中应用的名称，和表1中场景名称对应场景描述工业应用场景描述信息通信关系标识1通信关系标识/必填递增、唯一性通信关系名称/必填所属行业中应用场景的业务类型对应的细分业务名称。例如：远程设备操控中的视频监控终端设备信息工业应用场景中，当前分析的蜂窝终端设备名称及信息终端数量和终端设备信息中所列设备具有相同通信15关系的终端数移动类型/选填工业设备的运动类型：静止、自由移动、区域限制移动、游牧移动移动速率km/h选填能够自由移动或区域限制移动的设备所移动的速度无线组网类型/必填无线组网方式，单端无线、双端无线。业务方向必填从行业终端视角描述业务流的方向，注：双向或单向。注：1、双向代表业务需要应答，单向代表业务不需要应答。2、无线组网为单端无线，补充描述基于终端视角的业务发起和应答方向，如上行发送&下行响应。业务特征/必填该通信关系的业务特征，例如：确定性周期性通信、确定性非周期性通信、非确定通信。定位准确度m选填工业蜂窝终端测量位置与其真实位置值的偏差，包括水平定位准确度和垂直定位准确度，单位：m时钟同步精度s选填终端设备有时间同步精度要求的通信关系时填写，单位：s业务特征确定性周期性业务、确定性非周期性业务、非确定性业务用户速率Mbps选填确定性周期业务的时刻最小保障用户速率；确定性非周期业务的瞬时最小保障用户速率；通信关系中，若上下行要求不一样，需区分上行和下行需求给出，若不区分，则默认上下行需求一样。时延ms选填确定性业务的最低时延要求；注：双端无线，则时延代表的为RTT时延，单端无线时延代表的为OTT时延。可靠性/选填确定性业务的网络包可靠性要求；单用户峰值速率Mbps选填1、非确定性业务传输所要求的最大传输速率，单位Mbps；2、通信关系中，若上下行要求不一样，需区分上行和下行需求给出，若不区分，则默认上下行需求一样。单用户最低速率Mbps选填1、非确定性业务传输所要求的最小传输速率，单位Mbps；2、通信关系中，若上下行要求不一样，需区分上行和下行需求给出，若不区分，则默认上下行需求一样。通信关系标识2对于单个终端能力要求：该终端设备的用户速率要求为各通信关系的用户速率加和。该终端设备的时延可靠性要求为该终端涉及的最高时延可靠性要求。对于区域网络能力要求：16区域网络的总速率要求为各通信关系的用户速率加和。区域网络的最低时延可靠性要求为该区域涉及的最高时延可靠性要求。注：1）实际网络要求需考虑非周期业务的并发概率。本文主要通过模板收集行业应用场景的网络需求。2）将无法给出行业需求时，可直接按照网络 SLA 需求模板给出网络需求。（三）网络（三）网络 SLA 需求能力等级汇总需求能力等级汇总网络网络 SLASLA 指标指标/SL/SLA A等级等级网络可用度网络隔离时延可靠性上 行 用 户速率下 行 用 户速率定位准确度时 钟 同 步精度区域 1场景 1-通信标识 1场景 1-通信标识 2场景 2-通信标识 1.四、典型场景业务 SLA 需求到网络 SLA 需求过程示例不同行业的属性和场景需求不一样，需要梳理出可复制、规模化应用的场景，如“5G+机器识别、5G+AGV 物流、5G+数据采集/工厂远程控制”，通过对基于行业、场景的业务需求到网络 SLA 需求的映射和等级划分，从而明确 5G 网络面向行业服务、端到端的保障能力标准。（一）柔性生产制造（一）柔性生产制造场景描述：数控机床和其他自动化工艺设备、物料自动储运设备通过内置 5G 模组或部署 5G 网关等设备接入 5G 网络，实现设备连接无线化，大幅减少网线布放成本、缩短生产线调整时间。通过 5G17网络与多接入边缘计算（MEC）系统结合，部署柔性生产制造应用，满足工厂在柔性生产制造过程中对实时控制、数据集成与互操作、安全与隐私保护等方面的关键需求，支持生产线根据生产要求进行快速重构，实现同一条生产线根据市场对不同产品的需求进行快速配置优化。同时，柔性生产相关应用可与企业资源计划（ERP）、制造执行系统（MES）、仓储物流管理系统（WMS）等系统相结合，将用户需求、产品信息、设备信息、生产计划等信息进行实时分析、处理，动态制定最优生产方案。1.行业业务场景需求表 1工业业务场景分析模板关注项装备制造煤化工石油炼化场景名称5G 云化 PLC闭环控制场景描述基于工业 OS 打造的 5G 云化PLC 技术应用，以减少现场PLC 或者 DCS 控制器的数量，减少空间占用，降低生产和维护成本为目标。应用系统选用远程 IO 模块，实现 IO系统配置的模块化，利用总线通讯，大大减少了现场复杂的走线。闭环控制是流程工业中最核心的控制机制，通过在不同装置或过程安装传感器（或变送器），控制器可以及时感知过程状态，并根据预设工艺算法对生产过程进行优化并进行安全可靠的控制通信关系标识1通信关系名称5G 云化 PLC远程控制中的云PLC 实时逻辑控制分布式控制终端设备信息5G 网关移远 RG200U-CN控制器远程 IO终端数量20500100无线组网类型单端无线单端无线单端无线业务方向双向双向双向(下行请求上行响应)业务特征确定性周期性通信确定性周期通信确定性周期性通信时 钟 同 步 精 度(s)10000业务可用性99.9%99.9999%99.9999%生存时间(ms)100/100传输周期(ms)3102(总线周期 200)应 用 数 据 量(Byte)1001M30E2E 最 大 时 延20202018(ms)2.网络 SLA 需求表 2网络 SLA 需求模板关注项装备制造煤化工石油炼化业务区域名称网络可用度99.999%99.999%(SLA4)网络隔离要求物理隔离物理隔离物理隔离(SLA2)场景名称5G 云化 PLC云化 PLC 的业务场景闭环控制场景描述基于工业 OS 打造的 5G 云化 PLC 技术应用，以减少现场 PLC 或者 DCS 控制器的数量，减少空间占用，降低生产和维护成本为目标。应用系统选用远程 IO 模块，实现IO 系统配置的模块化，利用总线通讯，大大减少了现场复杂的走线。园区数据采集、数字化工厂协同控制、本地PLC 云边协同辅助计算通信关系标识1通信关系名称5G 云化 PLC远程控制种的云 PLC 实时逻辑控制分布式控制终端设备信息5G 网关和控制器移远 RG200U-CN控制器远程 IO终端数量20500100无线组网类型单端无线单端无线单端无线业务方向双向双向双向业务特征确定性周期性通信确定性周期通信确定性周期性通信时钟同步精度(s)10000用户速率(Mbps)2（SLA1）10（SLA1）1.5（SLA1）时延(ms)20（SLA2）20（SLA3）20（SLA3）可靠性99.9%（SLA2）99.999%（SLA4）99.999%（SLA4）（二）机器视觉质检（二）机器视觉质检场景描述：在生产现场部署工业相机或激光器扫描仪等质检终端，通过内嵌 5G 模组或部署 5G 网关等设备，实现工业相机或激光扫描仪的 5G 网络接入，实时拍摄产品质量的高清图像，通过 5G 网络传输至部署在 MEC 上的专家系统，专家系统基于人工智能算法模型进行实时分析，对比系统中的规则或模型要求，判断物料或产品是否合格，实现缺陷实时检测与自动报警，并有效记录瑕疵信息，19为质量溯源提供数据基础。同时，专家系统可进一步将数据聚合，上传到企业质量检测系统，根据周期数据流完成模型迭代，通过网络实现模型的多生产线共享。机器视觉质检，主要是通过工业相机等实时拍摄数据通过 5G 网络上传到 MEC。1.行业业务场景需求表 1工业业务场景分析模板关注项飞机飞机大部件船舶工业材料场 景 名称飞机复合材料自动铺丝在线检测8K 超高分辨率飞机大部件表面缺陷检测船用钢板麻点检测机器视觉材料检测场 景 描述通过 5G+工业相机实现铺丝在线本地检测，同时上传云端系统。通过 5G+工业相机实现大部件表现缺陷在线本地检测，同时上传云端系统。使 用 标 准 3D相机采集钢板图像，实现钢板表面全检。通过工业相机对材料表面进行检测，将 5G 技术和机器视觉技术相结合，实现材料异常色差、缝隙、多余物在线检测的场景。通 信 关系标识1/21/2/311/2通 信 关系名称机器视觉质检飞机复合材料自动铺丝在线检测机器视觉质检-8K 超高分辨率飞机大部件表面缺陷检测机 器 视 觉 质检船用钢板麻点的高精度 3D 检测机器视觉质检-机器视觉材料检测终 端 设备信息高速 3D 相机/黑白 2D相机黑白相机/深度相机/彩色相机3D 工业相机1080P 相机/黑白相机终 端 数量1/11/1/3242/1移 动 类型静止区域限制移动静止静止移 动 速率(km/h)无 线 组网类型单端无线单端无线单端无线单端无线业 务 方向单向（上行）单向（上行）单向（上行）单向（上行）业 务 特征确定性周期性通信确定性周期性通信确定性周期性通信确定性周期性通信传 输 周期(ms)1s*1000=1000ms22s*1000=22000ms500ms1s*1000=1000ms应 用 数据量(Byte)3.9Mbyte(每秒采集数据量约为 39MByte，若采用 10:1 图像压缩处 理 后，传 输 数 据量)/5Mbyte（每秒采集 数 据 量 为：50MByte34.8 Mbyte(原始数据量为：174MByte，此处假设采用 5:1 无损压缩处理)/4.8Mbyte(原始 数据量为：24MByte此处假设采用 5:1 无损4MByte(压 缩处理后)4Mbyte/2MByte20若采用 10:1 图像压缩处理，传输数据量）压缩处理)/216Mbyte(数据 量为：1080MByte此处假设采用 5:1 无损压缩处理)2.网络 SLA 需求表 2网络 SLA 需求模板关注项飞机飞机大部件船舶工业材料场景名称飞机复合材料自动铺丝在线检测8K 超高分辨率飞机大部件表面缺陷检测船用钢板麻点检测机器视觉材料检测场景描述通过 5G+工业相机实现铺丝在线本地检测，同时上传云端系统。通过 5G+工业相机实现大部件表现缺陷在线本地检测，同时上传云端系统使用标准 3D相机采集钢板图像，实现钢板表面全检。通过工业相机对材料表面进行检测，将 5G 技术和机器视觉技术相结合，实现材料异常色差、缝隙、多余物在线检测的场景。通信关系标识1/21/2/311/2通信关系名称机器视觉质检飞机复合材料自动铺丝在线检测机器视觉质检-8K 超高分辨率飞机大部件表面缺陷检测使用标准 3D相机采集钢板图像，实现钢板表面全检。机器视觉质检-机器视觉材料检测终端设备信息高速 3D 相机/黑白 2D 相机黑白相机/深度相机/彩色相机3D 工业相机1080P 相机/黑白相机终端数量1/11/1/3242/1移动类型静止区域限制移动静止移动速率(km/h)/无线组网类型单端无线单端无线单端无线单端无线业务方向单向（上行）单向（上行）单向（上行）单向（上行）业务特征确定性周期性通信确定性周期性通信确定性周期性通信确定性周期性通信用户速率(Mbps)31.2/40（单个通信关系：SLA1）12.65/1.75/78.55（单个通信关系：SLA1/SLA2）70（单个通信关系：SLA2）32/16（单个通信关系：SLA1）（三）网络（三）网络 SLA 需求示例总结需求示例总结网络网络 SLASLA 指标指标场景场景 1:1:柔性生产制造柔性生产制造场景 2：机器视觉机器视觉(有图像压缩)装备制造石油炼化高速 3D 相机(飞机复合材料)/1080P 相机(材料检测)8K(飞机大部件)/3D工业相机（船舶）网络可用度99.999%SLA4网络隔离物理隔离物理隔离21SLA2SLA2上行用户速率(单通信关系)10M12M40M80M 左右SLA1SLA1SLA2下行用户速率10MSLA1时延可靠性20ms99.9%20ms99.999%SLA3SLA4五、总结和展望本白皮书通过标准、业界、行业的分析，总结 5G+工业互联网中的行业对网络的需求，1）给出归一化的六大 SLA 指标项和指标定义，包括时延可靠性、网络可用度、用户速率、定位准确度、时钟同步精度、网络隔离；2）同时基于 5G 网络能力和行业场景，将 5G网络 SLA 指标能力分级为 5 个等级，不同的行业需求应用到不同等级；3）建立业务需求到网络需求描述模板和转译方法，并基于场景举例。通过将本白皮书内容应用于 5G+工业互联网项目中，可以有效指导行业企业、行业解决方案提供商、运营商、通信设备商对行业场景、网络需求联合分析输出 5G 网络 SLA 需求，支持行业/应用批量复制。后续需进一步研究，5G 网络 SLA 分级能力如何保障，即 5G 网络通过哪些不同的方案来保障网络 SLA 不同的分级能力。5G 网络通过分级 SLA 保障，可快速建网和保障，从而利于 5G 应用和商用快速发展。附录：相关术语（一）（一）通信通信服务可用性服务可用性和可靠性和可靠性通信服务可用性：根据商定的 QoS 交付端到端通信服务的时间量除以在特定区域中根据规范预期交付端到端服务的时间量的百分比值。（3GPP TS 22.261）22注：“端到端”中的端点假定为通信服务接口。注：如果通信服务不满足相关的 QoS 要求，则认为该通信服务不可用。如果可用性是这些要求之一，则遵循以下规则：如果在指定的时间内（该时间至少是允许的最大端到端延迟和生存时间的总和）未收到预期消息，则认为系统不可用。1.术语澄清可用性和可靠性在 3GPP 和垂直行业中都使用，但含义不同。通信服务可用性解决了通信服务的可用性。此定义遵循垂直标准 IEC61907。另一方面，可靠性是 3GPP 术语，涉及通信网络的可用性。对于移动网络，这两个术语的关系如图所示。如图所示，可靠性涵盖两个节点（此处为端节点）之间的通信相关性，而通信服务可用性涵盖两个通信服务接口之间的通信相关性。换言之，这两个概念之间的差距是通信接口。这看起来可能是一个小的差别，但是这种差别可能导致可靠性和通信服务可用性具有不同值的情况。示例：流量“卡住”相关场景如图所示。23图：通信服务可用性和可靠性具有不同值的示例。报文从通信服务接口图：通信服务可用性和可靠性具有不同值的示例。报文从通信服务接口 A A 可靠地传输到端节点可靠地传输到端节点 B B，但，但在通信服务接口在通信服务接口