5G背景下石化企業(yè)窄帶對講存在的必要性研究

鄭穎

[摘? ? 要]石油和化學(xué)工業(yè)是我國重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)、支柱產(chǎn)業(yè)。危險化學(xué)品領(lǐng)域重特大事故多發(fā)，安全生產(chǎn)仍處于爬坡過坎、攻堅克難的關(guān)鍵時期。作為流程工業(yè)，在危險化學(xué)品領(lǐng)域推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）等新一代信息技術(shù)與安全管理深度融合，是推進(jìn)危險化學(xué)品安全治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要戰(zhàn)略選擇。5G通信技術(shù)發(fā)展迅猛，對于推動流程工業(yè)自動化領(lǐng)域十分重要，與此同時傳統(tǒng)窄帶對講技術(shù)作為一項穩(wěn)定的技術(shù)是否意味著被淘汰？是否能夠相輔相成融合發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]5G;自動化;公網(wǎng);窄帶專網(wǎng)對講

[中圖分類號]F272.92 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）04–00–03

Research on the Necessity of Narrow-band Intercom of Petrochemical?Enterprises under the background of 5G

Zheng Ying

[Abstract]Petroleum and chemical industry are important basic industries and pillar industries in China.In the field of hazardous chemicals， production safety is still in a critical period of overcoming obstacles and overcoming difficulties.As a process industry， in the field of hazardous chemicals industrial Internet， big data， artificial intelligence （AI） and a new generation of information technology and safety management depth fusion， is to promote the modernization of dangerous chemicals safety management system and management ability of important strategic choice， 5G communication technology developing rapidly， is very important to promote process industry automation， at the same time traditional narrow belt intercom technology as a stable and reliable old technology means eliminated？Whether it can complement each other and integrate the development.

[Keywords]5G; automation; public network; narrow-band private network intercom

近年來，“5G+智能工廠、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造”在石油化工行業(yè)不斷被提及，作為國家戰(zhàn)略，在十四五期間也是重要工業(yè)目標(biāo)。作為基礎(chǔ)設(shè)施的無線通信系統(tǒng)，也是工業(yè)自動化十分重要的一個環(huán)節(jié)。隨著5G的不斷推廣，其“高帶寬、低時延、廣連接”的特性為人們所熟知，5G在鎮(zhèn)海煉化、惠州煉化、海南煉化、北海煉化等大型企業(yè)均得到了應(yīng)用，從語音的需求角度無線通信到底走5G還是繼續(xù)沿用之前的窄帶對講？目前已經(jīng)使用5G的企業(yè)是否已經(jīng)切換了傳統(tǒng)的窄帶對講？筆者做了思考，5G應(yīng)用不在文章討論的范圍之內(nèi)。

1 公網(wǎng)的現(xiàn)狀

石油和化學(xué)工業(yè)是我國重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)、支柱產(chǎn)業(yè)，化學(xué)品產(chǎn)值約占全球的40 %。同時，危險化學(xué)品領(lǐng)域重特大事故多發(fā)，安全生產(chǎn)仍處于爬坡過坎、攻堅克難的關(guān)鍵時期。作為流程工業(yè)，在危險化學(xué)品領(lǐng)域推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）等新一代信息技術(shù)與安全管理深度融合，是推進(jìn)危險化學(xué)品安全治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要戰(zhàn)略選擇，對于推進(jìn)危險化學(xué)品安全管理數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，高效推動質(zhì)量變革、效率變革、動力變革，具有十分積極的意義。當(dāng)前工業(yè)自動化領(lǐng)域也在伴隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展而不斷變化，全球移動通信以第四代移動通信技術(shù)（4th Generation—4G）為主流技術(shù)體制，仍然保留了部分2G、3G網(wǎng)絡(luò)，中國、美國、韓國等少數(shù)先發(fā)國家已經(jīng)頒發(fā)牌照，著手建設(shè)第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)（5G）。我國移動通信事業(yè)的超速發(fā)展，正如中國改革開放四十年歷史變遷的一個縮影，劃出一條1G空白、2G跟隨、3G突破、4G同步、5G引領(lǐng)的壯麗軌跡。

2013年12月中國工業(yè)和信息化部向中國移動、中國電信和中國聯(lián)通頒發(fā)4G牌照，拉開中國4G建設(shè)的序幕。截至2018年，中國移動、中國聯(lián)通、中國電信三大運營商已建設(shè)4G基站總數(shù)372萬個，4G用戶總數(shù)達(dá)到11.7億戶，普及率接近84 %，是全球規(guī)模最大的4G網(wǎng)絡(luò)，4G信號覆蓋全國所有城市、區(qū)縣和98 %的行政村，信號覆蓋效果有口皆碑，帶動了國民經(jīng)濟增長、推動了社會進(jìn)步。

早在2009年，中國就開展了5G研究，以華為、中興、中國移動公司為代表的多家設(shè)備商、運營商積極參與國際移動通信標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP組織的5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究，截至2019年5月，在全球20多家企業(yè)的5G標(biāo)準(zhǔn)必要專利聲明中，我國企業(yè)占比超過30 %，位居首位。2016年11月，在美國內(nèi)華達(dá)州里諾舉行的3GPP RAN1#87會議上，華為公司主導(dǎo)提出的信道編碼方案Polar碼（極化碼）經(jīng)全體代表一致同意，成為5G eMBB（增強移動寬帶）場景的控制信道編碼方案。2019年6月6日，比預(yù)計時間提前1年，中國工業(yè)和信息化部向中國移動、中國電信、中國聯(lián)通和中國廣播電視網(wǎng)絡(luò)有限公司4家公司頒發(fā)5G牌照，中國成為全球首批發(fā)放5G牌照的國家之一，正式進(jìn)入5G時代。82D3E5E1-2306-4B5A-985C-E14DA19C1234

2 公網(wǎng)與專網(wǎng)的區(qū)別

經(jīng)過長期發(fā)展，移動通信分化形成公眾移動通信和專用移動通信兩大陣營。公眾移動通信網(wǎng)絡(luò)（簡稱“公網(wǎng)”）主要服務(wù)于社會公眾用戶，專用移動通信網(wǎng)絡(luò)（簡稱“專網(wǎng)”）主要服務(wù)于特定行業(yè)、團體或部門（不包括軍隊），類似于互聯(lián)網(wǎng)與局域?qū)＞W(wǎng)的關(guān)系。兩者具有本質(zhì)區(qū)別，彼此無法取代，又相互補充（表1）。

3 窄帶專網(wǎng)對講的必要性

5G與3G、4G的一個重要區(qū)別在于用戶體驗首次作為系統(tǒng)的核心，在5G時代，重要的不再是速度，而是提供更多的應(yīng)用和服務(wù)體驗。5G吸收了很多專網(wǎng)建設(shè)的思想，在設(shè)計初衷中即將專網(wǎng)納入其中，期望做到公網(wǎng)、專網(wǎng)一網(wǎng)打盡，為此誕生了虛擬專網(wǎng)（依托網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)）、混合專網(wǎng)（核心網(wǎng)UPF功能實體下沉）、獨立專網(wǎng)（輕量級5GC）3種2B的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式。為此，有些專網(wǎng)業(yè)內(nèi)人士和外界朋友認(rèn)為，各垂直行業(yè)借助5G的網(wǎng)絡(luò)功能，可以解決專網(wǎng)的一切問題，從此以后不必再建設(shè)窄帶專網(wǎng)，窄帶專網(wǎng)已經(jīng)可以退出歷史舞臺。

然而，實際上，公眾移動通信每一次升級換代，都引發(fā)窄帶專網(wǎng)是否有必要繼續(xù)存在的大討論。以公共安全行業(yè)為例，在2G手機剛開始出現(xiàn)時，有的一線工作人員被新鮮到手的手機打動，覺得手機多方便，信號覆蓋好、體積小、比對講機便宜，何必自己再花錢建設(shè)窄帶專網(wǎng)？3G、4G投入商用時都引發(fā)過這類爭辯，在4G初期，這種觀點一度占了上風(fēng)。這些想法在當(dāng)時確實對窄帶專網(wǎng)的發(fā)展造成一些沖擊，但是，經(jīng)過深入、充分的思考、交流和驗證，每一次都是贊成窄帶專網(wǎng)的認(rèn)識取得勝利并付諸實施。

之所以每一次討論之后，都取得堅持建設(shè)窄帶專網(wǎng)的共識，是因為公網(wǎng)的建網(wǎng)原則、組呼、優(yōu)先級等功能設(shè)置、響應(yīng)時間不能滿足石油化工行業(yè)工作需要，更因為公網(wǎng)有兩個問題始終無法解決，即擁塞和信號屏蔽。在自動化領(lǐng)域，突發(fā)事件現(xiàn)場公共網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常出現(xiàn)業(yè)務(wù)量飆升、網(wǎng)絡(luò)擁塞的問題;公網(wǎng)4G信號屏蔽已成為各級政府處理重大事件（爆恐襲擊、有組織犯罪）的常態(tài)手段。這兩種事態(tài)下如果沒有窄帶專網(wǎng)，一線工作人員的通信中斷，后果將不堪設(shè)想。這兩個問題是窄帶專網(wǎng)的核心問題，是窄帶專網(wǎng)存在的重要意義。

如今，5G已經(jīng)到來，工業(yè)自動化領(lǐng)域是否還要建設(shè)窄帶專網(wǎng)？

業(yè)界認(rèn)為：窄帶專網(wǎng)的三大特性公網(wǎng)難以滿足，分別是網(wǎng)絡(luò)自主可控性、通信安全更有保障、延時可控。這三大特性是窄帶專網(wǎng)存在的必要條件，也是專網(wǎng)難以被公網(wǎng)完全取代的重要因素。

（1）5G本身還不夠成熟。3GPP在2018年完成了Release 15標(biāo)準(zhǔn)，主要針對eMBB;進(jìn)一步滿足uRLLC需求的Release16預(yù)計在2019年底前凍結(jié)，mMTC則更加靠后，基于5G NR的mMTC，以及支持關(guān)鍵任務(wù)業(yè)務(wù)的5G組播技術(shù)，最早預(yù)計在2021年（R17）才會標(biāo)準(zhǔn)化。全球范圍看，未來幾年運營商的5G運營，都將以提供eMBB業(yè)務(wù)為主。

（2）NSA（Non-Standalone，非獨立組網(wǎng)）模式以其部署速度快，利于首發(fā)和網(wǎng)絡(luò)體驗好的優(yōu)勢，成為眾多運營商初期部署的首選，而為垂直行業(yè)提供5G新業(yè)務(wù)的切片技術(shù)需要演進(jìn)到SA（Standalone，獨立組網(wǎng)）模式才能支持。演進(jìn)到SA模式面臨著技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度等多方面困難，為5G支持垂直行業(yè)帶來較大的變數(shù)。

（3）在實際建設(shè)中，三大運營商切入垂直行業(yè)會遇到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：一方面，邊緣計算、網(wǎng)絡(luò)切片等沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，不同廠家的設(shè)備、網(wǎng)管系統(tǒng)難以實現(xiàn)互聯(lián)互通;另一方面，垂直行業(yè)的需求極其復(fù)雜、個性化、碎片化和模糊化，各行業(yè)、企業(yè)、組織的標(biāo)準(zhǔn)眾多，運營商并不熟悉，因5G而成為“專網(wǎng)運營商”，并不能很好地將網(wǎng)絡(luò)能力與行業(yè)需求深度融合。在商業(yè)模式、收費模式與運營模式等方面，需要設(shè)備供應(yīng)商、運營商、業(yè)務(wù)提供商和客戶進(jìn)行長期摸索。

（4）與公網(wǎng)相比，窄帶對講經(jīng)過長期考驗，在安全性、專業(yè)性、可靠性（QoS）、抗毀性等方面具備獨特優(yōu)勢。窄帶專網(wǎng)對講的接續(xù)時間更短，指揮調(diào)度能力更強，系統(tǒng)定制化水平更高，在石油化工企業(yè)也是用戶一直以來最基本、最可靠的通信系統(tǒng)，關(guān)鍵時刻可以達(dá)到“救命”的作用，在出現(xiàn)爆炸或者人為破壞的情況下，公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可能已被破壞，無法提供正常服務(wù)，此時無線專網(wǎng)即使在回傳鏈路失效場景下，仍然能夠通過故障弱化模式和脫網(wǎng)直通模式為行業(yè)用戶提供服務(wù)，還可通過基站自組網(wǎng)實現(xiàn)多基站的互聯(lián)互通。

（5）在網(wǎng)絡(luò)擁塞情況下，現(xiàn)有的5G切片技術(shù)仍不能解決大量普通公眾用戶與行業(yè)用戶同時接入導(dǎo)致的隨機接入擁塞的問題，存在專網(wǎng)客戶無法接入網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險。5G同樣存在應(yīng)急事態(tài)下政府人為屏蔽信號的可能。

另外窄帶專網(wǎng)還有大區(qū)制的特點，一個基站基本上全廠可以覆蓋，相比之下5G的投資較大，基站數(shù)量多，且石油化工企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)裝置防爆區(qū)較多，不可避免會存在防爆區(qū)內(nèi)設(shè)置基站的情況，設(shè)備能否滿足防爆要求？同時防爆型設(shè)備的成本也比普通型設(shè)備高出較多，其經(jīng)濟性需要根據(jù)企業(yè)實際情況確定。

在國內(nèi)幾家已經(jīng)嘗試使用5G的石油化工企業(yè)中，目前均保留了傳統(tǒng)窄帶對講的使用，應(yīng)急事件以及開車試車情況下，一呼百應(yīng)、呼叫及時性、快速性目前仍然是5G無法比擬的。除此之外，目前的5G防爆終端基本上是由傳統(tǒng)手機改動而來的，無法滿足工業(yè)環(huán)境下的使用要求，存在聲音小、待機時間短、抗腐蝕差、易損壞的缺點，這也是5G手持機與傳統(tǒng)對講機無法替代的。用戶更希望使用5G手機和對講機二合一的雙模智能終端，用5G去進(jìn)行業(yè)務(wù)應(yīng)用，窄帶對講進(jìn)行日常語音調(diào)度。

在整個專網(wǎng)發(fā)展過程中，寬帶化是必然趨勢，但寬帶與窄帶并非是完全替代的對立關(guān)系，而是互補關(guān)系，即未來的專網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)一定是多種通信體制互為備份的建設(shè)模式。因此，面對5G時代的新形勢，為確保用戶在關(guān)鍵任務(wù)和應(yīng)急事態(tài)下快速反應(yīng)、指揮通暢、高效處置，很明顯堅定不移建設(shè)專網(wǎng)，走寬窄融合、公專結(jié)合、天地一體、協(xié)同互通的發(fā)展道路才是正確的方向，傳統(tǒng)窄帶對講機在未來仍然在石油化工企業(yè)日常生產(chǎn)指揮調(diào)度中占有一席之地。

4 結(jié)束語

以新時代中國特色社會主義思想為指導(dǎo)，全面貫徹落實習(xí)近平總書記關(guān)于推進(jìn)應(yīng)急管理體系和能力現(xiàn)代化、建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強國、數(shù)字中國和加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展等重要指示批示精神，立足新發(fā)展階段、貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局，把危險化學(xué)品安全擺在防范化解重大風(fēng)險的突出位置，牢固樹立安全發(fā)展理念，堅持人民至上、生命至上，推進(jìn)新一代信息技術(shù)和危險化學(xué)品安全生產(chǎn)深度融合，實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級，強化安全生產(chǎn)基礎(chǔ)和技術(shù)創(chuàng)新能力，構(gòu)建“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+?；踩a(chǎn)”技術(shù)體系和應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)，提升安全生產(chǎn)風(fēng)險感知評估、監(jiān)測預(yù)警和響應(yīng)處置能力，排查化解潛在風(fēng)險，牢牢守住不發(fā)生系統(tǒng)性風(fēng)險的底線，為促進(jìn)企業(yè)和監(jiān)管部門安全管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型賦能。

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+?；踩a(chǎn)”整體架構(gòu)設(shè)計上，不遺余力發(fā)揮傳統(tǒng)窄帶對講的優(yōu)勢，按照自動化感知層、企業(yè)層、園區(qū)層、政府層“多層布局、三級聯(lián)動”的思路，推動自動化企業(yè)、園區(qū)、行業(yè)、政府各主體多級協(xié)同、縱向貫通，覆蓋危險化學(xué)品生產(chǎn)、儲存、使用、經(jīng)營、運輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)，實現(xiàn)全要素、全價值橫向一體化。

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