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]石油和化學工業(yè)是我國重要的基礎產業(yè)、支柱產業(yè)。危險化學品領域重特大事故多發(fā)，安全生產仍處于爬坡過坎、攻堅克難的關鍵時期。作為流程工業(yè)，在危險化學品領域推動工業(yè)互聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）等新一代信息技術與安全管理深度融合，是推進危險化學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通信技術發(fā)展迅猛，對于推動流程工業(yè)自動化領域十分重要，與此同時傳統(tǒng)窄帶對講技術作為一項穩(wěn)定的技術是否意味著被淘汰？是否能夠相輔相成融合發(fā)展。

[關鍵詞]5G;自動化;公網;窄帶專網對講

[中圖分類號]F272.92 [文獻標志碼]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、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。作為基礎設施的無線通信系統(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？目前已經使用5G的企業(yè)是否已經切換了傳統(tǒng)的窄帶對講？筆者做了思考，5G應用不在文章討論的范圍之內。

1 公網的現(xiàn)狀

石油和化學工業(yè)是我國重要的基礎產業(yè)、支柱產業(yè)，化學品產值約占全球的40 %。同時，危險化學品領域重特大事故多發(fā)，安全生產仍處于爬坡過坎、攻堅克難的關鍵時期。作為流程工業(yè)，在危險化學品領域推動工業(yè)互聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）等新一代信息技術與安全管理深度融合，是推進危險化學品安全治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要戰(zhàn)略選擇，對于推進危險化學品安全管理數(shù)字化、網絡化、智能化，高效推動質量變革、效率變革、動力變革，具有十分積極的意義。當前工業(yè)自動化領域也在伴隨著移動通信技術的發(fā)展而不斷變化，全球移動通信以第四代移動通信技術（4th Generation—4G）為主流技術體制，仍然保留了部分2G、3G網絡，中國、美國、韓國等少數(shù)先發(fā)國家已經頒發(fā)牌照，著手建設第五代移動通信網絡（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4G基站總數(shù)372萬個，4G用戶總數(shù)達到11.7億戶，普及率接近84 %，是全球規(guī)模最大的4G網絡，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，帶動了國民經濟增長、推動了社會進步。

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備商、運營商積極參與國際移動通信標準化組織3GPP組織的5G技術標準的研究，截至2019年5月，在全球20多家企業(yè)的5G標準必要專利聲明中，我國企業(yè)占比超過30 %，位居首位。2016年11月，在美國內華達州里諾舉行的3GPP RAN1#87會議上，華為公司主導提出的信道編碼方案Polar碼（極化碼）經全體代表一致同意，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絡有限公司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，正式進入5G時代。82D3E5E1-2306-4B5A-985C-E14DA19C1234

2 公網與專網的區(qū)別

經過長期發(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。公眾移動通信網絡（簡稱“公網”）主要服務于社會公眾用戶，專用移動通信網絡（簡稱“專網”）主要服務于特定行業(yè)、團體或部門（不包括軍隊），類似于互聯(lián)網與局域專網的關系。兩者具有本質區(qū)別，彼此無法取代，又相互補充（表1）。

3 窄帶專網對講的必要性

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，而是提供更多的應用和服務體驗。5G吸收了很多專網建設的思想，在設計初衷中即將專網納入其中，期望做到公網、專網一網打盡，為此誕生了虛擬專網（依托網絡切片技術）、混合專網（核心網UPF功能實體下沉）、獨立專網（輕量級5GC）3種2B的網絡建設模式。為此，有些專網業(yè)內人士和外界朋友認為，各垂直行業(yè)借助5G的網絡功能，可以解決專網的一切問題，從此以后不必再建設窄帶專網，窄帶專網已經可以退出歷史舞臺。

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窄帶專網？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。這些想法在當時確實對窄帶專網的發(fā)展造成一些沖擊，但是，經過深入、充分的思考、交流和驗證，每一次都是贊成窄帶專網的認識取得勝利并付諸實施。

之所以每一次討論之后，都取得堅持建設窄帶專網的共識，是因為公網的建網原則、組呼、優(yōu)先級等功能設置、響應時間不能滿足石油化工行業(yè)工作需要，更因為公網有兩個問題始終無法解決，即擁塞和信號屏蔽。在自動化領域，突發(fā)事件現(xiàn)場公共網絡中經常出現(xiàn)業(yè)務量飆升、網絡擁塞的問題;公網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，一線工作人員的通信中斷，后果將不堪設想。這兩個問題是窄帶專網的核心問題，是窄帶專網存在的重要意義。

如今，5G已經到來，工業(yè)自動化領域是否還要建設窄帶專網？

業(yè)界認為：窄帶專網的三大特性公網難以滿足，分別是網絡自主可控性、通信安全更有保障、延時可控。這三大特性是窄帶專網存在的必要條件，也是專網難以被公網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標準，主要針對eMBB;進一步滿足uRLLC需求的Release16預計在2019年底前凍結，mMTC則更加靠后，基于5G NR的mMTC，以及支持關鍵任務業(yè)務的5G組播技術，最早預計在2021年（R17）才會標準化。全球范圍看，未來幾年運營商的5G運營，都將以提供eMBB業(yè)務為主。

（2）NSA（Non-Standalone，非獨立組網）模式以其部署速度快，利于首發(fā)和網絡體驗好的優(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)務的切片技術需要演進到SA（Standalone，獨立組網）模式才能支持。演進到SA模式面臨著技術和網絡復雜度等多方面困難，為5G支持垂直行業(yè)帶來較大的變數(shù)。

（3）在實際建設中，三大運營商切入垂直行業(yè)會遇到嚴峻挑戰(zhàn)：一方面，邊緣計算、網絡切片等沒有統(tǒng)一的標準體系，不同廠家的設備、網管系統(tǒng)難以實現(xiàn)互聯(lián)互通;另一方面，垂直行業(yè)的需求極其復雜、個性化、碎片化和模糊化，各行業(yè)、企業(yè)、組織的標準眾多，運營商并不熟悉，因5G而成為“專網運營商”，并不能很好地將網絡能力與行業(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，需要設備供應商、運營商、業(yè)務提供商和客戶進行長期摸索。

（4）與公網相比，窄帶對講經過長期考驗，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。窄帶專網對講的接續(xù)時間更短，指揮調度能力更強，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)，關鍵時刻可以達到“救命”的作用，在出現(xiàn)爆炸或者人為破壞的情況下，公網網絡可能已被破壞，無法提供正常服務，此時無線專網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直通模式為行業(yè)用戶提供服務，還可通過基站自組網實現(xiàn)多基站的互聯(lián)互通。

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

另外窄帶專網還有大區(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)內生產裝置防爆區(qū)較多，不可避免會存在防爆區(qū)內設置基站的情況，設備能否滿足防爆要求？同時防爆型設備的成本也比普通型設備高出較多，其經濟性需要根據(jù)企業(yè)實際情況確定。

在國內幾家已經嘗試使用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，應急事件以及開車試車情況下，一呼百應、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去進行業(yè)務應用，窄帶對講進行日常語音調度。

在整個專網發(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系，而是互補關系，即未來的專網通信網絡一定是多種通信體制互為備份的建設模式。因此，面對5G時代的新形勢，為確保用戶在關鍵任務和應急事態(tài)下快速反應、指揮通暢、高效處置，很明顯堅定不移建設專網，走寬窄融合、公專結合、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)日常生產指揮調度中占有一席之地。

4 結束語

以新時代中國特色社會主義思想為指導，全面貫徹落實習近平總書記關于推進應急管理體系和能力現(xiàn)代化、建設網絡強國、數(shù)字中國和加快工業(yè)互聯(lián)網發(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、構建新發(fā)展格局，把危險化學品安全擺在防范化解重大風險的突出位置，牢固樹立安全發(fā)展理念，堅持人民至上、生命至上，推進新一代信息技術和危險化學品安全生產深度融合，實現(xiàn)數(shù)字化轉型、智能化升級，強化安全生產基礎和技術創(chuàng)新能力，構建“5G+工業(yè)互聯(lián)網+危化安全生產”技術體系和應用生態(tài)系統(tǒng)，提升安全生產風險感知評估、監(jiān)測預警和響應處置能力，排查化解潛在風險，牢牢守住不發(fā)生系統(tǒng)性風險的底線，為促進企業(yè)和監(jiān)管部門安全管理數(shù)字化轉型賦能。

“工業(yè)互聯(lián)網+危化安全生產”整體架構設計上，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，覆蓋危險化學品生產、儲存、使用、經營、運輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)，實現(xiàn)全要素、全價值橫向一體化。

參考文獻

[1] 王漢杰.專用移動通信工程技術[M].北京：清華大學出版社，2019.

[2] 佚名. 應急管理部辦公廳印發(fā)《“工業(yè)互聯(lián)網+危化安全生產”試點建設方案》[J]. 化工時刊， 2021， 35（4）：1.

[3] 李文元. 無線通信技術概論[M]. 北京：國防工業(yè)出版社， 2006.

[4] Jonathan Rodriguez， 江甲沫. 5G：開啟移動網絡新時代[M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2016.82D3E5E1-2306-4B5A-985C-E14DA19C1234