工业5G终端设备发展报告2025

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工业 5G 终端设备发展报告 工业互联网产业联盟（AII） 2025 年 4 月 声 明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、 数据、观点、建议，不构成法律建议，也不应替代律师意见。 本报告所有材料或内容的知识产权归工业互联网产业联盟 所有（注明是引自其他方的内容除外），并受法律保护。如 需转载，需联系本联盟并获得授权许可。未经授权许可，任 何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转载、汇编、转 让、出售等方式使用，不得将报告的全部或部分内容通过网 络方式传播，不得在任何公开场合使用报告内相关描述及相 关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责 任。 工业互联网产业联盟 联系电话：010-62305887 邮箱：aii@caict.ac.cn 编写说明 当前，我国“5G+工业互联网”发展不断提档升级，应用覆盖装备 制造、石化化工、建材、纺织等多个国民经济重点行业。工业 5G 终 端设备作为 5G 技术与工业感知层融合的关键，在工业互联网基础设 施改造和 5G 应用创新落地中都发挥着重要作用。 目前，5G CPE、5G 工业网关、5G 工业 DTU、5G 工业摄像头、 5G 工业机器人等一批产品相继涌现，产业整体供给能力不断提升， 但仍存在供给不适配、供需不匹配等问题，出现“供给侧市场品类多、 应用侧一网关难求”“实验室测试性能好、现场适配场景调试难”等情 况。部分终端（CPE 等）的性能描述不规范，对市场采购和应用也带 来一定困扰。为了摸排当前我国“5G+工业互联网”终端设备发展情况， 补齐终端设备供给短板，推动“5G+工业互联网”成熟落地与规模化应 用，中国信息通信研究院技术与标准研究所联合产业界企业编写了 《工业 5G 终端设备发展报告》。 本报告围绕工业 5G 终端设备，深度梳理了当前的发展状况，整 合提炼了可行的应用分类，分析介绍了关键的通信机制，挖掘定位了 面临的痛点挑战，并提出了未来发展建议及展望。 起草单位： 中国信息通信研究院技术与标准研究所 陈敏、于青民、李宗祥、朱 璎、管子健、黄颖、臧磊、段世惠、闫霞 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 郑秋平、韩丹涛、王振 中国电信股份有限公司研究院 李露文、刘兆元、陈嘉跃 中国科学院自动化研究所 吕宜生、徐延才 中国联合网络通信有限公司南京市分公司 董明、徐成杰、蒋海涛、 吴月、陈硕 南京埃斯顿自动化股份有限公司 张禹、吕健、臧家炜 中国工业互联网研究院标准化技术研究所 刘翼如、历明、叶欧海 中兴通讯股份有限公司 赵孝武、李燕、辛毅 中电科普天科技股份有限公司 张振、梁晖、曾军 紫光展锐(上海)科技有限公司 潘振岗、夏彦龙、张伟强 联发博动科技（北京）有限公司 陈雪静、李娅 深圳艾灵网络有限公司 俞一帆、刘旸、丁颖哲 中国联合网络通信有限公司黑龙江省分公司 张笑泳、高鹏飞、董建 联通（广东）产业互联网有限公司 王非、林果果、陈静雯 中讯邮电咨询设计院有限公司 王飞、徐滨阳、陈礼波 北京智芯微电子科技有限公司 赵旭、宋波、谢海燕 芯讯通无线科技（上海）有限公司 杨涛、原舒、李鹏程 北京启明星辰信息安全技术有限公司 王敏、王炳焱 深圳市三旺通信股份有限公司 熊伟、邓顺义、高一颠 摩莎科技（上海）有限公司 张杰、王梦倩、王峻星 广州广哈通信股份有限公司 王勇、张聚明、邱涛 目 录 一、发展情况.............................................................................................1 （一）“5G+工业互联网”发展背景..................................................1 （二）工业 5G 终端设备发展现状................................................. 2 二、工业 5G 终端设备基本分类..............................................................4 （一）通用通信类工业 5G 终端设备............................................. 5 （二）行业应用类工业 5G 终端设备............................................. 6 三、工业 5G 终端设备通信机制............................................................13 （一）工业 5G 终端设备基本架构............................................... 13 （二）工业 5G 终端设备的通信能力........................................... 16 （三）工业 5G 终端设备的纳管及网络质量探针.......................22 四、工业 5G 终端设备发展面临的痛点、建议及展望.......................24 （一）痛点挑战...............................................................................25 （二）发展建议...............................................................................26 （三）未来展望...............................................................................27 附件：应用侧对工业 5G 终端设备的通信需求................................... 29 1 一、发展情况 （一）“5G+工业互联网”发展背景 我国高度重视 5G 与工业互联网的融合创新发展，先后出台多项 政策进行指引。2019 年 11 月，工业和信息化部（以下简称“工信部”） 出台《“5G+工业互联网”512 工程推进方案》，从突破关键技术能力、 提升产业支撑能力、打造“5G+工业互联网”内网建设改造标杆、形成 至少 20 大典型工业应用场景等方面进行整体布局。2022 年 8 月，工 信部印发《5G 全连接工厂建设指南》，提出面向制造业、采矿、港 口等重点行业领域，建成 1000 个工厂，打造 100 个标杆工厂，从基 础设施建设、厂区现场升级、关键环节应用、网络安全防护四方面进 行指引，推动 5G 融合应用纵深发展。2023 年 11 月，工信部出台《“5G+ 工业互联网”融合应用先导区试点工作规则（暂行）》、《“5G+工业 互联网”融合应用先导区试点建设指南》，通过加大政策支持力度、 夯实基础设施建设、推进融合应用创新、培育壮大产业生态、强化公 共服务能力等举措带动产业集群发展。2024 年 12 月，工信部印发《打 造“5G+工业互联网”512 工程升级版实施方案》，通过升级网络设施、 技术产品、融合应用、产业生态、公共服务五大方面能力，引导新阶 段“5G+工业互联网”高质量发展。 在政策持续引导下，工业 5G 终端设备迎来良好发展机遇。《5G 全连接工厂建设指南》提出，对具有移动部署、灵活作业、远程操控 等需求设备，积极使用带有 5G 功能的芯片、模组、传感器等进行改 造。《“5G+工业互联网”融合应用先导区试点建设指南》设置“打造产 业供给能力”的重点任务，提出推动 5G 与工业设备双向适配，加快相 关融合产品研发、生产和应用，推进具备 5G 通信能力的融合工业设 备产业化发展，探索形成从产品、解决方案到系统集成服务的全产业 2 链供应能力，服务产业发展。2024 年 4 月，工信部等七部门出台的 《推动工业领域设备更新实施方案》提出，推动人工智能、第五代移 动通信（5G）、边缘计算等新技术在制造环节深度应用。《打造“5G+ 工业互联网”512 工程升级版实施方案》提出，加快 5G 与工业装备融 合，打造一批“小快轻准”工业 5G 终端设备，增强产品供给。在“5G+ 工业互联网”建设中，工业 5G 终端设备发挥重要作用，工业 5G 终端 设备通过 5G 网络高速、低时延传输工厂现场设备与平台系统、工业 设备之间等的数据和指令，实现工厂的数据采集、远程控制、视频监 控、移动巡检等功能。 （二）工业 5G 终端设备发展现状 应用方面，多个工业园区、车间现场已部署 5G 网络，并逐步涌 现出一批面向工业场景的 5G 终端设备。5G 工业网关、工业级 5G CPE 被广泛应用到工厂的 5G 化改造中，5G AGV/AMR、5G AR 眼镜、5G 机器人等通用性较强终端设备已用于现场辅助装配、厂区智能物流、 无人智能巡检等多个工业场景，5G 阀岛、5G 总线 IO、5G 掘进机等 用于特定场景的新品类不断出现。目前，工业现场的 5G 终端设备仍 以视频监控和数据采集为主，由于改造需要时间、替换代价较高等原 因，工业 5G 终端设备还未深入核心生产领域，部分应用还未在工业 现场普及或规模化推广。 标准方面，目前尚未有工业 5G 终端设备的标准发布，处于起步 编制阶段。TC124（全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员 会）正在组织制定面向工业 5G 终端的《工业 5G 终端通用技术要求 及测试方法》国标；CCSA（中国通信标准化协会）开始制定面向行 业的工业 5G 终端设备标准，主要包括《面向电力行业的 5G+工业互 联网终端设备技术要求和测试》、《面向矿山领域的 5G+工业互联网 3 井下终端设备技术要求》、《面向远程控制场景的 5G 工业网关技术 要求》、《5G 行业网关通用技术要求》、《面向智能物流仓储领域 的终端设备 5G 通信技术要求》等。 产品方面，工业级 5G 网关、CPE 和路由器发展较快。根据 GSA 数据，全球工业级 5G CPE/路由器/网关的款式数量持续攀升，如图 1 所示，从 2020 年的 26 款增加至 2023 年的 179 款。我国 5G 工业网 关/CPE 厂家积极推出多种类型产品，与国外厂家相比具有一定优势。 目前，我国的华为、中兴通讯、宏电科技、厦门四信、中微普业、计 讯物联等，以及国外的西门子、Peplink、Cradlepoint、Telit、Sierra wireless 等大中小企业推出了多款 5G 工业网关，部分产品具备 5G LAN、URLLC 现场级低时延、智能计算分析等能力。目前我国厂家 生产的工业级 5G CPE/路由器/网关产品款式占到全球 46%，占比领 先欧美等发达国家。随着“5G+工业互联网”的发展，5G AGV/AMR、 头盔式 5G 工业终端、5G 机器人等用于多个行业的终端设备不断涌 现，被用于多个 5G 工厂建设，存在巨大的市场潜力。 图 1 全球工业级 5G CPE/路由器/网关的款式数量 4 二、工业 5G 终端设备基本分类 工业 5G 终端设备可分为通用通信类终端设备和行业应用类终端 设备两大类。其中，通用通信类终端设备主要包括下图连接方式 1、 2 中的 5G CPE、路由器、DTU 和工业网关；行业应用类终端设备主 要以内嵌 5G 芯片/模组、具备 5G 直接通信能力的工业终端设备为主， 对应连接方式 3，也有少量对体积不敏感的工业终端设备（如 5G 无 人天车）直接集成 5G 工业网关，实现快速 5G 化升级改造。 工业 5G 终端设备的主要接入方式如下图所示： 图 2 工业 5G 终端设备连接方式示意图 连接方式 1：通过 5G 数据终端（主要包括 5G DTU、5G CPE 和 5G 路由器）实现 5G 移动信号和有线信号、无线 WIFI 信号等之间的 转换，进而接入现有工业设备。该种接入方式对现有工业网络改动最 小，相当于在工业网关后将原有有线传输替换成 5G 无线传输方式， 是目前众多示范项目普遍采用的模式。 连接方式 2：将传统工业网关替换成内置 5G 模组的 5G 工业网 关，从而实现 5G 移动信号和工业现场装备协议之间的转换。该种方 5 式相当于用支持 5G 联网能力的工业网关替代原有的固定连接方式的 工业网关，5G 技术进一步向工业现场网络渗透。 连接方式 3：PLC 等工业控制器、机械臂等工业设备内嵌 5G 芯 片/模组，具备 5G 通信能力，直接接入 5G 网络。该种方式 5G 直接 对接工业设备的网络需求，形成对现有工业网络形态的补充。 （一）通用通信类工业 5G 终端设备 通用通信类工业 5G 终端设备的核心功能是通过 5G 网络传输工 业设备与云平台/服务器/控制器之间的数据和指令，同时满足在工业 高温、高湿等恶劣环境下部署要求，在此基础上，根据不同的使用需 求和产品形态，增加路由、数据采集、协议转换、边缘计算等不同功 能。目前，通用通信类工业 5G 终端设备的产品形态包括工业级 5G DTU、5G CPE、5G 网关等多种类型。 5G 工业 DTU 支持 RS485、RS323、USB、Type-C 等接口，通过 这些接口连接工业终端设备，利用 5G 网络搭建起工业终端设备与云 服务器/数据中心之间的桥梁。 5G 工业 CPE 通常比 5G 工业 DTU 支持的接口更多，如以太网、 WLAN、蓝牙、串口、USB 接口等，南向支持多种有线、无线通信 技术，实现 5G 信号与多种有线、无线信号的转换，可同时连接工业 现场的串口设备、以太网设备、WLAN 设备等，是目前多个工厂进 行现有设备 5G 化升级的关键设备。 5G 工业网关具备数据采集存储、路由、边缘计算和行业应用协 议转换等功能，支持 Modbus RTU、IEC101、IEC104、S7 COMM、 Keyence 等多种工业通信协议，可对接主流云平台，提供多种工业接 口，被广泛应用于传感器、仪器仪表、摄像头和各种控制器等多种工 业现场设备的 5G 网络接入。 6 （二）行业应用类工业 5G 终端设备 当前，工业 5G 终端设备可通过开发集成角度和工业应用角度进 行分类，对于芯片模组厂商以及设备集成厂商而言，行业应用终端设 备可按开发集成方式分为四类；对于行业客户而言，行业应用终端设 备可按工业应用角度分为五类。 1. 按开发方式分类 从搭载 5G 技术载体的维度出发，行业应用类终端设备可分为四 大类：第一类终端设备直接集成 5G 工业网关，例如 5G 无人天车、 部分 5G AGV/AMR 和 5G 矿卡等，该方式集成度较低、开发难度最 小，适合工业领域终端设备快速改造。第二类终端设备基于 5G 开发 板研发，例如部分新开发的 5G AGV/AMR、5G 矿卡、5G 巡检机器 人等，除了 5G 模组，5G 开发板通常包含 FPGA、传感器（如光距、 重力、陀螺仪等）、WIFI、蓝牙等模块，可直接引出以太网、USB、 RS232 等丰富接口。该方式下，5G 开发板比 5G 工业网关体积小、 功耗低，可有效缩小终端设备的尺寸，5G 开发板可以即插即用，用 户只需要通过数据线即可直接连接电脑，进行固件烧录和产品开发。 第三类终端设备基于 5G 模组研发，例如 5G 工业平板电脑、5G 工业 相机、5G 无人机、5G 阀岛等。5G 模组包含主芯片、射频前端、MCU、 天线、传感器、接口等模块，去除了 5G 开发板上 5G 模组之外的模 块，进一步缩小了可开发的终端设备体积。这种方式提升了开发灵活 性，用户可在 5G 模组基础上，根据需要选择更适配的计算、存储、 接口等模块。跟第二种开发方式相比，元器件焊接、电路调试等步骤 增加了开发难度和开发周期，但在应用易用性、扩展性和规模生产方 面具备产业化优势。第四类终端设备基于 5G 芯片直接研发，例如 5G 7 PDA、AR/VR 眼镜等小型化终端，该方式适合对集成度、功耗要求 较高的产品。 2. 按应用场景分类 按照在工业应用场景中发挥的具体作用，5G ACIA 发布的 “Industrial 5G Devices – Architecture and Capabilities”白皮书（以下简 称“5G ACIA 白皮书”）将工业 5G 终端设备分为 7 类：低时延传感器 和执行器、低功耗传感器和执行器、2 维/3 维传感器、HMI（Human Machine Interaction，人机交互）和 XR、PLC 和控制器、网关、TSN 端口。其中，低时延传感器和执行器通常被集成到机器人、机械臂等 设备中，通过 5G 与 PLC、控制器进行通信，对通信的实时性和可靠 性要求较高。低功耗传感器和执行器主要用于环境、状态监测，一般 采用电池供电，大部分时间可能处于休眠状态，对续航能力要求较高。 2 维/3 维传感器主要包括摄像头、激光雷达等，采集工业现场 2 维/3 维图像、视频等数据，通过 5G 网络快速传输。HMI 和 XR 终端设备 可集成屏幕、扬声器、摄像头和麦克风等模块，通过 5G 网络实现人 员与工业现场装置、产线的实时交互。PLC 和控制器通常通过 5G 网 络接入状态监控、多 PLC 或控制器联动、闭环控制等应用，当用于 控制场景时，对 5G 网络的通信确定性要求较高。网关实现工业以太 网、现场总线等工业网络与 5G 网络之间的数据传输，可支持不同协 议层之间的数据转换。TSN 端口主要指工业 5G 终端设备可作为 5GS 网桥的端口，与网络侧协同实现 5G 网络与 TSN 网络融合，通常被用 于机器人协同作业等场景，对时间同步要求较高。 8 结合典型工业应用场景，本文将行业应用类 5G 终端设备分为静 态感知、移动感知、人机交互、辅助控制和特殊作业五类，并与 5G ACIA 白皮书的分类进行了对应1，列举了每一类的代表性工业 5G 终 端设备。 （1） 静态感知类 此类终端设备对应“低功耗传感器和执行器”类，主要用于监测温 度、湿度、气体浓度等环境参数，以及电流、水流流量、压力等状态 参数，传输数据量较小，但通常大量部署，主要利用 5G 大连接特性。 代表性产品包括 5G 环境监测传感器、5G 智能电表、5G 电力集中器 等，例如，5G 气体传感器可用于化工厂的有毒有害气体浓度监测， 一旦出现浓度过高的情况即可快速报警。5G 智能电表可用于监测工 厂用电量，助力更好地采集和分析生产制造的能耗情况。5G 电力集 中器能够自动抄收并存储各种智能仪表、采集终端或采集模块以及各 类载波通信终端的电量数据，同时利用 5G 网络与主站进行数据交换。 图 3 静态感知类工业 5G 终端设备 （2） 移动感知类 此类终端设备对应“低时延传感器和执行器”和“2 维/3 维传感器” 这两类，主要用于工业仪器设备的加速度、角速度等运行参数，以及 1 由于 TSN 端口产品目前主要以支持 TSN 的 5G 工业网关为主，网关已在上一节的通用通信类进行描述， 因此本节对