(網(wǎng)經(jīng)社訊)【摘要】隨著5G時代的到來，借助于5G eMBB、mMTC、uRLLC的應用場景，5G網(wǎng)絡將全面使能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，加速推動多產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化融合。本文首先介紹了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系架構和網(wǎng)絡需求，然后分析了5G網(wǎng)絡的關鍵技術和應用場景，最后研究了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的5G應用。
引言
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是全球工業(yè)系統(tǒng)與高級計算、分析、傳感技術及互聯(lián)網(wǎng)的高度融合，是工業(yè)生產(chǎn)與互聯(lián)網(wǎng)技術相互結合的新型工業(yè)架構。對標德國的“工業(yè)4.0”、美國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，中國2015年5月出臺《中國制造2025》，制定了“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，旨在打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，拓展“智能+”，為制造業(yè)轉型升級賦能。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展依賴于高速發(fā)達的互聯(lián)網(wǎng)技術，5G通信在工業(yè)領域的行業(yè)應用前景廣闊。4G改變生活，5G改變社會。2019年是5G通信的元年，中國已發(fā)放5G商用牌照，實行“政府引導、企業(yè)主導、共建共享”的建設模式;各大運營商正搶跑5G網(wǎng)絡建設，采取“宏微協(xié)同、室內外協(xié)同”的組網(wǎng)方式，保障社會資源和通信資源的高效利用。與4G相比，5G在覆蓋、容量和速率等方面實現(xiàn)了質的提升，主要面向萬物互聯(lián)、超低延時、超高速等場景，不僅能夠推動消費互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，而且為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來了機遇。
一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是基于全面互聯(lián)而形成數(shù)據(jù)驅動的智能網(wǎng)絡，網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)、安全是工業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)兩個視角的共性基礎和支撐。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過系統(tǒng)構建網(wǎng)絡、平臺、安全三大功能體系，打造人、機、物全面互聯(lián)的新型網(wǎng)絡基礎設施，形成智能化生產(chǎn)、個性化定制、網(wǎng)絡化協(xié)同、服務化延伸等諸多新模式新業(yè)態(tài)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎是網(wǎng)絡體系，通過網(wǎng)絡聯(lián)接、標識解析、邊緣計算等關鍵技術實現(xiàn)智能物體泛在互聯(lián)和全生命周期深度互聯(lián);核心是平臺體系，通過構建基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的服務體系，支撐制造資源實現(xiàn)泛在連接、彈性供給、高效配置等;保障是安全體系，通過增強設備、網(wǎng)絡、控制、應用和數(shù)據(jù)的安全保障能力，識別和抵御安全威脅，化解各種安全風險。
要全面實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，需要滿足企業(yè)應用的高安全性、超可靠、低時延、大連接和個性化的需求，以及IT（信息技術）與OT（操作技術）兼容的要求，需要開發(fā)對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化的ICT技術（信息通信技術）;同時，系統(tǒng)需要具備智能感知、泛在連通、數(shù)字建模、實時分析、精準控制和迭代優(yōu)化等基本特征。
為推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)快速健康有序地發(fā)展，需要在5G、IPv6、時間敏感網(wǎng)絡（TSN）、軟件定義網(wǎng)絡（SDN）、確定性網(wǎng)絡（DetNet）、低功耗無線網(wǎng)絡、工業(yè)無源光纖網(wǎng)絡（PON）、工業(yè)無線等重點領域加快技術標準及產(chǎn)業(yè)布局。
二、 5G關鍵技術及應用場景
5G不僅僅是一次信息通信技術的升級換代，更是一場影響深遠的全方位變革，將從支撐移動互聯(lián)網(wǎng)向支撐全行業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化轉變。5G無線和網(wǎng)絡的一些關鍵技術特性十分切合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用需求，能夠促進工業(yè)、交通、金融等垂直行業(yè)迅速轉型升級。
2.1 5G關鍵技術
（1）低時延高可靠。5G可通過Minislot、上行免授權、大子載波間隔和FDD傳輸?shù)燃夹g為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供超低時延，網(wǎng)絡具備超千億連接的支持能力，滿足100萬/km2連接數(shù)密度指標要求，實現(xiàn)終端的超低功耗和超低成本，能夠為用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業(yè)務可靠性保證。
（2）MEC技術。MEC（邊緣計算）是通過一種將計算應用、數(shù)據(jù)和服務的控制從某些中心節(jié)點（核心）帶到另一個連接物理世界的互聯(lián)網(wǎng)末端（邊緣）的云計算系統(tǒng)優(yōu)化方法。MEC能夠對數(shù)據(jù)進行快速處理和本地存儲，滿足業(yè)務高速率、低時延的運行要求，提升數(shù)據(jù)絕對私密性，降低工業(yè)終端計算能力要求，更好地支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大量本地業(yè)務的實時智能化處理與執(zhí)行，滿足網(wǎng)絡的實時需求。
（3）網(wǎng)絡切片技術。SDN（軟件定義網(wǎng)絡）是網(wǎng)絡虛擬化的一種實現(xiàn)方式，其將網(wǎng)絡設備的用戶平面和控制平面解耦，實現(xiàn)網(wǎng)絡流量的靈活控制，使網(wǎng)絡變得更加智能;NFV（網(wǎng)絡功能虛擬化）通過使用通用性硬件以及虛擬化技術，將EPC軟件與硬件解耦，承載很多功能的軟件處理，從而降低網(wǎng)絡設備成本。
通過NFV和SDN技術結合可實現(xiàn)網(wǎng)絡切片，將運營商的物理網(wǎng)絡劃分為多個虛擬網(wǎng)絡，每一個虛擬網(wǎng)絡根據(jù)不同的服務需求，比如時延、帶寬、安全性和可靠性等來劃分，以靈活的應對不同的網(wǎng)絡應用場景，資源可以充分靈活共享，實現(xiàn)新業(yè)務的快速開發(fā)和部署。
2.2 5G應用場景
3GPP定義了5G三大應用場景：eMBB（增強型移動寬帶）、mMTC（大容量物聯(lián)網(wǎng)）和uRLLC（低時延高可靠通信）。因為擁有更快的速率、更低的功耗、更短的延遲、更強的穩(wěn)定性和更多的用戶支持，5G網(wǎng)絡能夠靈活地支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的多業(yè)務場景。
三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)5G應用
無線接入網(wǎng)避免了有線接入網(wǎng)鋪設線纜和設置保護設施等操作，5G可大幅降低工廠內網(wǎng)絡部署和維護成本，網(wǎng)絡部署快，增強現(xiàn)場設備的移動性，提高生產(chǎn)線的靈活性，可根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)需求對生產(chǎn)線進行靈活的重構，實現(xiàn)柔性生產(chǎn);但是，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對于底層智能網(wǎng)絡的帶寬、時延、智能程度等有著很高的要求，5G網(wǎng)絡能夠為工業(yè)生產(chǎn)提供高效率、高質量、低成本的網(wǎng)絡連接。
（1）工業(yè)自動化控制。工業(yè)自動化控制分為設備內部控制、線體內及設備間控制、整個車間內生產(chǎn)控制，通過對工業(yè)設備及傳感器數(shù)據(jù)的計算、分析，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)參數(shù)和生產(chǎn)流程的自動化控制。利用5G網(wǎng)絡高覆蓋、高可靠性、大容量通信和靈活部署的特性，能夠實現(xiàn)工廠內網(wǎng)絡的無盲區(qū)覆蓋、無縫集成和異網(wǎng)融合，以提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質量。
（2）無人駕駛/自動送貨。無人駕駛/自動送貨在導航技術上的升級和系統(tǒng)架構優(yōu)化，對無線通信在網(wǎng)絡延遲、服務可用性、確定性、吞吐量和傳輸時延等方面提出更高的要求。結合激光定位、視覺定位、二維碼定位等導航技術，5G網(wǎng)絡為不同的技術指標分配不同傳輸帶寬，可以實現(xiàn)無人駕駛/自動送貨以及工廠內外的智慧物流等功能。
（3）AR/VR視覺控制。通過AR技術對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行3D可視化呈現(xiàn)，讓數(shù)據(jù)更加直觀的表達機械設備的生產(chǎn)狀態(tài)，生產(chǎn)人員佩戴AR眼鏡對產(chǎn)線設備進行掃描獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，快速了解產(chǎn)線的生產(chǎn)狀況。VR數(shù)字化虛擬工廠通過虛擬方式構造整條產(chǎn)線的虛擬仿真，同時打通和現(xiàn)場工業(yè)軟件的數(shù)據(jù)協(xié)議，打破生產(chǎn)線時空維度的限制，在VR環(huán)境中調用每臺設備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控產(chǎn)線生產(chǎn)狀況和預測性維護。
（4）產(chǎn)業(yè)鏈廣域應用。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)廣域應用主要指跨域工廠、供應商和用戶之間的網(wǎng)絡通信和應用，包括產(chǎn)業(yè)鏈的廣域網(wǎng)絡訪問和通信、協(xié)同生產(chǎn)、供應鏈協(xié)作、智慧物流等。通過廣域通信將生產(chǎn)線和輔助配套設備、供應商與用戶互聯(lián)起來，實時了解彼此的需求關系、物料流動和生產(chǎn)周期，支持位置跟蹤、遠程監(jiān)控、智能檢測、產(chǎn)品或服務定制等多種功能。
四、總結
5G面向垂直行業(yè)的應用將工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展送上快車道，未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要聚焦信息技術與制造技術的聯(lián)動發(fā)展，要立足垂直領域行業(yè)化需求，也要加快技術創(chuàng)新和應用推廣，推動我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從概念普及階段進入實踐深耕階段。
參 考 文 獻
[1] 夏志杰.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系框架與關鍵技術[J].中國機械工程，2018，29（10）：1248-1259
[2] 高巍.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推動工廠網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展[J].中興通訊技術，22（5）：21-25
[3] 譚華，林瑋平，林克，吳飛.基于云網(wǎng)融合的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用分析[J].廣東通信技術，2018（12）：36-39.
[4] 張長青.淺析5G技術對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用的影響[J].郵電設計技術，2017（6）：41-46
[5] 夏虹，陳彥萍，王忠民，郭超.無線移動支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究[J].微處理機，2017，2（4）：34-40
[6] 林瑋平，魏穎琪，李穎.5G在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上的應用研究[J].廣東通信技術，2018（11）：24-27
[7] 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準體系（2.0）[S].2019（來源：中國新通信 文/向濤 編選：網(wǎng)經(jīng)社）
