5G+工業(yè)對產(chǎn)業(yè)的影響，所帶來的應(yīng)用市場空間，讓人欣喜。然而，這不是消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)，更不是一個(gè)可以隨時(shí)卸載和重裝的APP。

北京和利時(shí)智能技術(shù)有限公司的總工程師朱毅明提出一個(gè)問題：“（5G在工業(yè)場景）到底是增量的應(yīng)用，還是替代既有的應(yīng)用？”這個(gè)問題聽起來很簡單，但卻異常復(fù)雜，原因在于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。

我們知道，工業(yè)以太網(wǎng)的通信協(xié)議，國際標(biāo)準(zhǔn)就有數(shù)十種，如果把不同垂直行業(yè)的通信協(xié)議都進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，這個(gè)數(shù)量更大。因此，要用5G替代既有的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，需統(tǒng)一設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這個(gè)難度非常非常大。但如果是做增量應(yīng)用，做創(chuàng)新性應(yīng)用，用5G則更容易接入。

從垂直行業(yè)特性看5G應(yīng)用

事實(shí)上，在不同的垂直行業(yè)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用各不相同。對于離散制造，從生產(chǎn)設(shè)備一直到生產(chǎn)管理系統(tǒng)，以及倉儲(chǔ)物流、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等等眾多系統(tǒng)，它們之間是互聯(lián)互通的，但內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)根據(jù)不同的場景分不同的層次。

最底層的工業(yè)設(shè)備，基本都是高速控制設(shè)備，比如數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人，這個(gè)層面的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，循環(huán)周期在亞毫秒，目前看，用無線的難度比較大。從底層往上，比如生產(chǎn)裝備、監(jiān)控系統(tǒng)等，對時(shí)間的要求就沒那么高了，但還是要求實(shí)時(shí)性。

在工業(yè)中，實(shí)時(shí)性不只意味著快，更意味著確定性，對應(yīng)到網(wǎng)絡(luò)則是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。工業(yè)場景對于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量要求比較高，這也是為什么目前無線用的比較少的重要原因。

流程工業(yè)主要指石化、冶金、發(fā)電等行業(yè)。相比離散制造業(yè)，流程工業(yè)底層控制的速度并不太快，基本上控制中心對實(shí)時(shí)性的要求是毫秒級(jí)，5G基本可以滿足這一需求。但是，流程工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模一般比較大，生產(chǎn)設(shè)施結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部分設(shè)備的安裝位置不適合無線通訊。此外，如果該企業(yè)有保密要求的話，無線肯定不可用。

此外，基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)控某種意義上也是工業(yè)的一部分，包括工業(yè)設(shè)備、電網(wǎng)、熱網(wǎng)、市政、交通的監(jiān)控。由于基礎(chǔ)設(shè)施是廣域的，大范圍、大數(shù)據(jù)量，并且傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要是結(jié)構(gòu)化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化的視頻圖像，這個(gè)領(lǐng)域的5G無線應(yīng)用存在巨大的機(jī)遇。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)及5G應(yīng)用的障礙

目前，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)大部分都是以有線局域網(wǎng)的方式來實(shí)施的，通過網(wǎng)閘與生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單向數(shù)據(jù)傳輸。對于周期性傳輸?shù)纳a(chǎn)過程數(shù)據(jù)，一般采用無連接的UDP（無連接傳輸協(xié)議）的方式。從安全性的角度，要求網(wǎng)絡(luò)有冗余。

“如何用無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)冗余，并且能夠避免共因故障，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃院涂捎眯?，這是5G在工業(yè)應(yīng)用中需要考慮的問題?！敝煲忝髡f。他認(rèn)為，目前工業(yè)無線傳輸存在幾大障礙。

設(shè)備問題。工業(yè)設(shè)備基本上是20-30年的使用壽命，大部分設(shè)備不支持無線網(wǎng)絡(luò)。如果要上5G，需要做硬件的升級(jí)，這部分成本比較高。

數(shù)據(jù)安全性。工業(yè)數(shù)據(jù)目前大多數(shù)采用明碼傳輸，如果要上無線，考慮到數(shù)據(jù)安全問題，需改為加密傳輸，這個(gè)要求比較高。

傳輸可靠性問題。工業(yè)現(xiàn)場電磁干擾源多，金屬物體多，設(shè)備安裝位置固定。

設(shè)備抗擾度問題。大部分在役工業(yè)設(shè)備的電磁抗擾度測試標(biāo)準(zhǔn)版本早，僅測試了低于1GHz的場景，5G設(shè)備產(chǎn)生的高頻信號(hào)對于老舊工業(yè)設(shè)備的干擾，目前還無法確定。

低功耗問題。需要無線傳輸?shù)墓I(yè)設(shè)備大多體積較小且采用電池供電，電池更換周期至少要求在1年以上或無法更換。

電纜問題。大部分工業(yè)設(shè)備需要供電，安裝有供電電纜，這種情況下同時(shí)鋪網(wǎng)絡(luò)電纜或直接通過供電電纜通訊基本上沒有難度，這也是一個(gè)影響無線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)應(yīng)用推廣的原因。

總體來講，一個(gè)是成本，一個(gè)是安全，是目前5G工業(yè)應(yīng)用的兩大問題?！肮I(yè)目前基本上把無線傳輸作為有線傳輸?shù)难a(bǔ)充，很少作為主要的信息通道，其安全性、實(shí)時(shí)性都是有待確認(rèn)的。”

5G在工業(yè)通訊的應(yīng)用

綜上，當(dāng)前階段的5G+工業(yè)應(yīng)用，“應(yīng)主要考慮增量的應(yīng)用”。

通常，5G定義了三大應(yīng)用場景，這就是大帶寬、低時(shí)延和大連接，分別是eMBB增強(qiáng)移動(dòng)寬帶，針對大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)；URLLC超高可靠超低時(shí)延通信，如無人駕駛等業(yè)務(wù)（3G響應(yīng)為500ms，4G為50ms，5G要求0.5ms）；再就是mMTC大連接，針對大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

對應(yīng)到工業(yè)，eMBB的應(yīng)用首先就是工業(yè)音視頻等多媒體數(shù)據(jù)的傳輸。其次是工業(yè)設(shè)備高頻瞬態(tài)信號(hào)采集，包括振動(dòng)、沖擊、噪聲、電流、電壓等。再次，則是基于云服務(wù)的AR、VR輔助現(xiàn)場控制操作，這些都是比較大的應(yīng)用場景。

URLLC應(yīng)用，一是包括遠(yuǎn)程設(shè)備操控，這一點(diǎn)已經(jīng)有很大的突破，目前也是一些工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)5G場景的重點(diǎn)。二是替代既有的有線工業(yè)以太網(wǎng)和IO硬接線信號(hào)，還有就是邊緣計(jì)算的應(yīng)用。

大連接mMTC主要面向物聯(lián)網(wǎng)海量機(jī)器類通訊，包括高密度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等。當(dāng)然，NB-IoT的部署是mMTC的前提，前者在遠(yuǎn)程抄表、安防報(bào)警、智慧井蓋、智慧路燈等領(lǐng)域已有創(chuàng)新應(yīng)用。NB-IoT也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專項(xiàng)工作組2019工作計(jì)劃的重要組成部分。

來源|中國工業(yè)報(bào)周寶冰