工業(yè)5G - 未來的無線網(wǎng)絡(luò)

智能手機(jī)用戶以及工業(yè)公司都期待著新的5G無線移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，這要?dú)w功于哪些公司能夠連接他們的機(jī)器，從而使他們的生產(chǎn)工廠和內(nèi)部物流操作更有效，更自主，更靈活比以往任何時(shí)候都。

今天，工廠中的大多數(shù)機(jī)器仍然通過電纜連接。但由于新的5G通信標(biāo)準(zhǔn)將于2020年開始在德國推出，因此在不久的將來幾乎肯定會(huì)發(fā)生變化。它初的數(shù)據(jù)速度在1到5千兆位/秒之間，隨后增加到每秒20千兆位 - 這一重大飛躍將使其比系統(tǒng)的前身LTE快10到20倍。

這對(duì)智能手機(jī)用戶來說是個(gè)好消息，因?yàn)?G可以讓他們隨時(shí)隨地觀看4K電影。但對(duì)于工業(yè)公司而言，它意味著更多。這是工業(yè)4.0之路上的一個(gè)里程碑，其中綜合數(shù)字服務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)將使智能工廠更加靈活和有效。 

5G設(shè)計(jì)為無線網(wǎng)絡(luò)，可以統(tǒng)一一切，從自動(dòng)貨架系統(tǒng)到生產(chǎn)機(jī)器人，空調(diào)系統(tǒng)和控制臺(tái)。它將是一個(gè)全面的網(wǎng)絡(luò)，可以在沒有任何電纜的情況下控制工廠。它堅(jiān)固耐用，超快或配備舒適的帶寬。“機(jī)遇是巨大的，”西門子無線工業(yè)通信產(chǎn)品管理負(fù)責(zé)人Sander Rotmensen說。“想象一下一個(gè)工廠綜合體，其中自動(dòng)駕駛車隊(duì)在交貨坡道，工廠大廳和倉庫之間來回運(yùn)輸貨物，備件或成品，其時(shí)間恰好適應(yīng)生產(chǎn)計(jì)劃。所有這一切都將由Industrial 5G實(shí)現(xiàn)。“ 

超快反應(yīng) 

無論是汽車行業(yè)，化工公司還是電子制造業(yè)，5G對(duì)工業(yè)都具有吸引力。它可以在工廠綜合體中傳輸每平方公里100萬個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。這可能涵蓋完整的生產(chǎn)線及其相關(guān)的溫度測(cè)量和流量傳感器，以及自動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人。

有史以來一次，毫秒范圍下端的反應(yīng)將是可能的，例如，如果攝像機(jī)識(shí)別傳送帶上的異物，則可以立即停止機(jī)器人手臂。此外，5G的高帶寬將實(shí)現(xiàn)充分利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的潛力，這標(biāo)志著人類與機(jī)器之間相互作用的新階段。

由于這些優(yōu)勢(shì)，5G的市場(chǎng)預(yù)計(jì)將是巨大的。根據(jù)GSMA發(fā)布的“移動(dòng)經(jīng)濟(jì)2019年報(bào)告” - 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商協(xié)會(huì) - 早在2025年，全球無線通信的15％將通過5G傳輸。如今，每年有6,100億美元用于建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)這一預(yù)測(cè)，5G將在未來15年內(nèi)為全球經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)2.2萬億美元，而這一增長將主要受制造業(yè)和公用事業(yè)的推動(dòng)。

工業(yè)5G：新標(biāo)準(zhǔn)的誕生 

當(dāng)然，工業(yè)中的無線通信并不新鮮。例如，今天西門子使用帶有RUGGEDCOM WIN的私人WiMAX無線解決方案，用于多種用途，包括快速識(shí)別石油和天然氣管道中的泄漏，監(jiān)控和控制島上的電力網(wǎng)絡(luò)，以及工廠中的移動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)。此外，私人LTE網(wǎng)絡(luò)偶爾也會(huì)在工廠和港口等地方使用。西門子已成功使用工業(yè)WLAN進(jìn)行工業(yè)無線通信超過15年，并滿足無線安全所需的所有要求。IWLAN還與工業(yè)5G并行進(jìn)一步發(fā)展，因?yàn)?G的私有工業(yè)頻率在世界各地都無法獲得。但是這樣的網(wǎng)絡(luò)甚至沒有接近5G的性能范圍。“直到現(xiàn)在，隨著工業(yè)5G的出現(xiàn)，

然而，盡管前景看好，但5G技術(shù)尚未普及。盡管國際移動(dòng)無線電標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP（第三代合作伙伴計(jì)劃）在2018年底公布了商用移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)的5G組件標(biāo)準(zhǔn)，但它仍然沒有公布對(duì)工業(yè)5G標(biāo)準(zhǔn)的任何具體要求。它預(yù)計(jì)到2020年中期將填補(bǔ)這一空白。此外，在德國，很長一段時(shí)間內(nèi)工業(yè)公司是否能夠使用自己的頻段或依賴電信公司尚不清楚。 

在美國和中國推廣5G

該問題由國際保護(hù)工業(yè)利益協(xié)會(huì)，5G聯(lián)網(wǎng)工業(yè)和自動(dòng)化聯(lián)盟（5G-ACIA）解決，其成員包括西門子和其他運(yùn)營技術(shù)（OT）和IT公司。由于他們的努力，可以在德國保留一個(gè)介于3.7和3.8千兆赫之間的100兆赫頻段，這些頻段可以由工業(yè)公司專門用于其本地網(wǎng)絡(luò)。“讓工業(yè)企業(yè)直接接觸這些頻率是有意義的，”Rotmensen說。“畢竟，我們是了解工廠要求的人 - 因此我們可以根據(jù)我們的具體應(yīng)用優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。”

安裝5G后，建立智能工廠將不再存在障礙 - 假設(shè)全球已建立工業(yè)5G。考慮到這一點(diǎn)，公司正在緊鑼密鼓地在兩個(gè)重要的全球市場(chǎng) - 美國和中國推出5G。“在本地工業(yè)網(wǎng)絡(luò)投入運(yùn)行之前，西門子將為工業(yè)5G提供解決方案，”Rotmensen說。“那是因?yàn)檫@種發(fā)展當(dāng)然在很長一段時(shí)間內(nèi)都在西門子以及其他公司展開。”

現(xiàn)實(shí)的期望

關(guān)于5G的機(jī)遇和限制，西門子工業(yè)通信與識(shí)別總經(jīng)理Herbert Wegmann提出三個(gè)問題。

人們一直在談?wù)?G，但工業(yè)5G的標(biāo)準(zhǔn)要到2020年中才會(huì)公布。你不耐心嗎？

赫爾曼韋格曼：不，因?yàn)楝F(xiàn)在只是一個(gè)時(shí)間問題。重要的是，工業(yè)公司的要求正在國際移動(dòng)無線電標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP的16版（預(yù)期M2020）和17版（預(yù)期的E2020）中標(biāo)準(zhǔn)化。更重要的是，促進(jìn)系統(tǒng)被工業(yè)公司接受的另一個(gè)重要步驟是聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局決定讓希望在工廠中使用5G的公司創(chuàng)建自己的本地網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在很明顯，在德國，我們可以使用3.7和3.8 GHz之間的100 MHz頻段用于高質(zhì)量服務(wù)的工業(yè)應(yīng)用。我們對(duì)此感到高興，不僅因?yàn)槲覀兲岢@一政策，而且因?yàn)楣I(yè)5G將使我們完全連接工業(yè)。

5G的哪個(gè)方面給你留下深刻的印象？

Wegmann：數(shù)字 - 每平方公里100萬個(gè)連接單元，傳輸速率高達(dá)每秒20千兆位，反應(yīng)時(shí)間僅為幾毫秒。這些數(shù)字不言自明。但令我印象深刻的是工業(yè)5G將成為可能的事情。它可用于開發(fā)全新且靈活的工廠概念。公司將能夠隨時(shí)根據(jù)當(dāng)前情況動(dòng)態(tài)調(diào)整其生產(chǎn)區(qū)域，而無需對(duì)其基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行重大更改。一旦我們開始意識(shí)到這些可能性，我們就不會(huì)達(dá)到自組織工廠的愿景。

什么是5G的限制？

韋格曼：當(dāng)然，我們須有現(xiàn)實(shí)的期望。如果您想象5G的三個(gè)優(yōu)點(diǎn) - 帶寬，連接設(shè)備的數(shù)量和服務(wù)質(zhì)量 - 在三角形中，您無法無限擴(kuò)展所有三個(gè)方面。對(duì)于工業(yè)應(yīng)用，這意味著如果您需要為確定性自動(dòng)化系統(tǒng)提供高質(zhì)量的服務(wù)，您將不再擁有5G的全部帶寬或大數(shù)量結(jié)構(gòu)。這就是本地頻段對(duì)工業(yè)企業(yè)如此重要的原因。這是每個(gè)用戶以與有線時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）系統(tǒng)的方法類似的方式為其應(yīng)用優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)的方式。