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发表人：蓝先生 |
发表时间：2020/7/18 11:34:00 |
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| 本栏论题： |
5G工业应用有哪些实际应用场景？ [689] |
5G 牌照发放以来，各界对 5G 的热情一直不减，尤其工信部苗部长最近还说 5G 的主要应用在工业互联网领域。但 5G 到底在工业有哪些实际应用场景？5G 作为公共的蜂窝网络，又如何应用在局域网为主的工厂？回答这些问题前，我们可能还要从原理和部署模式出发，搞清一些重要问题，才能真正理解 5G 将如何用于工业场景。
一、目前 5G 不完全等于运营商商用网络
首先我们要搞清楚的是，我们所期待的 5G 工业应用，和目前的各地 5G 运营商网络建设，还有着明显的区别。
通常讲到 5G，我们会提到 5G 支持三种基本类型的通信：增强型移动宽带（eMBB），大规模机器类型通信（mMTC）和高可靠低延迟通信（URLLC）。正是这 3 种通信的各种优点，让人们对 5G 在工业的应用充满了想象。
但我们必须注意的是，目前 5G 标准是分阶段的，现在冻结的 R15 版本主要面向 eMBB 大带宽业务的，面向 uRLLC 的高可靠低延时标准 R16 版本还在制定中，预计今年年底才冻结，eMTC 的则更晚。R16 版本冻结前，目前的 5G（R15 版本标准）应用主要还是围绕大带宽数据传输展开，当前讨论高可靠低时延的应用还是以畅想为主，至少目前运营商自己通过 5G 网络开展的应用，并没有 uRLLC 的部分。
不过，目前已经应用的 5G 案例有很多也提到了低延迟，但主要是得益于 5G 的高传输速率。很多延迟能够降到 20ms 水平，但还达不到 uRLLC 标准的 1ms 级别要求。但研发通信设备的华为等，倒确实是在 1ms 级 uRLLC 方面有一些试点项目，如 X Labs 实现了 5G 下 1ms 的延迟实现倒立摆实时控制，与 Festo 测试云化 AGV 远程闭环控制，与 Beckoff 实现 PLC 无线通信等，但还未大规模商用。不排除部分企业和运营商、华为等合作在厂内建设了 1ms 级延迟的 5G 切片，并开展工业实时控制方面的应用试点。
二、5G 的两大类应用方向
在这样的技术现状下，5G 在工业领域，其实主要有 2 大类应用方式：
方式 1：工厂内布置 5G 网络，用于设备数据通信，大规模数据传输等
提到工厂内的应用，最容易想到的还是控制。工业控制大致分为设备级，产线级和车间级，设备级和产线级对可靠性和延时要求很高，又很少移动，因此在 uRLLC 完成前，目前主要还需要通过现场总线等有线方式。车间级网络的布置和控制倒是有 5G 应用的空间。
随着工业互联网的发展，越来越多的车间设备，如机床、机器人、AGV 等开始接入工厂内网，尤其是 AGV 等移动设备的通信，有线网络难以满足，对工厂内网的灵活性和带宽要求越来越高。传统工厂有线网络可靠性带宽高，但是灵活性较差，无线网络灵活性较高，但是可靠性，覆盖范围，接入数量等都存在不足。兼具灵活性、高带宽和多终端接入特点的 5G，成为承载工厂内设备接入和通信的新选择。
由于 1ms 级的 uRLLC 标准还未定，当前应用试点的 5G 设备数据通信主要是基于 5G 大带宽和接入设备量多的特性，带来的延迟下降及更好的可靠性，替换目前的 WiFi 类无线通信方案。
WiFi 目前用于设备通信主要问题是和 4G 网络频段接近，易被干扰，覆盖能力不足，接入能力不足。5G 网络相比 WiFi 的优势，主要是传输速率更快，延时更低，支持同时接入的设备更多，通信的抗干扰性更强。
5G 传输速度相比 WiFi 提升还算明显。WiFi 分为 2.4Ghz 和 5Ghz 两种，5Ghz WiFi 工作在 5Ghz 频段，速度更快，目前典型的 5G WiFi 峰值速率约 1.7Gbps 左右。5G 网络采用 eLTE 技术，我国确定的工作频段也在 3Ghz-5Ghz，在 100MHz 带宽下，5G 网络可实现 10Gbps 峰值速率， 要高于 5G WiFi。WiFi 的下一代标准 WiFi 6，也可以达到 9.6Gbps 峰值速率，但离普及还有一定距离。
速度快带来延时的降低。有些工厂 AGV 实测传输延迟从几百 ms 降低到几十甚至几 ms。喜临门的 5G 网络将数据采集延时从 45-200ms 降低到了 25ms 左右。新安化工园将多个数据采集终端通过 PLC 汇聚后接入 5G 网络，实现控制平台实时监测，一旦发现数据异常，立即报警并启动反向控制系统，端到端时延平均在 20ms 左右。
5G 支持的设备接入也更多。新凤鸣集团长丝生产车间在 5G 网络下，企业数据采集点位从 8 万个提升到 21 万个。
构建好 5G 工厂网络后，其应用主要有 3 个方面：
1. 设备数据采集。武汉中科虹信车间的 5G 示范线、新凤鸣集团长丝生产车间、湖州诺力四期智能工厂、喜临门 3 条袋装弹簧生产线、2 条绗缝生产线、新安化工园等，都布置 5G 网络用于设备数据采集和通信。
2.AGV 通信和控制。AGV、叉车等厂内车辆，目前正在普及无人自动控制和调度，但由于设备持续移动，通信和控制不适合使用有线网络，因此对无线网络需求明显。当前 AGV 的无线通信主要通过 WiFi，新凤鸣、兆丰机电、山推车间则已经在应用基于 5G 通信的 AGV。未来厂区内只要 5G 无线网络覆盖到的地方，就都可以实现 AGV 的运行。
3. 大规模数据传输及云 + 边分析。图像、视频等大规模数据，从前只能通过有线传输，或无线延迟较高，如今则可以通过 5G 传输，并 |
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