5G能為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)做些什么

一 . 從消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

在這個互聯(lián)網(wǎng)如我們生活中的水和電一樣無孔不入的時代，不能聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備是可恥的。它們像是一個一個的信息孤島，原始而靜寂。

然而 50 年前，這樣的信息孤島卻是這個世界的常態(tài)，直到美國阿帕網(wǎng)的誕生。

它一開始僅用于軍事，但一投入民用，便爆發(fā)出了空前的生命力，以「互聯(lián)網(wǎng)」成其名。

這張互聯(lián)網(wǎng)在全球急劇擴(kuò)張，把其神經(jīng)末梢延伸到了地球的每一個角落。

曾經(jīng)，這個末梢是無數(shù)的個人電腦（Personal Computer，簡稱 PC 機(jī)），顯示器背后的人們孜孜不倦地汲取著外部世界的信息，同時向外傳播自己的聲音。

這張由大量 PC 機(jī)終端組成的互聯(lián)網(wǎng)就叫做 PC 互聯(lián)網(wǎng)。但 PC 機(jī)大而重，沒法隨身攜帶，人又不可能隨時都守在電腦跟前，所以有了「在線」和「離線」的概念。在電腦跟前，信息可達(dá)就是「在線」，反之就是「離線」。

隨著 3G 和 4G 網(wǎng)絡(luò)帶來的高速上網(wǎng)服務(wù)，以及智能手機(jī)的普及，手機(jī)逐漸取代 PC 機(jī)成為了互聯(lián)網(wǎng)的末梢，移動互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展，并幾乎覆蓋了幾乎所有的智能手機(jī)用戶。

手機(jī)的特點(diǎn)是可以揣在兜里隨身攜帶，并且 4G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋完善隨時可達(dá)，原先「在線」和「離線」的說法就沒有了意義。也就是說，在移動互聯(lián)網(wǎng)時代，大家都是「實(shí)時在線」的。

移動互聯(lián)網(wǎng)是一個劃時代的革命，它深刻地改變了人們（尤其是中國人）的生活方式。手機(jī)在手，生活無憂，出門可以不帶錢，但沒了手機(jī)就寸步難行。

隨著智能手機(jī)普及率的不斷提升，人口紅利趨近結(jié)束，移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)接近飽和狀態(tài)。

于是，為了尋求新的藍(lán)海，互聯(lián)網(wǎng)的概念進(jìn)一步擴(kuò)展，從「生活方式」向「生產(chǎn)工具」的不斷延伸。

這樣一來，原先的 PC 互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)被被統(tǒng)稱為「消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)」。

和消費(fèi)這個詞對應(yīng)的，自然就是生產(chǎn)，因此用于生產(chǎn)的互聯(lián)網(wǎng)就被稱作「工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)」。

二 . 什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？

早在 2012 年，美國通用電氣公司在提出「工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)」這個概念時，是這么說的：「工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，就是把人、數(shù)據(jù)和機(jī)器連接起來」。

也就是說，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的三要素，是人、數(shù)據(jù)、機(jī)器。

人和人的連接，就是傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)；物和物（機(jī)器）之間的連接，就是近來發(fā)展迅速的物聯(lián)網(wǎng)；而網(wǎng)絡(luò)存在的核心，自然就是數(shù)據(jù)中蘊(yùn)藏的巨大價值。

可以看出，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)其實(shí)并太多沒有新的技術(shù)，更多的是架構(gòu)的整合，從而把互聯(lián)網(wǎng)中成熟的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)移植到工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用中，用于效率的提升。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以從「網(wǎng)絡(luò)」，「數(shù)據(jù)」和「安全」這三個方面來理解。

網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)，即通過互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)全系統(tǒng)的互聯(lián)互通，促進(jìn)工業(yè)數(shù)據(jù)的充分流動和無縫集成。

數(shù)據(jù)是核心，即通過網(wǎng)絡(luò)采集得到的工業(yè)生產(chǎn)全周期的海量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，形成基于數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器彈性生產(chǎn)，運(yùn)營管理優(yōu)化，生產(chǎn)協(xié)同組織以及商業(yè)模式創(chuàng)新。

安全是保障，如果沒有嚴(yán)密的安全保障體系，上層的應(yīng)用就無從談起，網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)的價值就難以得到良好的應(yīng)用。

上圖是蜉蝣君根據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的圖重繪的，可以看出在物理系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)，安全，以及應(yīng)用和用戶中存在三個閉環(huán)（也就是圖中三個紅色的虛線圓圈）。

首先是面向設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化的閉環(huán)。通過工廠車間內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采集機(jī)器操作數(shù)據(jù)和生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)，再經(jīng)過邊緣計(jì)算進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的動態(tài)智能調(diào)整和生產(chǎn)質(zhì)量控制。

然后是生產(chǎn)運(yùn)營優(yōu)化的閉環(huán)。其核心是基于上一層閉環(huán)中的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進(jìn)行生產(chǎn)建模，仿真和分析，并將結(jié)論用于車間 / 工廠 / 企業(yè)的運(yùn)營決策優(yōu)化。

最后是面向企業(yè)協(xié)同，用戶交互及企業(yè)服務(wù)優(yōu)化的閉環(huán)。這一層次的閉環(huán)終于走出了企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)的范圍，真正實(shí)現(xiàn)了企業(yè)間的工業(yè)系統(tǒng)互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享?？捎糜谄髽I(yè)之間的資源組織，商業(yè)活動創(chuàng)新，形成網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，個性化定制，服務(wù)化延伸等新模式。

三 . 5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？

說了這么多，5G 到底能在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中承擔(dān)哪些重任呢？

我們還是先祭出這張經(jīng)典的圖片。三角形的三個頂點(diǎn)國際電聯(lián)定義的就是 5G 三大應(yīng)用場景：增強(qiáng)型移動寬帶（eMBB），大規(guī)模機(jī)器類型通信（mMTC），超可靠和低延時通信（uRLLC）。

如果 5G 像 4G 一樣，僅僅用于支撐消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的話，僅僅需要 eMBB 就足夠了。

畢竟普通手機(jī)用戶要的是網(wǎng)速，所謂的 mMTC 專注于大連接數(shù)，速率低和時延大，在手機(jī)上毫無用武之地；那么 uRLLC 呢？人的反應(yīng)速度至少就要 100 毫秒了，5G 在手機(jī)上要 1 毫秒的超低時延完全沒有意義。

也就是說，5G 的大部分應(yīng)用場景都不是給人用的，理所當(dāng)然也就不是給消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)用的。那給誰用呢？結(jié)果顯而易見，那就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)包含多個不同的垂直行業(yè)，需求包羅萬象，5G 要在其中發(fā)揮作用，無非是作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，然后借助它高速率，大連接，與超可靠低時延這三項(xiàng)能力，在其上構(gòu)筑適合的行業(yè)應(yīng)用。

這些行業(yè)應(yīng)用在初期大多用于智慧園區(qū)的安防，巡檢，遠(yuǎn)程協(xié)助，虛擬培訓(xùn)等外圍應(yīng)用，用于核心的工業(yè)制造控制還比較困難，隨著業(yè)界不斷的研究和試探，待到更多應(yīng)用的成熟，后續(xù)才會逐步觸碰到工業(yè)核心控制環(huán)節(jié)。

以下是一些 5G 用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的例子。

1、5G+超高清視頻：隨著技術(shù)的發(fā)展，超高清視頻已經(jīng)不再局限于監(jiān)視，錄像，回放等傳統(tǒng)功能，對視頻流的清晰及流暢度提出了更高的要求。

在工業(yè)環(huán)境下高清視頻的主要應(yīng)用是：智慧園區(qū)的安防，人員管理等場景。

通過 5G 將采集的監(jiān)控視頻 / 圖像實(shí)時回傳，結(jié)合邊緣計(jì)算（MEC）統(tǒng)一監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)人員違規(guī)，廠區(qū)環(huán)境風(fēng)險監(jiān)控的實(shí)時分析和報警，提高作業(yè)安全性。

在超高清采集分析的技術(shù)上，經(jīng)過人工智能的分析，視頻應(yīng)用逐漸向字符識別，人臉識別，視覺定位，行為分析，物體識別，物體測量，物體分揀等智能化發(fā)展，也就可稱之為「機(jī)器視覺」。

到了這個層次，5G+機(jī)器視覺就可以用于工業(yè)生產(chǎn)的某些環(huán)節(jié)了。

2、5G+VR/AR：VR 需要超高帶寬和時延才能讓人虛擬現(xiàn)實(shí)的感受更真實(shí)，而 AR 對帶寬和時延的要求相對來說寬松一些。

VR 由于沉浸，交互和構(gòu)想這三大特點(diǎn)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的主要應(yīng)用是虛擬裝配，虛擬培訓(xùn)，虛擬展廳等場景，720°全景的展示讓人身臨其境，信息傳遞更豐富而直觀。

AR 則融入到了工業(yè)制造的交互，營銷，設(shè)計(jì)，采購，生產(chǎn)，物流和服務(wù)等多個環(huán)節(jié)。

比如，通過 AR 遠(yuǎn)程協(xié)助，專家可遠(yuǎn)程在 AR 眼鏡中實(shí)時標(biāo)注設(shè)備狀態(tài)和操作方法，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場人員和遠(yuǎn)程專家等零距離溝通。

3、5G+無人機(jī)：工業(yè)級無人機(jī)可以通過 5G 進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，并進(jìn)行實(shí)時高清視頻回傳，可用于智慧園區(qū)的 24 小時不間歇，無死角的安防，或者惡劣環(huán)境下的設(shè)備巡檢等場景。

4、5G+遠(yuǎn)程控制：在工業(yè)環(huán)境中，很多場景不適合人進(jìn)行作業(yè)，比如高位，高空，有毒等惡劣環(huán)境，這就需要遠(yuǎn)程控制。

遠(yuǎn)程控制不但需要超高清視頻的回傳，還需要極低的時延和可靠性。5G 正好可以滿足這些方面的要求。

在上述幾種應(yīng)用場景中，5G 與超高清視頻的融合應(yīng)用已進(jìn)入成熟期，將成為 5G 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的第一批應(yīng)用場景。

5G+VR/VR，5G+無人機(jī)以及 5G+機(jī)器視覺等應(yīng)用已進(jìn)入高速發(fā)展期，經(jīng)濟(jì)價值逐漸顯現(xiàn)，未來將成為 5G 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的主流應(yīng)用場景。

5G+遠(yuǎn)程控制等應(yīng)用涉及工業(yè)核心控制環(huán)節(jié)，目前還處于探索期，還有待進(jìn)一步的測試驗(yàn)證。

實(shí)現(xiàn)以上的應(yīng)用場景需要兩個關(guān)鍵技術(shù)：5G 網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計(jì)算。

5G 網(wǎng)絡(luò)切片在一個物理網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)多個資源隔離的邏輯網(wǎng)絡(luò)。

不同特點(diǎn)的應(yīng)用，對于網(wǎng)絡(luò)的需求千差萬別。有的要求大帶寬，有的要求大連接，還有的要求低時延，同一網(wǎng)絡(luò)下同時滿足這些要求代價很大，而網(wǎng)絡(luò)切片可以通過給它們定制不同的邏輯網(wǎng)絡(luò)來滿足。

綜合商業(yè)視角，切片網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)架構(gòu)包括商業(yè)層，切片管理層和網(wǎng)絡(luò)層。

商業(yè)層為垂直客戶提供切片設(shè)計(jì)服務(wù)以及購買入口；切片管理層提供切片調(diào)度，管理和實(shí)例化；切片網(wǎng)絡(luò)層就是支撐上層應(yīng)用的物理設(shè)備和邏輯模塊。

邊緣計(jì)算（MEC，Multi-access Edge Computing，多接入邊緣計(jì)算），就是讓大量的數(shù)據(jù)計(jì)算在網(wǎng)絡(luò)的邊緣就近進(jìn)行。

這樣不但可以降低時延，還可以減少向上的傳輸帶寬，更重要的是把關(guān)鍵數(shù)據(jù)保存在企業(yè)之內(nèi)，更具安全性。

5G 可天生支持 MEC。由于 5G 核心網(wǎng)采用了用戶面和控制面分離的服務(wù)化架構(gòu)，其用戶面單元 UPF 可以很方便得部署在企業(yè)內(nèi)，甚至 MEC 服務(wù)器之上，從而實(shí)現(xiàn)用戶面就近處理，關(guān)鍵數(shù)據(jù)也不會流出企業(yè)。

5G+MEC 的架構(gòu)如下圖所示。

綜上，有了 5G 對 eMBB，mMTC 和 uRLLC 這三大應(yīng)用場景，網(wǎng)絡(luò)切片，邊緣計(jì)算，以及核心網(wǎng)用戶面下沉的支持，才能更好地服務(wù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

并且，這些 5G 功能必須在 SA 場景下才能實(shí)現(xiàn)，這也是中國目前大力發(fā)展 5G SA 部署模式的原因之一。
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