(網(wǎng)經社訊)一、 引言
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)生產與互聯(lián)網(wǎng)技術相互結合的新型工業(yè)架構，是第4次工業(yè)革命的重要部分，是實現(xiàn)工業(yè)制造的網(wǎng)絡化和智能化的關鍵。5G移動通信系統(tǒng)作為當今前沿技術，具有覆蓋廣、功耗小、時延低等優(yōu)點，可提供無縫業(yè)務體驗，構建性能優(yōu)異的5G網(wǎng)絡將會有力促進互聯(lián)網(wǎng)應用的高速發(fā)展，加強此方面研究具有重要的現(xiàn)實意義。
二、“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展背景
近年來，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G技術等的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)正在邁入全新的時代，基于國家政策、市場經濟的雙重推動下，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”正在掀起新的熱潮。
什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？簡單來說，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代通信技術與工業(yè)領域深度融合的產物，也是現(xiàn)代工業(yè)智能化發(fā)展的必然要求。2017年11月，國務院印發(fā)《深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見》，明確提出要持續(xù)提升我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展水平。2018～2020年是我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設起步階段，也是關鍵階段，必須進一步夯實網(wǎng)絡基礎，打造多層次、系統(tǒng)化的平臺發(fā)展體系，加大關鍵共性技術攻關力度，切實實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設及推廣。
三、 5G環(huán)境下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)主要包括網(wǎng)絡體系、平臺體系和安全保障體系三個部分，其中網(wǎng)絡體系是重要基礎，構建低時延、高可靠、廣覆蓋的網(wǎng)絡結構，方可真正實現(xiàn)工業(yè)全要素、各環(huán)節(jié)的深度互聯(lián)。
（一）5G技術需求
為實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)步發(fā)展，需積極開展相關基礎設施升級改造工作，積極利用先進的通信技術，包括：軟件定義網(wǎng)絡、5G、低功耗廣域網(wǎng)等，實現(xiàn)工廠內網(wǎng)絡 IP化、扁平化、柔性化發(fā)展，工廠外網(wǎng)絡低時延、高可靠、廣覆蓋發(fā)展。
5G需解決的不僅是人與人的連接，更是人與物、物與物的連接問題，綜合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展需求，對5G系統(tǒng)提出了以下技術需求：
1.傳輸速率需求，要求提高10～100倍，同時用戶體驗速率、用戶峰值速率分別達0.1～1Gb/s、10Gb/s；
2.時延需求，要求時延降低5～10倍，達毫秒量級；
3.設備連接密度需求，要求提高10～100倍，達600萬個/km2；
4.流量密度需求，要求提高100～1000倍，達
20Tbps/km2；
5.移動性需求，要求超過500km/h，提高用戶體驗。
（二）5G關鍵技術
在5G技術發(fā)展方面，4T4R、Massive MIMO、NBIoT等幾項技術都表現(xiàn)出較快應用趨勢。作為5G的起步配置，4T4R技術已經在全球50多張網(wǎng)絡規(guī)模部署，Massive MIMO TDD制式也開始運用，多個國家發(fā)布了NB-IoT商用戰(zhàn)略。
NB-IoT（Narrow band Internet of Thing），即：窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，此技術支持海量連接，可全面提高覆蓋廣度，具有低功耗、低成本、小功耗的特點，與廣泛商用的2G/3G/4G 及其他無線技術相比，優(yōu)勢顯著。
2014年5月，華為、沃達豐、中國移動、Orange、TelecomItaly等公司主導的3GPP NB-IoT GERAN Study Item 立項，2016年9月完成性能部分的標準制定，12月完成最后的一致性測試標準，其繼承了LTE 的技術特征，物理層基本兼容 LTE 的技術標準，有利于實現(xiàn)網(wǎng)絡快速部署，減小改造建設成本。
四、 5G環(huán)境下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用情況分析
（一）項目背景
本文以墻板工業(yè)生產制造為例，對5G環(huán)境下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用情況展開分析。墻板工業(yè)生產過程中，模具車主要采用分布控制、集中控制兩種方法，前者主要是利用模具車PLC 控制系統(tǒng)完成，具有模具車移動、定位、測距防碰撞等工程；后者主要是利用主控 PLC 控制系統(tǒng)完成，具有位置定位功能，可在裝模排隊、注漿排隊中指定模具車啟動行走，在養(yǎng)護排隊中指定軌道和養(yǎng)護時間。
近年來，墻板工業(yè)生產規(guī)模進一步擴大，上述控制方式已經無法滿足實際生產需求，存在組網(wǎng)容量小、可靠性差等問題，為提高廠房通信質量，決定引進無線通信組網(wǎng)，采用一對多的控制—生產模式（圖1），并利用5G網(wǎng)絡中的 NB-IoT技術解決控制—生產中的通信問題。
（二） 5G環(huán)境下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用情況
在廠房生產中，采用NB-IoT技術的車輛檢測器，可直接將信息上報至運營商無線網(wǎng)絡，無需匯聚網(wǎng)關，同時可提供運營商級別的網(wǎng)絡保障，整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可靠性、安全性均較好。
1.NB-IoT 網(wǎng)絡部署
本次NB-IoT網(wǎng)絡部署情況如下圖2所示，具體可分為三個層面：終端側、運營商網(wǎng)絡、用戶界面，具體介紹如下：
終端側：此層面主要是在模具車中加裝中控模塊，通信模組采用Boudica芯片，具體功能包括：①監(jiān)測模具車工作狀態(tài)，包括：行駛狀態(tài)、停止狀態(tài)、故障狀態(tài)；②控制模具車進行預先編程的生產動作；③與控制中心實現(xiàn)無線通信，上報模具車工作狀態(tài)或接收控制指令。
運營商網(wǎng)絡：本廠房采用的是電信運營商網(wǎng)絡，此層面包括三個部分：①NB-IoT 基站；②核心網(wǎng)元，具有網(wǎng)關交互、計費等功能；③B-IoT 管理平臺，此部分主要負責對接用戶的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、轉發(fā)。
用戶界面工廠：本廠房采用的是自行開發(fā)的遠程控制平臺軟件，具體功能包括：①狀態(tài)檢測：遠程檢測廠房內模具車工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常及時報警；②軌跡監(jiān)控：實時獲取廠房內模具車運行軌跡，并在人機界面上實時顯示；③遠程控制：通過軟件算法獲取模具車最佳運行路線，并利用無線網(wǎng)絡下發(fā)控制指令，令模具車實施相應動作。
2.應用效果
本廠房通過NB-IoT技術和一對多的控制—生產模式的應用，有效實現(xiàn)了工廠控制中心、生產中心的互相分離，如下圖所示即為基于5G技術的廠房控制網(wǎng)絡，通過一個控制中心，即可管理多個廠房的模具車，大大減少了工作人員的勞動量，極少數(shù)的工作人員即可操作海量生產設備，生產效率與精度均較高，大大提升了工業(yè)生產的自動化、智能化程度。
五、 結語
綜上所述，深入實施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設是實現(xiàn)我國產業(yè)發(fā)展發(fā)的一大關鍵，將先進的5G網(wǎng)絡應用于工廠之間、企業(yè)之間、工業(yè)制造與消費者之間的互聯(lián)，將會有力地推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)理念從狹義走向廣義，使傳統(tǒng)、單一的制造系統(tǒng)融入到現(xiàn)代電子商務的大潮中。（來源：中國信息化 文/郭柯灑 編選：電子商務研究中心）
