5G与工业互联网融合应用的思考研究

刘健源

摘 要：5G与工业互联网的融合不仅改变工业企业的生产以及组织方法，还将促进工业企业生产以及运营形式的变化。我国高度重视5G与工业互联网的融合与发展。我国企业积极开展着陆实践，摸索该类行业各个方面的5G应用，而得到积极科研成果。尽管我国的5G以及工业互联网有着良好的发展势头，然而5G以及工业互联网融合应用的实现仍应当摆脱若干限制。

关键词：5G;5G与工业互联网意义;工业互联网;场景;需求分析

分类号：TN929.5;TP393.09

引言

自从2019年我国开始提出将5G技术用于商业发展并加强了人工智能，工业互联网和物联网探索领域的加速探索以来，5G时代逐渐临近。5G时代的发展趋势以及5G时代带给世界的重要进步是“工业互联网”的发展。5G技术的集成式工业互联网已经成为该行业未来发展的总方向，其带来的经济利益不仅对我国的经济发展的质变可能导致全球产业的变化。

一、发展5G与工业互联网的意义重大

“5G与制造业互联网”为数字化转型提供了强劲的原动力。扶持5G的应用情景可以从人的互联网发展到万物互联，可以从移动互联网发展到移动物联网，以适应大规模讯息搜集、大数据处理以及远程控制的需求。妥善处理大量数据资料时，操作技能差距逐步扩大，而且商品以及服务之间存在差异。“5G与工业互联网”在垂直领域的整合应用将引领行业的网络化拓展。随着“5G以及工业互联网”逐步渗透到现代农业以及物流业，智能能源以及智能交通等新形式以及新业务管理将诞生，新的增长点将继续取得培育。新的空间拓展以及无限的发展注入数字总体经济的气力。

“5G以及工业互联网”加快了新基础架构的演变以及升级。工业互联网应是一种将下一代信息内容以及通信技术与实体总体经济深度融合的商品以及独特媒体工具，而且应是诸如移动通信、大数据资料以及人工智能等信息内容以及通信技术的先进科研成果的集合，它们应是数字化、因特网以及智能开发的重要基础架构。5G与工业互联网的集成与发展加快了新一代高速、智能、无处不在、安全以及低碳信息网络的构建，进一步提高了现有基础设施的智能技术水平，建立了新的基础设施，提供了高质量的服务。

二、5G成为工业转型升级必不可少的技术

目前，我国的工业得到了迅速的发展，各行各业随着市场的不断更新也在逐渐进行着转型和升级。在提高可维修性的同时，有必要确保自己的行业特征和企业特征，这对企业有很大的影响。 5G技术前所未有的数据速率和极低的等待时间为将来的工业制造之间的信息交换提供了前所未有的便利，并在企业和用户之间建立了更广泛、更流畅的通信桥梁。毫无疑问，这是传统生产方法所面临的另一个挑战。使用5G技术，一线员工可以接收实时指令。甚至在将来，5G技术也可以应用在人工智能和人工人类领域，将企业生产转移到无人生产。 5G技术带来的高数据交互功能使整个生产模型持续智能化和网络化。

三、开展顶层布局

早在2017年底，我国国务院就发布了《关于深化互联网+先进制造业发展工业互联网的指导意见》，正式将5G作为我们的主要网络基础。并且已开始测试应用程序以集成各个行业的5G技术，我国已经在5G技术方面處于世界领先地位，截至15年，我国相关电子行业正在依靠自己的技术开发世界领先的5G电子设备和芯片。

在5G商业化方面，工业互联网技术也日趋成熟和发展，截至2019年底，我国有60多家工业互联网连接企业，工业互联网用户数超过50万，企业软件也在快速增长，由于企业两个房间之间的连接，工业互联网的范围和覆盖范围也在不断扩大。

四、5G加工业互联网的创新发展

我国在5G技术上一直处于领先地位，但是在新技术的发展中仍然有很多问题需要解决。

1.发展战略不断深入

关于我国5G+工业互联网512项目实施计划的相关要求，5G企业在建立自己的企业内部网络时应加强各种能力测试，并不断寻求技术应用能力和发展方向。我国企业在申请应用程序时应积极寻求发展道路，为将来的加速发展打下坚实的基础。

2.加强技术标准研发

我国目前拥有一支由众多科技人才组成的5G技术研发团队。 在逐步向社会推广的过程中，有必要加强技术本身的研究和突破，以使5G技术能够发挥更大的作用。当应用于工业互联网时，我国更好的功能和5G技术的发展速度将继续处于世界前列。

3.构建完整生态链

工业互联网的应用不仅需要先进的5G技术的应用，而且还需要在工业企业之间形成协同效应，各企业之间需要不断加强联系，形成一个完整的生态链，实现数据共享，合作共赢。

五、工业互联网的典型场景梳理与需求分析

传统制造业应用主要用作工厂自动化、流程自动化、HML以及IT子系统、物流以及仓库自动化、自动化的监控以及保护。随着第四次工业革命的来临，工业现场的需求现已大大拓展，工业应用需求现已从现有功能需求拓展到完全拓展的功能需求以及完全详细的接口类型。各种垂直行业的常见需求情景主要包含超高清音视频、机器人视觉效果、远程控制、AGV、无人机等。以下阐述了上述常见的应用情景，分析了关键的经济指标。

1.超高清视频

超高清音视频的传输应用要求应是制造业互联网垂直行业的普遍要求。超高清视频能用作常规监视安全性、小视频录像。然而更重要的应是，它们提供了智能以及自动化的图象分析功能应用程序。包含鉴于图像识别的面部辨别、字符识别，它们扶持精细制造业场合，譬如对象辨别以及行为分析、自动化的安全管理、流程管理、重大事故等的预警。

对于图像和视频捕获和传输1080P，通常应支持2-10Mbps的上行传输速率，并支持30ms或更短的通信延迟。 对于用于面部识别和其他应用的高清视频，它通常应支持4K分辨率的图像。由于上行链路传输速率的限制，基于4G的传输通常可以支持108OP信号的单链路传输和多链路同时传输，但是对于4K和8K视频传输，只能支持4K单链路传输。 受核心网络侧的通信延迟的限制，难以满足30ms以下的通信延迟。

2.机器视觉

在工业现场，机器视觉主要用于生产过程的精细控制，并与工业现场的生产信息管理系统结合使用。启用产品识别和测试、材料、生产设备和产品等物体的放置、测量、排序等

为了实时上载机器视觉前端图像信息，通常需要支持50 Mbps及更高的上行链路速率，以实现8K视频的完整实时传输，还需要支持少于20毫秒通信延迟。后端生产信息管理系统的信息反馈，通常，这是相应的管理和调度指令，并且必须支持1 Mbps和更高的下行链路传输速度以及小于100毫秒的延迟。现今鉴于4G的传输无法适应机器人视觉效果前端图形讯息的实时推送要求。

3.远程控制

工业现场远程控制的典型应用主要是建筑挖掘机、开采设备、港口码头起重机、公园运输车辆等，并且对低等待时间和上行链路传输速度的要求很高。

对于远程控制前端设备的视频返回，通常应支持8K视频传输要求，并支持50Mbps或更高的上行链路传输速率， 时间延迟应小于20ms。 远程控制后端控制命令的传输应支持50kbps或更高的下行链路传输速率，时间延迟应小于10ms。 基于4G的传输当前无法满足上述延迟要求，并且不能满足8K视频传输要求。

4.AGV

云化的AGV可以在工业用地上启用自动化物流配送、货品装卸、对象妥善处理及对象分类之类的服务器。AGV服务器应该实时感知及管理决策，对于上行链路速率及延迟有重要要求。

适用于传统的调度通信和设备状态管理应用程序。通常，它应支持1Mbps上行链路传输速度，延时小于100ms。使用激光雷达等方法时。与实时感知，路由和决策相关的信息，需要与云进行交互。必须支持高达200Mbps的上行链路传输速度。时间延迟应支持20ms-40ms。对于需要根据其视觉与云进行交互的其他应用程序，通常支持高达1 Gbps的上行链路传输速度，并且延迟应支持10毫秒至100毫秒之间。当前基于4G的传输仅支持AGV前端预处理方法的应用，很难满足云计算和处理的传输需求。

5.无人机

无人机可用于工业园区的安全和设备检查、事故监测和预警。主要的通信需求（例如智能物流）是低延迟和较高的上行链路传输速度。

诸如无人值守安全之类的传统监视应用程序应支持25Mbps（4K）及以上的上行链路传输速度和600kpbs及以上的下行链路传输速度，且延迟小于10ms。用于无人检查、复杂的应用程序，例如事故监测和预警。它必须支持100Mbps（8K）及以上的上行链路传输速度以及600kps及以上的下行链路传输速度，且延迟小于10ms。当前基于4G的传输无法满足无人机实时控制的延迟要求，并且只能支持4K单链路上行链路传输。

六、结束语

当前，我国的5G技术正逐步进入商业阶段，具有初步开发的原型并保持在世界舞台上的领先地位，为了保持这一领先地位并确保持续发展，政府需要鼓励技术行业领导者和电信行业共同合作，在跨界经济发展机遇的背景下，所有行业都必须积极适应时代潮流，分享其发展经验和为技术创新创造良好条件。工业企业要积极探索未来的转型发展方向，发现与时代相适应的发展模式和生产模式，建立坚实的物质基础和发展空间。

参考文献：

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