工业5G - 未来的无线网络

智能手机用户以及工业公司都期待着新的5G无线移动标准的出现，这要归功于哪些公司能够连接他们的机器，从而使他们的生产工厂和内部物流操作更有效，更自主，更灵活比以往任何时候都。

今天，工厂中的大多数机器仍然通过电缆连接。但由于新的5G通信标准将于2020年开始在德国推出，因此在不久的将来几乎肯定会发生变化。它初的数据速度在1到5千兆位/秒之间，随后增加到每秒20千兆位 - 这一重大飞跃将使其比系统的前身LTE快10到20倍。

这对智能手机用户来说是个好消息，因为5G可以让他们随时随地观看4K电影。但对于工业公司而言，它意味着更多。这是工业4.0之路上的一个里程碑，其中综合数字服务和物联网将使智能工厂更加灵活和有效。 

5G设计为无线网络，可以统一一切，从自动货架系统到生产机器人，空调系统和控制台。它将是一个全面的网络，可以在没有任何电缆的情况下控制工厂。它坚固耐用，超快或配备舒适的带宽。“机遇是巨大的，”西门子无线工业通信产品管理负责人Sander Rotmensen说。“想象一下一个工厂综合体，其中自动驾驶车队在交货坡道，工厂大厅和仓库之间来回运输货物，备件或成品，其时间恰好适应生产计划。所有这一切都将由Industrial 5G实现。“ 

超快反应 

无论是汽车行业，化工公司还是电子制造业，5G对工业都具有吸引力。它可以在工厂综合体中传输每平方公里100万个物联网设备产生的数据。这可能涵盖完整的生产线及其相关的温度测量和流量传感器，以及自动移动机器人。

有史以来一次，毫秒范围下端的反应将是可能的，例如，如果摄像机识别传送带上的异物，则可以立即停止机器人手臂。此外，5G的高带宽将实现充分利用增强现实的潜力，这标志着人类与机器之间相互作用的新阶段。

由于这些优势，5G的市场预计将是巨大的。根据GSMA发布的“移动经济2019年报告” - 移动网络运营商协会 - 早在2025年，全球无线通信的15％将通过5G传输。如今，每年有6,100亿美元用于建设5G网络。根据这一预测，5G将在未来15年内为全球经济贡献2.2万亿美元，而这一增长将主要受制造业和公用事业的推动。

工业5G：新标准的诞生 

当然，工业中的无线通信并不新鲜。例如，今天西门子使用带有RUGGEDCOM WIN的私人WiMAX无线解决方案，用于多种用途，包括快速识别石油和天然气管道中的泄漏，监控和控制岛上的电力网络，以及工厂中的移动运输系统。此外，私人LTE网络偶尔也会在工厂和港口等地方使用。西门子已成功使用工业WLAN进行工业无线通信超过15年，并满足无线安全所需的所有要求。IWLAN还与工业5G并行进一步发展，因为5G的私有工业频率在世界各地都无法获得。但是这样的网络甚至没有接近5G的性能范围。“直到现在，随着工业5G的出现，

然而，尽管前景看好，但5G技术尚未普及。尽管国际移动无线电标准组织3GPP（第三代合作伙伴计划）在2018年底公布了商用移动无线网络的5G组件标准，但它仍然没有公布对工业5G标准的任何具体要求。它预计到2020年中期将填补这一空白。此外，在德国，很长一段时间内工业公司是否能够使用自己的频段或依赖电信公司尚不清楚。 

在美国和中国推广5G

该问题由国际保护工业利益协会，5G联网工业和自动化联盟（5G-ACIA）解决，其成员包括西门子和其他运营技术（OT）和IT公司。由于他们的努力，可以在德国保留一个介于3.7和3.8千兆赫之间的100兆赫频段，这些频段可以由工业公司专门用于其本地网络。“让工业企业直接接触这些频率是有意义的，”Rotmensen说。“毕竟，我们是了解工厂要求的人 - 因此我们可以根据我们的具体应用优化网络。”

安装5G后，建立智能工厂将不再存在障碍 - 假设全球已建立工业5G。考虑到这一点，公司正在紧锣密鼓地在两个重要的全球市场 - 美国和中国推出5G。“在本地工业网络投入运行之前，西门子将为工业5G提供解决方案，”Rotmensen说。“那是因为这种发展当然在很长一段时间内都在西门子以及其他公司展开。”

现实的期望

关于5G的机遇和限制，西门子工业通信与识别总经理Herbert Wegmann提出三个问题。

人们一直在谈论5G，但工业5G的标准要到2020年中才会公布。你不耐心吗？

赫尔曼韦格曼：不，因为现在只是一个时间问题。重要的是，工业公司的要求正在国际移动无线电标准组织3GPP的16版（预期M2020）和17版（预期的E2020）中标准化。更重要的是，促进系统被工业公司接受的另一个重要步骤是联邦网络局决定让希望在工厂中使用5G的公司创建自己的本地网络。现在很明显，在德国，我们可以使用3.7和3.8 GHz之间的100 MHz频段用于高质量服务的工业应用。我们对此感到高兴，不仅因为我们提倡这一政策，而且因为工业5G将使我们完全连接工业。

5G的哪个方面给你留下深刻的印象？

Wegmann：数字 - 每平方公里100万个连接单元，传输速率高达每秒20千兆位，反应时间仅为几毫秒。这些数字不言自明。但令我印象深刻的是工业5G将成为可能的事情。它可用于开发全新且灵活的工厂概念。公司将能够随时根据当前情况动态调整其生产区域，而无需对其基础架构进行重大更改。一旦我们开始意识到这些可能性，我们就不会达到自组织工厂的愿景。

什么是5G的限制？

韦格曼：当然，我们须有现实的期望。如果您想象5G的三个优点 - 带宽，连接设备的数量和服务质量 - 在三角形中，您无法无限扩展所有三个方面。对于工业应用，这意味着如果您需要为确定性自动化系统提供高质量的服务，您将不再拥有5G的全部带宽或大数量结构。这就是本地频段对工业企业如此重要的原因。这是每个用户以与有线时间敏感网络（TSN）系统的方法类似的方式为其应用优化无线网络的方式。