5G（第五代移動通信技術(shù)）是當前最新一代的蜂窩移動通信技術(shù)，相比于前幾代移動通信技術(shù)，5G 在速率、時延、可靠性及連接數(shù)等關(guān)鍵能力指標上都有較大地提升，這使得 5G 面向工業(yè)等行業(yè)推廣應(yīng)用成為可能，但工業(yè) 5G 和商業(yè) 5G 有著明顯的區(qū)別。

對于商用場景，5G更關(guān)注的是增強型移動帶寬和大規(guī)模機器類型通信，也就是高下載速率和廣連接。而對于工業(yè)場景來說，更關(guān)注于超可靠的低延遲通信，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中更重要的因素是延遲和可能的抖動，只有提高了實時性的 5G 才能滿足工業(yè)應(yīng)用。

另外，對于工業(yè)應(yīng)用場景來說，硬件的工況往往十分復(fù)雜、環(huán)境惡劣，要求用于工業(yè)5G 的產(chǎn)品必須具備抗強電磁干擾、能夠適應(yīng)高溫和低溫環(huán)境、抗粉塵、抗震動等工業(yè)產(chǎn)品的特性，

同時，工業(yè) 5G 與 OT 融合過程中對 5G 技術(shù)也有特殊的需求：

1）部署的 5G 網(wǎng)絡(luò)的可靠性是工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用的核心要求。典型的工廠自動化系統(tǒng)需要連續(xù)運行，不僅要實現(xiàn)高效率和生產(chǎn)力，還要保證高可用性、安全和不間斷的生產(chǎn)。

2）工業(yè)5G 網(wǎng)絡(luò)安全需要融入 OT 網(wǎng)絡(luò)縱深防御中。

3）低抖動是低時延需求的另一關(guān)鍵參數(shù)。

4）故障診斷接口是工業(yè) 5G 運維的必需。

工業(yè) 5G 的定義

工業(yè) 5G 是滿足工業(yè)應(yīng)用需求的 5G 通信，工業(yè) 5G 不僅僅是 5G 應(yīng)用于工廠，它是滿足工業(yè)嚴苛應(yīng)用要求，基于 3GPP 制定的 5G 標準的無線通信技術(shù)。

不同于商業(yè) 5G 應(yīng)用，工業(yè) 5G 在專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計的硬件上運行，并且可在本地專用網(wǎng)絡(luò)中運行并支持工業(yè)協(xié)議（OPC UA、PROFINET、安全等），并且具有保障工業(yè)安全的運維體系。

工業(yè) 5G 的架構(gòu)

工業(yè) 5G 組網(wǎng)根據(jù)工廠實際連接需求，接入設(shè)備類型，實際應(yīng)用有所區(qū)別，下圖展示了工業(yè) 5G 典型邏輯組網(wǎng)架構(gòu)。

具體來看，工業(yè) 5G 典型邏輯組網(wǎng)架構(gòu)由以下幾部分組成：

工廠接入設(shè)備：需通過 5G 無線連接的工廠設(shè)備，根據(jù)不同的應(yīng)用場景需求，包括各類工業(yè)傳感器、伺服器、控制器PLC、HMI 設(shè)備、工業(yè)攝像頭等。

5G 終端：用于將各種類型工業(yè)設(shè)備接入至 5G 網(wǎng)絡(luò)，并支持 3GPP 定義的終端功能，與 5G 網(wǎng)絡(luò)進行通信。

5G 無線接入網(wǎng)：通過主要負責與 5G 終端的無線連接，物理層信號處理，無線資源管理等。

5G 核心網(wǎng)：負責 5G 核心控制以及用戶數(shù)據(jù)路由，主要由控制面（CP）與用戶數(shù)據(jù)面 (UP) 組成，控制面 (CP) 基于服務(wù)化架構(gòu)。

工廠內(nèi)網(wǎng)：包括工廠內(nèi) OT 環(huán)網(wǎng)及 IT 網(wǎng)絡(luò)，以及連接到內(nèi)網(wǎng)的各種工廠設(shè)備及 IT/OT 應(yīng)用。

西門子工業(yè) 5G 技術(shù)優(yōu)勢

西門子早在幾年前就開始了在工業(yè)領(lǐng)域探索 5G 應(yīng)用場景，除了相應(yīng)產(chǎn)品的研發(fā)布署，也積極的將現(xiàn)有技術(shù)和生態(tài)賦能于 5G 網(wǎng)絡(luò)。例如，實時工業(yè)以太網(wǎng) PROFINET 與 5G 的融合，西門子邊緣生態(tài)與 5G 的融合，WinCC Unified SCADA 軟件與 5G 的融合，SIMATIC 能源管理與5G 的融合等。

01實時工業(yè)以太網(wǎng)標準 PROFINET

與 5G 通信的融合

如何讓越來越多的支持 PROFINET 的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備可以通過工業(yè) 5G 互聯(lián)互通，從而實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的遠程控制？

一直以來，西門子積極投身于工業(yè) 5G 這一全新通信標準的研究，專注于研發(fā)工業(yè) 5G 產(chǎn)品組合和相關(guān)解決方案。西門子是工業(yè)通訊領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)之一，也是推動 OT 和 CT 進行融合的國際 5G-ACIA 組織的重要創(chuàng)始成員。2023 年的漢諾威展會上，西門子演示了通過 5G 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn) PROFINET 通信對 AGV 進行控制。

02西門子工業(yè)邊緣和 5G MEC 的融合

MEC 的全稱為 Multi-Access Edge Computing（多接入邊緣計算），把網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、允許運算、網(wǎng)絡(luò)和移動服務(wù)提供商將一些計算和基于云的流程轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的邊緣來實現(xiàn)更好的性能、延遲和安全性。5G 技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域的全面推進，也逐步在制造業(yè)進行應(yīng)用。MEC 邊緣云也伴隨著 5G 業(yè)務(wù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型在制造業(yè)中推進。

03工業(yè) 5G 賦能能源管理系統(tǒng)

隨著 5G 技術(shù)的成熟，利用 5G 技術(shù)高帶寬、低時延、廣連接的特性，以及西門子的能源管理解決方案可以更加簡單高效的完成工廠能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)可視化的需求，實現(xiàn)節(jié)能減排和降本增效。同時，在雙碳目標和各類政策的驅(qū)動下，借助 5G+ 能源管理系統(tǒng)之上幫助企業(yè)監(jiān)控產(chǎn)線級的碳排放水平的同時，建立一套碳足跡管理系統(tǒng)，追蹤產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中來自于供應(yīng)鏈、物流、生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放量，打造碳差異化競爭。

04工業(yè) 5G 賦能 SCADA 和 MES 系統(tǒng)

伴隨著 5G 技術(shù)的應(yīng)用可以使生產(chǎn)制造過程更加無線化、柔性化和智能化。各個行業(yè)可以根據(jù) 5G 獨有的大帶寬、低延時和高可靠性將 SCADA 系統(tǒng)與辦公網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)控制系統(tǒng)結(jié)合，不再有傳統(tǒng)繁瑣的有線多層級交換機分層，企業(yè)可以利用 5G 技術(shù)更好的進行制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，將 SCADA 系統(tǒng)建設(shè)成為工廠到云端的紐帶，數(shù)據(jù)透明化和智能化可以將集控的管理人員和本地的操作人員相結(jié)合，制定出更有利于生產(chǎn)的規(guī)劃。5G 的出現(xiàn)使生產(chǎn)的智能化不局限于某一個工廠、某一城市或某一集團，它可以令生產(chǎn)從全行業(yè)的角度高屋建瓴的進行規(guī)劃。

05工業(yè) 5G 賦能電動單軌吊具輸送系統(tǒng)

西門子的電動單軌輸送系統(tǒng) SIMATIC Electrical Monorail Systems（EMS）在汽車制造行業(yè)的總裝車間內(nèi)廣泛部署。它協(xié)同工藝 AGV & Skillet 滑板線工藝模塊，實現(xiàn)了車身、底盤等重載零部件的運輸和工藝裝配，是柔性化產(chǎn)線和智能制造工廠的重要組成部分。

西門子的工業(yè) 5G 方案，通過在 EMS 載具端部署工業(yè) 5G 終端，實現(xiàn)了載具端小車和地面主控制器之間的 PROFINET 實時通信和 PROFIsafe 安全通信。終端的安裝更為簡單靈活，完全擯棄了傳統(tǒng)有線數(shù)據(jù)傳輸媒介的束縛，無需敷設(shè)波導(dǎo)管或者通訊滑觸軌道等，極大程度上節(jié)省了人工和硬件成本，降低了維護難度，簡化了設(shè)備空間布局。

06西門子工業(yè)5G

5G為工業(yè)環(huán)境提供了網(wǎng)絡(luò)布局可調(diào)整及布局的靈活性，以及以多種方式滿足最終用戶的基礎(chǔ)設(shè)施。不同的需求導(dǎo)向引發(fā)了5G在工業(yè)領(lǐng)域部署的不同模式討論及實踐。

專網(wǎng)架構(gòu)，所有5G網(wǎng)元及配套傳輸，網(wǎng)管等均為工廠獨立建設(shè)。此模式的5G控制面和用戶面全部下沉到廠區(qū)，專網(wǎng)專用，基于這種模式，做到5G端到端可管可控，可以針對廠區(qū)內(nèi)，各種不同工業(yè)場景的話務(wù)模型需求，實現(xiàn)定制化的優(yōu)化適配，并且也可以從工業(yè)現(xiàn)場實際需求出發(fā)，設(shè)計合適的5G冗余可靠架構(gòu)，保證工業(yè)級確定性嚴苛要求。另外從管理運維角度，這種模式也能更好的把5G融入到現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中來，更好的支持工業(yè)5G的網(wǎng)管及運維需求。

西門子也在設(shè)計和研發(fā)基于此模式的5G獨立專網(wǎng)，將提供工業(yè)5G全套設(shè)備，包括工業(yè)5G路由器，無線單元，傳輸及工業(yè)5G能力中心等基礎(chǔ)設(shè)施 ，并且全部基于西門子工業(yè)專用硬件。

審核編輯：湯梓紅