這周，世界移動通信大會MWC21在上海舉辦。作為通信領域年度性的盛會，MWC見證了全球移動通信的發展與變化，可以說是產業演進的風向標。

根據大會中最新披露的數據，目前中國已經建設近72萬座5G基站，5G基站數量全球領先。截至2020年底，全球5G連接數的75%以上來自中國。可以說，中國在5G取得的卓越成績舉世無雙。

隨著MWC的舉辦，5G的關注度又一次提升，5G融入千行百業的進程正在加速。

關于MWC上發布的最新觀點和產品，物聯網智庫此前已有多篇報道，本文就不再一一贅述。

MWC提供了從通信的視角看待5G對行業的賦能。

然而，更令我好奇的是，從各個行業的角度，他們又是如何看待5G的加入和應用。

尤其在工業領域，當工程師們進行技術評估時，必須針對特定應用，綜合考慮各種因素和可能性，比較和權衡各種無線通訊技術。

不夸張的說，幾乎沒有什么情況比工業無線通訊更復雜。

因此通過遠程訪談和資料匯總，本文嘗試呈現在工業領域，工程師們面對5G時的一些思考。

先說結論：

第一次，有大量的工業自動化工程師，推動著同一個通用無線標準à5G。

沒有單一的無線協議可以滿足所有應用，5G時代也不例外。

5G雖然目前能力有限，但各種增強功能正在路上，宜用動態的目光來看待她。

在本文的最后，我將送你兩份有價值的白皮書，一份是中國移動最新發布的《5G無線技術演進白皮書》，描繪了接下來5G國際標準的發展藍圖;另一份是愛立信發布的《5G時代的蜂窩物聯網--通過蜂窩物聯網實現產業轉型》。

01

工業無線，工業自動化的熱點領域

由于5G的加入，讓超高可靠與低時延的無線通訊有了更多選擇。

為了防止在眾多的工業無線通訊技術之間迷失，產生選擇困難癥。于是，有人畫了上面這幅決策樹。

工業無線的選型復雜性可見一斑。

下圖是在工業傳感網絡中，常見的幾種無線通訊和市場占比。

根據調研機構ON World的分析，在工業傳感網絡中，23%的企業使用WirelessHART，10%的企業使用ISA100.11a無線通訊標準，這些技術具備很強的抗干擾能力、超低功耗、支持實時通信等特征。

必須承認，工業無線，一直是工業自動化的一個熱點領域，工業無線產品被認為是新的發展支點。

在家庭和個人連接中，我們所熟悉的Wi-Fi、BLE和UWB，普遍難以滿足工業的嚴苛要求，比如低功耗、安全等級高、抗干擾性強等，使得為工業場景量身定制無線通訊技術，成為一種趨勢。

上圖中，很多基于802.15.4的技術，包括ISA100.11a、WirelessHART、Zigbee等，在工業應用中大放異彩。

尤其是最近幾年，上述幾種適合在惡劣的工業現場環境中使用，滿足工業設備之間近距離、低速率信息交互的無線通訊技術，市占率都取得了不錯的增長。

同時，工業自動化領域的無線通訊技術持續迭代，業界對于低功耗廣域網LPWAN的興趣在逐步提升。

ON World每兩年進行一次調查，最近一次該機構調研了全球273家工業自動化廠商中使用的無線技術，LPWAN的使用率翻了一番。

在工業落地生根的無線技術，雖然根據各自擅長的場景進行了優化，但都具有很多共性：

低功耗：盡量降低無線傳輸中的功耗，節省電池電量。

低帶寬：大部分場景發送的數據量有限，而且帶寬低更易降低功耗。

更新速率低：設備發送數據的間隔較長，目的同樣也是為了節省功耗。

雙向傳輸：數據的讀取和寫入同樣重要。

可靠性高：關鍵數據必須確保傳輸無誤。

安全等級高：只有特定的接收者才能解讀數據。

02

業界首次，圍繞無線標準形成合力

為了推進工業無線的發展，工業領域有很多成熟的無線通訊標準組織，典型的包括HART基金會、ISA協會、ODVA和Avnu聯盟，他們都在積極研究如何將現有通訊技術與5G結合使用。

我們依次來說。

HART是過程工業中規模化部署的通訊技術之一。HART通信基金會是一個國際非盈利性組織，是HART通信協議的技術所有者和標準修訂團隊。

WirelessHART是用于過程自動化的無線網狀網絡通信協議。除了保持現有HART設備、命令和工具的能力，它增加了HART協議的無線能力。

如今，WirelessHART擁有超過45,000個可運行的網絡，連接來自眾多廠商的數百萬個獨立設備。

在HART基金會的眼中，5G不是WirelessHART的替代者，而是神助攻。

有時，WirelessHART被應用于偏遠的石油或天然氣井場、壓縮機站或類似的場景，這些數據的遠程傳輸則要用到5G。

5G讓WirelessHART用戶的傳輸距離得以擴展，同時滿足工業環境的需求。5G與WirelessHART搭配使用的方案

類似的，其他組織也在考慮將自身的無線技術與5G無縫對接。

成立于1945年的ISA國際自動化協會，下屬的ISA100工業無線委員會主要定義工業環境下的無線系統相關規程和實現技術。ISA100與5G結合的思路與WirelessHART類似。

ODVA開放設備網供應商協會，是一個由全球知名的工業自動化公司組成的國際性協會。ODVA及其成員通過利用通用工業協議(CIP)共同支持網絡技術。

在2020年疫情之前舉辦的最后一場大型面對面年會中，ODVA重點討論了如何將5G、WiFi 6和EtherNet/IP進行融合。

眾多獨立的第三方組織，包括Avnu聯盟、工業互聯網聯盟等，紛紛積極參與TSN與5G的測試、推廣及產品認證等各項工作。

TSN(Time-Sensitive Networking)時間敏感網絡。因其標準的以太網架構和精準的流量調度能力，非常符合工業場景中確定時延、不被中斷、可靠傳輸的要求。

TSN與5G的結合已有諸多成果，它們搭配使用可以在更廣范圍內實現“時鐘同步即服務”(Clock Synchronization as a Service)。

與此類似，正在琢磨著如何與5G接壤的通訊技術和相關組織，可以拉出一個長名單。

03

一個選項，但5G面對的并不是單選題

從更大視角來看，無線通訊只是工業通訊汪洋中的冰山一角，在2020年占比約為6%。

站在行業的角度，5G是一種選擇，但并不是唯一選擇。

作為其中的一個選項，5G所參與的并不是一道單選題。

行業用戶希望根本感受不到通訊技術之間的切換，而是一張網能夠解決通話、傳輸、控制等各種問題。

以煤礦行業為例，井下有上萬種設備，大約70%固定位置，30%可以移動。如果聯網問題全部用5G解決，花費的代價很大。如果使用“5G + WiFi 6 + 有線網絡”的組合方案，更具可行性，但這對企業整合各種技術與產品的能力提出了嚴苛的挑戰。

網絡同樣復雜的還有石油石化行業。

考慮到石油和天然氣企業廣泛的數字化要求，使用混合的網絡模型，將有線和無線結合、5G和其他無線技術結合，也是首選方案。

將油田和天然氣的傳輸需求劃分為上游、中游和下游三種形態，提出針對性的混合模型。

在工廠自動化領域，情況同樣繁復。

車企是身先士卒的嘗鮮者，我們擇其一為例。

根據某車企的實測，5G URLLC(超可靠、低時延通信)的能力可以和PROFINET RT和PROFIsafe這樣的通訊技術相媲美。

我們都知道，PROFINET RT實時通信，適合周期性數據交換，還必須保證一定的實時性的場合。這里的實時性，一般要求循環周期小于10ms。

而PROFIsafe是一種安全通信協議，它將安全設備和標準設備的數據流整合在一起，使標準設備和安全設備能同時共用一條通信鏈路。

這個結論對于工業自動化有重要意義。它意味著此前只能通過有線手段完成的工業現場人機交互，現在可以通過無線方式進行。

在這個測試中，5G同樣只是團隊“成員”之一，與其他有線和無線網絡“隊友”，共同完成數據通訊任務。

----寫在最后----

5G的應用場景80%是面向各種產業。

根據最新統計數據顯示，2020年全球各類5G行業項目總數接近6000個，其中超過20個運營商發布了5G行業解決方案。

5G進入千行百業正在如火如荼的開展。

在行業用戶嘗試5G的過程中，現有5G網絡存在能力不足、難以滿足行業需求等問題尚待攻克。雖然5G目前能力有限，但各種增強功能正在路上，宜用動態的目光來看待她。

標簽： 工業自動化