本期內(nèi)容包括：

1.分級(jí)式工廠正在不斷發(fā)展

2.5G：支持各種IIoT連接應(yīng)用

3.5G RedCap（NR-Light）： 物聯(lián)網(wǎng)連接難題中缺失的一環(huán)

4.5G：實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外無縫定位和授時(shí)

5.工業(yè)4.0的核心賦能者

作者

Sylvia Lu

u-blox公司戰(zhàn)略部；5G-ACIA董事會(huì)成員

與我們的家以及城市一樣，工廠也變得越來越智能。借助遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)化和其他智能技術(shù)，工業(yè)4.0有望使制造業(yè)更安全、更高效、更具有生產(chǎn)力。與此同時(shí)，5G生態(tài)系統(tǒng)正在迅速擴(kuò)展，提供了非常適合智能工業(yè)的多功能混合技術(shù)。

然而，要在工業(yè)4.0框架內(nèi)充分釋放5G在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 中的潛力，至少還缺少兩個(gè)關(guān)鍵要素。

首先，需要為中層物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供穩(wěn)健可靠的連接。其次，需要精確無縫的室內(nèi)定位、導(dǎo)航和授時(shí)（PNT）功能。

在了解5G IIoT如何釋放工業(yè)4.0的全部潛能之前，讓我們先簡要探討一下工廠中發(fā)生的演變。

分級(jí)式工廠正在不斷發(fā)展

向工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型要求我們重新思考工廠的藍(lán)圖。如今，大多數(shù)工廠都采用傳統(tǒng)的金字塔式分層設(shè)計(jì)。最上面是信息技術(shù)領(lǐng)域，是企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）功能的所在地。下面是操作技術(shù)（OT）領(lǐng)域。這通常包括與一系列控制器相連的制造執(zhí)行系統(tǒng)，這些控制器又與工廠中的不同設(shè)備相連。

OT領(lǐng)域通常非常分散。各設(shè)備孤島都使用不同的連接技術(shù)和協(xié)議，如Profibus、Profinet和EtherCAT。網(wǎng)關(guān)將不同的設(shè)備島分隔開來。這種設(shè)置造成了操作的復(fù)雜性和不靈活性。

當(dāng)前的系統(tǒng)雖然有效，但分段式設(shè)計(jì)阻礙了工廠的數(shù)字化進(jìn)程。未來的工廠將不再采用自上而下的金字塔模式，而是采用完全連接的方式，從而提高生產(chǎn)率、靈活性、運(yùn)營效率和可用性。在這種模式下，單個(gè)設(shè)備、工廠應(yīng)用程序和外部系統(tǒng)將能夠直接相互通信，而無需通信網(wǎng)關(guān)。5G將是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的核心推動(dòng)力之一。

圖 1：得益于5G連接，明天的工廠將今非昔比。

1資料來源 《利用5G無線連接促進(jìn)智能制造》，愛立信技術(shù)評(píng)論

5G：支持各種IIoT連接應(yīng)用

5G在IIoT領(lǐng)域的主要優(yōu)勢(shì)在于，它提供的連接解決方案能夠滿足現(xiàn)代工廠中許多不同的應(yīng)用。

例如，自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV），如用于將零件從倉庫運(yùn)送到生產(chǎn)線的自動(dòng)導(dǎo)引車，或裝配線上的機(jī)器人控制器，都需要超可靠、低延遲、高度安全和更靈活的通信。

監(jiān)控生產(chǎn)線的工業(yè)無線傳感器有著截然不同的需求。能夠使用多年的電池壽命、較低的復(fù)雜性以及可支持小范圍內(nèi)的大量設(shè)備正是關(guān)鍵所在。但數(shù)據(jù)傳輸速率并不需要很高。

在其他地方，人工操作控制人員拿著筆記本電腦或平板電腦在現(xiàn)場走來走去，確實(shí)需要更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更低的用戶界面延遲。5G的增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）就非常適合這種應(yīng)用。

不過，還有一類IIoT應(yīng)用有著不同的要求。這就是我們所說的“中層”。在這些應(yīng)用中，設(shè)備成本低、外形尺寸小、數(shù)據(jù)傳輸速率適中都非常重要。接下來，讓我們來關(guān)注一下這類設(shè)備。

5G RedCap（NR-Light）：

物聯(lián)網(wǎng)連接難題中缺失的一環(huán)

監(jiān)控?cái)z像頭和可穿戴設(shè)備等工業(yè)應(yīng)用屬于這種中間層的連接要求。對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的需求高于NB-IoT和LTE-M1等技術(shù)所能支持的水平，但全面的5G-NR連接則顯得過高。

這就是5G RedCap（也稱為NR-Light）將填補(bǔ)重要空白的地方。它是中層IIoT應(yīng)用的最佳選擇，在數(shù)據(jù)傳輸速率和復(fù)雜性方面實(shí)現(xiàn)了更佳融合。5G Redcap以20 MHz部署時(shí)，能夠提供10 Mbps到220 Mbps左右的中等數(shù)據(jù)傳輸速率，非常適合許多此類應(yīng)用，其中一些應(yīng)用目前可能正在使用LTE Cat 1和Cat 4。

圖 2：5G RedCap位于LTE-M1/NB-IoT和5G-NR之間。

雖然LTE網(wǎng)絡(luò)仍將使用數(shù)年，但隨著時(shí)間的推移，我們將不可避免地看到向5G獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的過渡。此外，根據(jù)不同的配置，RedCap可以實(shí)現(xiàn)比LTE Cat 4更高的峰值數(shù)據(jù)速率和更低的延遲，從而為設(shè)備制造商提供改進(jìn)產(chǎn)品和服務(wù)的機(jī)會(huì)。RedCap還能在專用網(wǎng)絡(luò)中提供與5G核心網(wǎng)的固有連接，從而使關(guān)注網(wǎng)絡(luò)壽命的工廠主和運(yùn)營商受益。

因此，5G RedCap為目前使用LTE Cat 1和LTE Cat 4的用戶提供了一條向先進(jìn)5G技術(shù)過渡的戰(zhàn)略途徑。我們認(rèn)為，隨著5G RedCap開始大規(guī)模應(yīng)用，目前使用LTE Cat 1或Cat 4的IIoT用例將不可避免地過渡到5G RedCap，歐洲和美洲可能從2026年開始。

5G：實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外無縫定位和授時(shí)

雖然圍繞5G的討論大多集中在連接性上，但該技術(shù)還提供定位和授時(shí)功能，這是我們拼圖中所缺少的第二塊。

室內(nèi)定位是一個(gè)不斷增長的市場，尤其是在制造業(yè)。應(yīng)用包括跟蹤工具、機(jī)械和其他資產(chǎn)。在這種情況下，需要亞米級(jí)的精度，但功耗必須保持在較低水平，而且部署必須簡單快捷。然而，室內(nèi)PNT的應(yīng)用一直進(jìn)展緩慢，原因是鋪設(shè)必要的基礎(chǔ)設(shè)施需要高昂的資本和運(yùn)營成本（因?yàn)槿驅(qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS) 信號(hào)無法穿透建筑物）。此外，市場已經(jīng)碎片化，就更需要部署一系列技術(shù)和解決方案。

5G利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施為這一問題提供了解決方案。我們預(yù)計(jì)，隨著5G設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)的日漸成熟，5G在室內(nèi)定位方面的應(yīng)用需求將開始增加。這很可能與更廣泛的RedCap采用時(shí)間表一致，即從2026年開始。

同樣，定時(shí)對(duì)于智能工廠的數(shù)據(jù)記錄和機(jī)器管理也很重要。通常的做法是與世界時(shí)間同步，但在室內(nèi)使用衛(wèi)星信號(hào)可能會(huì)出現(xiàn)誤差。我們展示了如何利用5G蜂窩信號(hào)在室內(nèi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)許多工業(yè)應(yīng)用所需的亞微秒精度。

工業(yè)4.0的核心賦能者

隨著我們進(jìn)入2020年代后半期，工業(yè)5G的采用率正在穩(wěn)步上升。我們正在從早期的概念炒作到實(shí)用、可擴(kuò)展的解決方案，目前已經(jīng)部署了一千多個(gè)專用網(wǎng)絡(luò)。到2028年，專用工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量將比2024年第一季度部署的數(shù)量增長八倍多。發(fā)展軌跡顯而易見：工業(yè)5G正在發(fā)展壯大，代表著行業(yè)運(yùn)營方式的轉(zhuǎn)變，利用5G推動(dòng)效率和創(chuàng)新。

由于工業(yè)設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施需要較長的使用壽命，因此IIoT設(shè)備的設(shè)計(jì)者必須采用具有開放接口和可擴(kuò)展架構(gòu)的靈活模塊化解決方案。這將使5G成為推動(dòng)未來工業(yè)4.0推廣的關(guān)鍵技術(shù)。

/關(guān)于u-blox公司/

瑞士u-blox公司（SIX:UBXN）專注于為客戶提供豐富的芯片和模塊產(chǎn)品以及全面的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，賦能客戶以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位與萬物互聯(lián)。我們憑借業(yè)界領(lǐng)先的解決方案持續(xù)推動(dòng)未來汽車與物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的創(chuàng)新升級(jí)。u-blox公司總部設(shè)于瑞士蘇黎世塔爾維爾，目前全球員工約1,400名，可為客戶量身打造出兼具精準(zhǔn)、智能和可持續(xù)性的解決方案。