导读:2019年11月19日工信部发布了《“5G+工业互联网”512工程推进方案》,为了结合IOT 3000开源数字孪生项目应用5G,特别翻译ZVEI发布的5G互联工业白皮书,分四次发布。

5G与上一代蜂窝网络之间的主要区别之一,在于5G对机器类型通信和物联网(IoT)的高度关注。因此,随着数据速率的不断提高,5G的能力远远超出了移动宽带。尤其是5G具备前所未有的可靠性和非常低的延迟,以及大规模的物联网链接。

这位许多不同的垂直领域(包括汽车、医疗、农业、能源和制造业)中的许多新用例和应用铺平了道路。尤其是在制造业,5G可能会产生破坏性影响,因为相关的构建块(例如无线连接、边缘计算或网络切片)正在进入未来的智能工厂,因此5G可能会产生颠覆性影响。

(一)5G-ACIA简要介绍

为了确保电信行业充分理解和考虑特定垂直行业的特定需求和要求,并且同样地,让垂直行业充分实现和利用5G的能力,所有相关参与方之间需要密切合作。

有鉴于此,已建立了5G互联产业与自动化联盟(5G-ACIA,The 5G Alliance for Connected Industries and Automation),它是解决、讨论和评估工业领域5G相关的技术、法规和业务方面问题的中心,以及全球性的论坛。

它反映了整个生态系统,包括OT(操作技术)行业、ICT(信息和通信技术)行业和学术界的所有利益相关者群体。

在本白皮书中,我们概述了5G在制造业的基本潜力,以及相关的用例和需求。此外,我们还介绍了5G的一些主要构建基块以及一些尚未解决的重大挑战。最后,对5G-ACIC进行更详细的介绍,因其将作为确保工业领域5G最终成功的重要举措。

发展5G的理由不仅在于扩大移动网络的宽带能力,还在于为制造业、汽车制造业和农业等多种垂直行业提供先进的无线连接。

为了实现这一目标,5G支持三种基本类型的通信:增强的移动宽带(eMBB)、大规模机器类型通信(mMTC)和超可靠低延迟通信(URLLC)。

(二)5G的主要特征

3MBB可提供极高的数据速率(高达每秒好几GB)并提供增强的覆盖范围,性能远远超越4G。mMTC则旨在为每平方公里数十万个物联网(IoT)设备提供广域覆盖和深入的室内渗透。

此外,mMTC提供通用的连接,而且对设备的软硬件要求较低,还将支持节省电池的低能耗操作。

在延时低至毫秒级端到端(E2E)的可靠性和可用性方面,URLLC可以满足要求非常苛刻的高度关键应用程序。例如,这包括用于工业自动化和控制中的高性能连接。

联合国国际电信联盟(ITU)规定的5G目标关键性能指标如图1所示。

图1:ITU-R选定的5G目标关键性能指标

为了支持上述定义的三种服务类型,以及通用蜂窝基础架构对5G预期使用案例的各种不同需求,5G中引入了新概念——网络切片(一种高能网络分层),将允许同一网络基础设施同时但独立地提供各种的服务。

(三)工业4.0与5G的作用

在工业革命的第四个阶段,也成为“工业4.0”,是工业生产的下一个纪元,旨在显著提高未来智能工厂的灵活性、多功能性、可用性和效率。

工业4.0在工业制造中集成了物联网及其相关服务,并在整个价值链以及自动化的“金字塔”所有层面上实现无缝的纵向集成和横向集成。

连接性是工业4.0的一个关键组成部分,它将通过在机器、人和物体之间提供强大而广泛的连接来支持正在进行的开发。

此外,无线通信,尤其是5G,是实现生产所需的灵活性,支持工人的新型先进移动应用,以及允许移动机器人和自动驾驶汽车在车间进行协作的重要手段——这只是其中几个例子。

(四)5G路线图

3GPP(第三代合作伙伴项目)组织于2017年初开始制定5G的规范。标准化工作氛围两个主要阶段:基本5G构建块的标准化工作已于2018年6月(第15版)完成,并将在2019年底(第16版)之前进一步加强。

尽管第一批5G的有限部署将在2018年下半年出现(主要是为了提供eMBB),但大规模5G部署将在2018年下半年出现(主要是为了提供eMBB),但大规模5G部署只能从2020年开始。5G将结合两种无线电技术,一种被称为新无线电(NR)的新型无线电接口技术,以及LTE的演进。

展望2026,ICT玩家的5G数字化收入预计超过1兆2000亿美元,其中相应的垂直制造占大约2340亿美元。从商业角度来说,这是一个巨大而快速增长的市场。

(五)本白皮书的目标

这份白皮书的目的有三个:

  • 简要了解工业领域的使用案例和需求。

  • 解释5G的主要组成部分和特征。

  • 使新兴的5G制造业生态系统中所有相关参与者的联合行动合理化,例如新成立的“5G互联产业与自动化联盟”(5G-ACIA)。

通过5G-ACIA联盟,最终将确保为工业和自动化提供可持续5G生态系统。

 

编译:王明芬  工业4.0研究院