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5G的三大場景如何應用於智（zhì）能（néng）製造

2018年06月23日 09:08:07 瀏覽量：文章來源：e-works

5G作為新一代的移動通信網（wǎng）絡，不僅包括移動通信技術，也可應用於物聯網。5G定義（yì）了三大應用場景，eMBB、mMTC以及URLLC，分別（bié）代表了大流（liú）量、廣連接以及低延時等特性。隨著標準（zhǔn）的不斷製（zhì）定，5G所應用的具體領域會越來越豐富，本文5G支撐的幾大工業應用，包括工業自動化（huà）控製、物流（liú）追蹤、工業機器人等，5G已（yǐ）經成為工業（yè）物（wù）聯網（wǎng）轉（zhuǎn）型升級的關鍵（jiàn）技術。

　　作為新一代移動通信技術，5G技術的（de）迅猛發展正好切合了傳（chuán）統製造企業智能製造轉型對無線網絡的應用需求，5G技（jì）術定義的（de）三大場景（jǐng）不但覆蓋了高帶寬、低延時等傳統應用場景，而（ér）且還能滿足工業環（huán）境下的（de）設備互聯和遠程（chéng）交互應用需求，這種廣（guǎng）域網全覆蓋的特點為企業構（gòu）建統（tǒng）一的無線網絡提供了可能。

　　01——移動通信技術的（de）發展

　　回顧移（yí）動通信技術的發展曆程（chéng）：

　　第（dì）一代采用的是模擬技術，隻（zhī）能支持區域和距離限製的語音通話;

　　第二代（dài）實現了數字化語音通訊，能進行簡單的語音和文字類交（jiāo）互，比如短信（xìn）和郵件（jiàn）等（děng）;

　　第三代就是大家熟知的3G技術，以多媒體通訊（xùn）為（wéi）特征，可以支持語音、文字（zì）和視頻交互，但由於帶寬有限，在進行大量數（shù）據交互時，如視頻交互時很難保證效果的流暢（chàng）;

　　第四代（dài）是（shì）正在鋪建的4G技（jì）術，通訊速率大幅提升，標誌（zhì）著進入無線寬帶年代。

　　從當前電信服務商做的基站測（cè）試結果看，5G的速度將會比4G更快且（qiě）功耗更低，理論帶寬將突破每秒10G。這保證你能夠在一秒鍾內下載（zǎi）一部高清電影，而4G需（xū）要至少10分鍾。恰是（shì）由於這（zhè）一得天獨厚的優勢，業界普遍認為，5G將對智能工業、無人駕駛汽車、VR以及物聯網等領域產（chǎn）生重要推動（dòng）作用。

　　目前，5G標（biāo）準尚未確定。AT&T總裁史密斯認為，對於5G的定義可能（néng）於2018年確定，正式的（de）5G標準（zhǔn）將於2019年由聯合國行動通信聯盟編寫成文。5G標（biāo）準將（jiāng）定義哪些無線技術可稱為5G，以及5G有哪些（xiē）特征等問題。

　　02——5G定義的三大場景

　　2016年，華為主（zhǔ）推的PolarCode方案（àn）被國際無線標準化（huà）機構（gòu）3GPP確定為eMBB場景的控製信（xìn）道編碼方案（àn），而數（shù）據信道的上（shàng）行和下行短碼方案則歸屬高（gāo）通LDPC碼。eMBB即增強移動寬帶，是3GPP會議上定義5G三大場景之一。華為的PolarCode信道編碼技術隻是5G眾多核心（xīn）技術的一種。除eMBB之外，5G場景還包括mMTC和URLLC。

　　eMBB(增強移動（dòng）寬帶)：主（zhǔ）要麵向3D/超（chāo）高清視頻（pín）等大（dà）流量移動寬帶業務，eMBB除了在6GHz以下的頻（pín）譜發展相關技術，也會發（fā）展在6GHz以上的頻譜。而小（xiǎo）型基地（dì）台將會是發展eMBB的重要設備，由於目前6GHz以下的頻譜，大多是以大型基地台發展的（de）傳統網絡模式為主，而較以6GHz以上頻譜的毫米波技術，便須（xū）要小型基地台來把（bǎ）速度衝得更快。

　　mMTC(海量機器類通信（xìn）)：主要麵向大規模物聯網業務。mMTC將會發展在6GHz以（yǐ）下的頻（pín）段，其將（jiāng）會應用在大規模物聯網上，目前較可見的發展是NB-IoT。以往普遍的Wi-Fi、Zigbee、藍牙等，較屬於（yú）家庭用的小範圍技術，回傳線路主要都是靠LTE，近期隨著大（dà）範圍覆蓋的NB-IoT、LoRa等技術標準的出爐，可望讓物聯網的發展更為廣泛。

　　URLLC(超可靠低時延)：主要麵向無人駕駛、工（gōng）業自動化等（děng）需要低時延、高可（kě）靠連接的業務。在智慧工廠，由於大量的機器都（dōu）內建傳感器，從傳感器、後端網絡、下指（zhǐ）令（lìng），再傳送回機器本身的這（zhè）些過程，若以現有（yǒu）的網絡傳輸，將出現很明顯的延遲，可能引發工安事故。有（yǒu）鑒於此，URLLC將網絡等待時間（jiān）的目標壓低到1毫秒以下。

　　03——5G支撐的工業應用

　　① 物聯網

　　隨著（zhe）工廠智能化轉型的推進，物聯網作為連接人、機器和（hé）設（shè）備的關鍵（jiàn）支撐技術正受到企業的高度關注。這種（zhǒng）需求在推動物聯網應用落地的同時，也極大的刺激（jī）了5G技術的發展。麵對複雜（zá）的工業互聯需求，5G技術需要適應不同的工業場景，能滿足物聯網的絕大（dà）部分（fèn）連接（jiē）需（xū）求。因（yīn）此，5G與物聯網是相輔相成的關係，物聯網應用（yòng）落地依賴於5G提供不同場景的無線連接方案，而5G技（jì）術標準的（de）成熟也需要物聯網應用需求的（de）刺激和推動。

　　在推動物聯（lián）網（wǎng）落地過程中，5G三大場景能分別支撐不同的功能應（yīng）用需求。比如eMBB能支（zhī）撐起遠程視頻監控、視頻會議等高帶寬的應用場景;mMTC能滿足大量低功耗嵌入式終端的數據連接（jiē）與傳輸（shū）需求。URLLC可以將網絡等待時間的目標（biāo）壓低（dī）到1毫秒以（yǐ）下，以支撐工（gōng）業自動化控製過程中（zhōng）係統和設備對數據（jù）傳輸（shū）的實時性的諸（zhū）多指標和要求（qiú）。

　　② 工業（yè）自動（dòng）化控製

　　自動化控製是製造工廠中最基（jī）礎的應用，核心是閉環控製係統。在該（gāi）係統的控製周（zhōu）期內每個傳感器進行連續測量，測量數據（jù）傳輸給控製器以設定執行器。典型（xíng）的閉環控製過（guò）程周（zhōu）期低至ms級別，所以係（xì）統通信的時延（yán）需要達到ms級別甚至更低才能保證控製係統實現精確控製，同時對（duì）可靠性也有極高的要求。如果在生產（chǎn）過程中由於時延（yán）過長，或者控製信息在數據傳送時發生錯誤可能導（dǎo）致生產停機，會造成（chéng）巨大的財務（wù）損失。

　　5G可提（tí）供極低時延長、高可靠，海量連接（jiē）的網絡，使得閉環（huán）控製應用通（tōng）過（guò）無線網絡連接成為可能。基於華為5G的實測能力：空口時延可（kě）到0.4ms,單小區下行速率達到20Gbps，小區最大（dà）可支持1000萬+連接數。由此可見，移動通信（xìn）網絡中僅有5G網絡可滿足閉（bì）環控製對網絡的要求。

　　③ 物流追蹤

　　在目前已成規模的機（jī）器對（duì）機器市場中，其應用將包括人員（yuán）跟蹤和在途高價商品等。但(較)高連接成本（běn）限製了該市場（chǎng）的增長。預計5G將在深度覆蓋、低功耗和低成本(規模經濟（jì）)以及作為3GPP標準技（jì）術方麵提供額（é）外優勢。5G提供的改進將包括在廣泛產業（yè）中優（yōu）化物流，提升工人安全（quán）和提高資產定位（wèi）與跟蹤的效率，從而最小化成本。它還將擴展（zhǎn）能力以實現動態跟蹤更廣泛的在途商（shāng）品。隨著（zhe）在線購物增（zēng）多，資產跟蹤將變得更加重要。

　　在物流方麵，從倉庫管（guǎn）理到物流配送（sòng）均（jun1）需要廣覆蓋、深覆蓋、低功耗、大連接、低成本的連接（jiē）技術。此外，虛擬工（gōng）廠的端到端整合跨越產（chǎn）品的（de）整個生命周期，要連接分布（bù）廣泛的已售出的商品，也需要低功耗、低成本和（hé）廣覆蓋的網絡，企業內部或企業之間的橫向集成也（yě）需要無所不在的（de）網絡，5G網（wǎng）絡能很好的（de）滿足這類需求。

　　④ 工業AR

　　在未來智能（néng）工廠生產過程中，人將發揮更重要的作用。然而由（yóu）於未來工廠具有高度的靈活性和多（duō）功能性，這將對工廠車間工作人員有更高的要求（qiú）。為快速滿足新任務和生產活動的（de）需求，增強現（xiàn）實AR將發揮很關鍵作用，在智能製造過程中可用於如下場景：如：監控流程和生產流程。生產任務分步指引，例如手動裝配過程指導;遠（yuǎn）程專（zhuān）家業務支撐，例如遠程維護（hù）。

　　在這（zhè）些應用中（zhōng），輔助AR設施需要最大程（chéng）度具備靈活性和輕便性，以便維護工作高效（xiào）開展。因此需要將設備信息處理功能（néng）上移到雲端，AR設（shè）備僅僅具備（bèi）連接和顯示的功能，AR設備和（hé）雲端通過無（wú）線網絡連接。AR設備將通過網絡實時獲（huò）取必要（yào）的信息(例如，生（shēng）產環境數據、生產設備（bèi）數據、以及（jí）故障（zhàng）處理指導信（xìn）息)。在這種場景下AR眼（yǎn）鏡的顯示內容必須與AR設備中攝像（xiàng）頭（tóu）的運動同步，以避免視（shì）覺範圍失步現象。通常從（cóng）視（shì）覺移動到AR圖（tú）像反應時間低（dī）於20ms，則會有較好的同步性，所以要（yào）求從攝像頭傳送數據（jù）到雲（yún）端到AR顯示（shì）內容的雲端回傳需要小於（yú）20mms，除去屏幕刷新和雲端處理的（de）時延，則需無（wú）線網絡的雙向傳輸時（shí）延在10ms內才能滿足實時性體（tǐ）驗的需（xū）求。而該時延要求（qiú），LTE網（wǎng）絡無（wú）法滿足。

　　⑤ 雲化機器人

　　在（zài）智能製造生產場景中，需要機器人有自組織和協同的能力來滿足柔性生（shēng）產，這就帶來了（le）機器人對雲化的需求。和傳統的機器人相比，雲（yún）化機（jī）器人需要通過（guò）網絡連接到雲端（duān）的控製（zhì）中心，基於超高計算（suàn）能力的平台，並（bìng）通過大數（shù）據和人工智（zhì）能對（duì）生產製造過程進行實時運算控（kòng）製。通過雲技術機器人將大（dà）量運算功（gōng）能和數據（jù）存儲功能移到雲端，這將大大降低機器（qì）人本身的硬件成本和功耗。並且為了滿足柔性製造的需求，機器人需要滿足可自由移動的要求。因此在機器人雲化的過程中，需（xū）要無線通信網絡具備極低時延和高可靠（kào）的特征。

　　5G網絡是雲化機器人理（lǐ）想的通（tōng）信網絡，是使（shǐ）能雲化機器人的關鍵。5G切片網絡能夠為雲化機器人應用提供端到端定製化的網絡支撐。5G網絡可以達到（dào）低至1ms的端到端通信時延，並且支持99.999%的連接可靠性（xìng），強大的網絡能力能夠極大（dà）滿足雲化機器人對時延和可靠性的挑戰。

　　04——總結

　　5G技術已經成為支撐智能製造轉型的關鍵使能技（jì）術。5G技術可以利用三大場景（jǐng）將分布廣泛、零散的人、機器和設備全部連接（jiē）起來，構建統一的互聯網絡。由於實時性和可靠性高，5G技術不但能應用於工業場景中，還能（néng）支撐起個人移動化互聯網應用。

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5G的三大場景如何應用於智（zhì）能（néng）製造