5G（第五代移動(dòng)通信技術(shù)）是當(dāng)前最新一代的蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，相比于前幾代移動(dòng)通信技術(shù)，5G 在速率、時(shí)延、可靠性及連接數(shù)等關(guān)鍵能力指標(biāo)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(duì)于商用場(chǎng)景，5G更關(guān)注的是增強(qiáng)型移動(dòng)帶寬和大規(guī)模機(jī)器類型通信，也就是高下載速率和廣連接。而對(duì)于工業(yè)場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，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(dòng)，只有提高了實(shí)時(shí)性的 5G 才能滿足工業(yè)應(yīng)用。

另外，對(duì)于工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，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(qiáng)電磁干擾、能夠適應(yīng)高溫和低溫環(huán)境、抗粉塵、抗震動(dòng)等工業(yè)產(chǎn)品的特性，

同時(shí)，工業(yè) 5G 與 OT 融合過(guò)程中對(duì) 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(dòng)化系統(tǒng)需要連續(xù)運(yùn)行，不僅要實(shí)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(dòng)是低時(shí)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(yùn)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(yán)苛應(yīng)用要求，基于 3GPP 制定的 5G 標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)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(jì)的硬件上運(yùn)行，并且可在本地專用網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)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(yùn)維體系。

工業(yè) 5G 的架構(gòu)

工業(yè) 5G 組網(wǎng)根據(jù)工廠實(shí)際連接需求，接入設(shè)備類型，實(shí)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(lái)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(guò) 5G 無(wú)線連接的工廠設(shè)備，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)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(jìn)行通信。

5G 無(wú)線接入網(wǎng)：通過(guò)主要負(fù)責(zé)與 5G 終端的無(wú)線連接，物理層信號(hào)處理，無(wú)線資源管理等。

5G 核心網(wǎng)：負(fù)責(zé) 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(shì)

西門子早在幾年前就開(kāi)始了在工業(yè)領(lǐng)域探索 5G 應(yīng)用場(chǎng)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) PROFINET

與 5G 通信的融合

如何讓越來(lái)越多的支持 PROFINET 的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以通過(guò)工業(yè) 5G 互聯(lián)互通，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制？

一直以來(lái)，西門子積極投身于工業(yè) 5G 這一全新通信標(biāo)準(zhǔn)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(dòng) OT 和 CT 進(jìn)行融合的國(guó)際 5G-ACIA 組織的重要?jiǎng)?chuàng)始成員。2023 年的漢諾威展會(huì)上，西門子演示了通過(guò) 5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) PROFINET 通信對(duì) AGV 進(jìn)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(jì)算），把網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、允許運(yùn)算、網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)服務(wù)提供商將一些計(jì)算和基于云的流程轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的邊緣來(lái)實(shí)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(jìn)，也逐步在制造業(yè)進(jìn)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(jìn)。

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(shí)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(jiǎn)單高效的完成工廠能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)可視化的需求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和降本增效。同時(shí)，在雙碳目標(biāo)和各類政策的驅(qū)動(dòng)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(jí)的碳排放水平的同時(shí)，建立一套碳足跡管理系統(tǒng)，追蹤產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中來(lái)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(jìng)爭(zhēng)。

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(guò)程更加無(wú)線化、柔性化和智能化。各個(gè)行業(yè)可以根據(jù) 5G 獨(dú)有的大帶寬、低延時(shí)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(jí)交換機(jī)分層，企業(yè)可以利用 5G 技術(shù)更好的進(jìn)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(gè)工廠、某一城市或某一集團(tuán)，它可以令生產(chǎn)從全行業(yè)的角度高屋建瓴的進(jìn)行規(guī)劃。

05工業(yè) 5G 賦能電動(dòng)單軌吊具輸送系統(tǒng)

西門子的電動(dòng)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(shí)現(xiàn)了車身、底盤等重載零部件的運(yùn)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(guò)在 EMS 載具端部署工業(yè) 5G 終端，實(shí)現(xiàn)了載具端小車和地面主控制器之間的 PROFINET 實(shí)時(shí)通信和 PROFIsafe 安全通信。終端的安裝更為簡(jiǎn)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(wú)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(hù)難度，簡(jiǎn)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(shí)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(dú)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(duì)廠區(qū)內(nèi)，各種不同工業(yè)場(chǎng)景的話務(wù)模型需求，實(shí)現(xiàn)定制化的優(yōu)化適配，并且也可以從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求出發(fā)，設(shè)計(jì)合適的5G冗余可靠架構(gòu)，保證工業(yè)級(jí)確定性嚴(yán)苛要求。另外從管理運(yùn)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(lái)，更好的支持工業(yè)5G的網(wǎng)管及運(yùn)維需求。

西門子也在設(shè)計(jì)和研發(fā)基于此模式的5G獨(dú)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(wú)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