关于5G在工业互联网的应用场景.pdf

5G在工业互联网的应用场景
一、引言

工业互联网是工业生产与互联网技术相互结合的新型工业架构，

是第4次工业革命的重要部分，是实现工业制造的网络化和智能化的

关键。5G移动通信系统作为当今前沿技术，具有覆盖广、功耗小、

时延低等优点，可提供无缝业务体验，构建性能优异的5G网络将会

有力促进互联网应用的高速发展，加强此方面研究具有重要的现实意

义。

工业互联网是5G的一个重要使用场景。工业互联网基于开放的

网络，将设备、人和数据分析（工业互联网三要素）连接起来，通过

对大数据的分析与利用，提高产品质量，降低生产成本，增加企业效

益。2018～2020年是我国工业互联网建设起步阶段，也是关键阶段，

必须进一步夯实网络基础，打造多层次、系统化的平台发展体系，加

大关键共性技术攻关力度，切实实现工业互联网平台建设及推广。

二、5G环境下的工业互联网关键技术

工业互联网主要包括网络体系、平台体系和安全保障体系三个部

分，其中网络体系是重要基础，构建低时延、高可靠、广覆盖的网络

结构，方可真正实现工业全要素、各环节的深度互联。

1、5G技术需求

为实现工业互联网的稳步发展，需积极开展相关基础设施升级改

造工作，积极利用先进的通信技术，包括：软件定义网络、5G、低

功耗广域网等，实现工厂内网络IP化、扁平化、柔性化发展，工厂

外网络低时延、高可靠、广覆盖发展。5G需解决的不仅是人与人的

连接，更是人与物、物与物的连接问题，综合工业互联网未来发展需

求，对5G系统提出了以下技术需求：

（1）传输速率需求，要求提高10～100倍，同时用户体验速率、

用户峰值速率分别达0.1～1Gb/s、10Gb/s；

（2）时延需求，要求时延降低5～10倍，达毫秒量级；

（3）设备连接密度需求，要求提高10～100倍，达600万个/km2；

（4）流量密度需求，要求提高100～1000倍，达20Tbps/km2；

（5）移动性需求，要求超过500km/h，提高用户体验。

2、5G关键技术

在5G技术发展方面，4T4R、MassiveMIMO、NBIoT等几项技

术都表现出较快应用趋势。作为5G的起步配置，4T4R技术已经在

全球50多张网络规模部署，MassiveMIMOTDD制式也开始运用，

多个国家发布了NB-IoT商用战略。NB-IoT（NarrowbandInternetof

Thing）即窄带蜂窝物联网，此技术支持海量连接，可全面提高覆盖

广度，具有低功耗、低成本、小功耗的特点，与广泛商用的2G/3G/4G

及其他无线技术相比，优势显著。
三、应用场景类型

2014年5月，华为、沃达丰、中国移动、Orange、TelecomItaly

等公司主导的3GPPNB-IoTGERANStudyItem立项，2016年9月完

成性能部分的标准制定，12月完成最后的一致性测试标准，其继承

了LTE的技术特征，物理层基本兼容LTE的技术标准，有利于实

现网络快速部署，减小改造建设成本。在国际标准化组织3GPP定义

的5G三大场景，包括eMBB（增强型移动宽带）、mMTC(海量机器

类通信)、uRLLC（超可靠、低时延通信）。从三大场景的定位看，基

本涵盖了当前及未来一段时间内消费级及企业级应用的主要需求。

1、移动应用场景

eMBB是5G中带宽最高的移动应用场景，是在现有移动宽带业
务场景的基础上，对于用户体验等性能的进一步提升，追求人与人之

间极致的通信体验。对制造业而言，eMBB场景主要用于远程人与人

之间的移动交互，比如日常办公过程中视频会议、工厂的远程视频监

控，以及基于VR技术的远程维修维护等。eMBB场景的特点是带宽

高、QoS体验好，但对数据实时性要求不高，能接受一定范围内的数

据延时。

2、物联网应用

mMTC主要为了满足海量的机器接入需求，也就是即通常所说

的物联网业务及应用。在5G标准中，NB-IOT、Lora、SigFox等这些

低功耗广域网都被纳入到mMTC场景中，其特点是支撑的带宽较窄，

一般都在几十KB左右，设备能耗较低，适合于长时间的待机运行。

比如远程抄表、环境监控、物流监控、远程诊疗、可穿戴设备、智能

家居等。在制造业，mMTC大多作为嵌入式芯片的无线连接技术或

一些对延时不敏感的终端接入应用，比如物流及供应链跟踪、工厂设

备连接及状态采集，AGV小车信号导航、工业污染监控等。

3、低延时、高可靠的应用场景

uRLLC主要是面向低延时、高可靠的应用场景。可以认为uRLLC
场景主要是为工业自动化控制系统以及需要快速反应的场景量身定

做的。比如在工业自动化领域，工业机器人