将 5G 应用于工业物联网

By Lee Ettleman

在考虑哪个市场领域将首先产生可观的5G收入时，工业物联网(IIoT)紧随其后，仅次于消费设备。那么，为什么物联网被认为如此适合5G，特别是工业应用？哪些应用可能是最重要的？还有哪些挑战需要克服？

要回答这些问题，首先让我们定义IIoT，并更仔细地看看它在实践中的含义。广义地说，物联网可以指任何连接到互联网的东西，而不是手机、平板电脑或电脑。对于工业物联网，我们会将其缩小到工厂、流程工业或其他工业环境中的设备。

这仍然是对工业物联网的一个相当宽泛的定义。要了解5G的使用情况，我们需要更具体。在IIoT细分市场中，我们可以看到5G的重要用例将包括条件监控、机器人技术、增强现实/虚拟现实和过程控制。

在Molex最近与研究公司Dimension Research共同进行的一项调查中，我们询问了受访者认为5G在工业和物联网市场最有可能的“杀手级应用”或主要使用案例是什么。机器人是最受欢迎的答案，45%的受访者给出了答案。然而，此外，对于其他可能的应用(至少30%的调查参与者都提到了这些应用)，包括物流、工厂自动化、过程控制和智能电网，答案也很广泛。

由于涉及到5G推出的时机，状况监测和机器人很可能是为增加未来支出开辟道路的“门户”。状态监控及其在预测性维护中的应用就是一个很容易量化物联网经济效益的应用示例，这使得制造商可以更直接地证明物联网的合理性。机器人可以通过需要专用5G无线基础设施来刺激投资，因为现有的有线连接无法实现联网和自主工厂机器人等应用所需的移动性。

工业5G

我们已经研究了一些应用，但我们还没有解决为什么5G可能在IIoT应用中如此有用的问题。

与4G和3G相比，5G的讨论通常集中在带宽的增加上，提供高达10Gbps的更快的数据速率，以及从一个基站支持更多设备的能力。在工业环境中，这对于使用增强现实技术人员远程诊断设备问题等应用程序可能很有用。

通过在物联网设备或物联网设备附近本地实施人工智能，监控传感器数据，并仅在发现问题或需要采取行动时才通过网络发送数据，可以减少所需的带宽。

在许多工业用例中，低延迟也很重要。在理想情况下，发送和接收 5G 信号之间的时间可能低至 1 毫秒，而 4G 则约为 200 毫秒。这对于过程控制至关重要，因为 5G 用于实时控制设备，以及用于跨网络发送和接收数据的移动工厂机器人。例如，拾放机器人可能会使用摄像头和其他传感器扫描货架，然后将原始数据发送到网络，在那里算法处理并将指令转发给机器人——一切都在眨眼间完成。

5G 的另一个好处是能效。 5G 标准包括多项降低功耗的功能，例如在数据传输很少或没有数据传输时广泛使用睡眠模式。就每比特数据的瓦特数而言，5G 的效率比 4G 网络高 90%。对于电池供电的物联网设备，这会对设备在两次充电之间的运行时间产生很大影响。

虽然大型运营商提供的 5G 网络在某些情况下将是最佳选择，但对于许多工业应用而言，更好的选择是专用网络，其中专门为特定位置和实施的设备和数据传输创建单独的 5G 网络。这意味着可以根据公司的特定需求定制网络，并确保安全性和服务水平。

频率很重要

另一个需要考虑的技术领域是 5G 使用的频段。回到高中物理，你可能记得更高的频率可以携带更多的数据。因此，5G 可以使用 6 GHz 以上的毫米波 (mmWave) 频段来实现其高带宽。

然而，这些高频也意味着信号更容易被物体、墙壁或其他障碍物吸收。因此，需要更多的基站或“小基站”来填补当今网络覆盖的空白。

毫米波信号还需要波束成形和转向等技术来应对由于高频导致的信号衰减，从而增加成本和复杂性。为了支持这些技术，与 4G 相比，5G 网络在基站和连接设备上都需要更复杂的天线。这些天线必须重新设计和优化，以提供正确的功能和性能。

除了网络本身，物联网设备显然还需要针对 5G 连接进行优化。我们刚刚提到了天线，但随着数据速率的提高，其他方面将需要重新设计以跟上——从连接器到微控制器。

向 5G 的转变提供了替代频段，在 6 GHz 以下的频谱中运行，低至 450 MHz。这种更远距离的频段可以使部署更简单，并且仍然提供许多 5G 优势，同时牺牲了毫米波可实现的超快速度。在实践中，这些低于 6 GHz 的频率很可能非常适合用作过渡技术，通过减少所需的投资来更快地推出。

收入和复杂性

在我们的调查中，89% 的受访者同意 5G 将大于 4G，88% 的受访者预计 5G 将产生新的收入来源。如上所述，工业物联网是许多应用中 5G 的理想选择。

这很快就会发生，35% 的调查参与者表示他们已经实现了 5G 的业务目标，或者将在一年内实现。事实上，92% 的受访者预计时间框架将在五年内。同样，91% 的受访者表示，他们预计工业物联网中的 5G 将在未来五年内带来可观的新业务收入。

为了实现这个时间表，5G 运营商和 OEM 必须快速开发和实施复杂的系统。使用新的 RF 标准带来了新的挑战，对于工业应用，一切都必须在电噪声和物理恶劣的环境中工作。

作为 5G 组件的供应商，我们看到了大量相关的 IIoT 用例。每个用例都可能以不同的方式从 5G 中受益。了解应用程序——并认识到它每次都会有所不同——对于确保成功指定、选择和实施解决方案至关重要。

工业物联网市场为 5G 提供了巨大的机遇，但要充分利用其优势，需要直接针对特定用例以及技术和业务目标进行仔细评估和规划。

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