近日，Verizon（美国第一大移动通信运营商）发布博文（文献[1]），就“5G如何为工业物联网提供动力”进行了简要分析。
物联网描述了物体互联的世界，使日常生活更加便利。但是，如果不考虑其中最令人着迷和最大的子集之一---工业物联网（IIoT），就不可能完成对物联网的讨论。
IIoT将这个复杂的连接网络从我们的家庭和办公室带到了野外：建筑工地、矿山、石油井架和货轮船队等。这些可以连接的工业系统，通常分布在恶劣的环境中，产生需要即时分析和处理的大量数据。
扩展工业网络以适应上述工业系统敏感、极其重要的数据流是一项系统工程。IIoT不只是冰箱自动订购牛奶。这就是Verizon开发5G超宽带的原因。
随着越来越多的设备具有网络连接---估计到2020年将达到204亿。在此背景下，基于新标准的无线网络实现了速率（高/中/低速率全覆盖）、安全性、电池寿命以及总体可靠性的提升。
喷气涡轮机、风车、火车、采石工具以及通常被称为“黄铁”的重型机械都可以存在于IIoT之中，连接到这些系统的传感器和监视器通常需要执行关键/紧急任务。任何故障或时延问题都可能导致时间浪费、金钱损失甚至设备丢失。
5G如何帮助推动IIoT的发展？
为了做出更明智、更快速的业务决策，必须给出网络的速度和强度。Verizon称，测试表明，5G超宽带可以提供比现有无线技术快20倍的速度。凭借这种响应能力，IIoT的潜力不仅可以简化，而且可以增加潜在的工业企业客户类型。
想象一下，预测分析炼油厂管道中的腐蚀，使得厂家在发生灾难事件爆发之前及时进行修复。货船上的传感器可以向卖家提供有关螺旋桨性能和继电器有效载荷状态的实时信息，以使得卖家厂商及时掌握产品实际运行状态。嵌入轨道的监视器可以实时跟踪货运列车的位置，并与整个交通网格中的其他系统相关联，以优化其行驶路线。涡轮机可以分析存储的数据并近乎实时地调整其叶片以最佳地利用风能。上述这些只是由5G推动的IIoT系统改善工业流程的几个例子。
Verizon认为，要扩展IIoT，处理功能必须要被下移到网络边缘。建筑工地、集装箱港口、石油钻井平台、重型机械都变得越来越“云化连接”和“数据驱动”，它们对于“超高灵活性”的需求，需要小型且分布式的数据中心（其中包含大量的存储和计算能力）来满足。否则，如果不采用边缘计算，时延甚至速率等都将满足不了上述IIoT应用场景的需求。
Verizon介绍，通过将计算功能下移到网络边缘节点，5G超宽带使云更接近最终用户。或者正如Verizon首席技术架构师和规划部门副总裁Ed Chan所说---将云放在客户的口袋里。比如，当螺旋钻钻入海底或遥控挖掘机的时候，反应时间至关重要（往往是一秒钟级别的）。
5G使能的IIoT对全球业务的影响将是巨大的，将对工业企业的生产模式乃至商业模式带来变革，从而开创经济增长和竞争力提高的新时代。
“到2035年，5G将实现12.3万亿美元的全球经济产出，并在全球范围内产生2200万个新的就业岗位”，Verizon集团执行副总裁兼Verizon Wireless总裁Ronan Dunne表示：“这种增长，大部分将来自交通运输、农业和其他实体产业的数字化转型”。“数字化”转型，意味着需要进一步提高工厂生产线的自动化水平。
全球知名调研机构IDC（国际数据集团）预测，制造业、运输业和公用事业行业将在未来几年内在物联网解决方案方面投入最多，运营商应特别关注其中的生产资产管理、货运监控、车队管理等。IDC预计，仅在未来两年内，IIoT应用就可以产生超过3000亿美元的收入，这是消费者物联网领域的两倍。
Verizon表示，这一切都加剧了工业互联网领域“地震”般的转变，使社会处于第四次工业革命的“风口浪尖”；5G时代，IIoT将在天空、土壤和海洋中运行，实现“无处不在”的IIoT。
从上文可以看出，Veriozn很看好5G在IIoT进一步发展中面临的市场机遇，并介绍了一些IIoT具有代表性的应用方向。而对于“5G如何为工业物联网提供动力”这一问题，Veriozn则主要提到了“边缘计算”。早期的工业互联网架构，一般考虑云平台统一部署，对现场设备和机器都进行集中控制。但
由于工业领域对高可靠、低时延、确定性以及业务安全性等的实际需求，目前又呈现计算能力向边缘分布的发展趋势---
一种是工业现场边缘计算，一种是运营商MEC。两者的不同之处在于，前者部署于工厂内部，而运营商的MEC部署于厂外部网络中，靠近工厂的网络边缘，提供IT服务环境以及云计算能力，可以进一步减小网络时延，提高网络服务效率，满足工业现场对网络的低时延、安全隔离、现场服务等要求。
MEC的部署位置，即可与宏基站或者厂区室内站共址，避免绕经广域网络，实现工厂本地就近服务。MEC在工业互联网中的应用，适合于码头自动化调度、仓储自动化、工厂终端与平台高密度协智慧园区管理等；通信运营商提供的相关服务可以主要包括低时延专网保障服务、数据“本地分流”服务、现场高带宽的监控和分析服务。
参考文献：
Verizon. How 5G can power the Industrial Internet of Things[EB/OL]. 2018[12-07]. https://www.verizon.com/about/our-company/5G/how-5g-can-power-industrial-internet-things.
虽然工业互联网并不止是有“网”，但“网络连接”对于工业互联网而言至关重要。
在工业互联网的网络连接中，工厂的厂内网络将扮演非常重要的角色。
厂内网络既有有线接入网，也有无线接入网。5G URLLC是后者的一种很被运营商看好的技术。
5G URLLC是5G的三大应用场景之一，URLLC即超高可靠与低时延通信。
可见，在全球移动通信业界的设想中，5G URLLC具备高可靠、低时延、极高的可用性等全新特性。
有了上述新的可谓“极致”的特性，5G URLLC被业界广泛认为可以应用于工业控制、工厂自动化、智能电网、设备、车联网通讯、远程手术等场景。
2016年初，3GPP启动了5G技术标准由的制定，其中，计划到2019年底完成的R16版标准（5G第二阶段标准），就包含5G URLLC系统的标准化。
5G URLLC的主要技术特点如下：
在时延和可靠性方面，相比之前的蜂窝移动通信技术，5G URLLC有了极大程度的提升。
5G URLLC技术，实现了基站与终端间，上下行均为0.5毫秒的用户面时延。
该时延是指：成功传送应用层IP数据包/消息所花费的时间，具体是从发送方5G无线协议层入口点，经由5G无线传输，到接收方5G无线协议层出口点的时间。
其中，时延来自于上行链路和下行链路两个方向，5G URLLC实现低时延的主要技术包括：
① 引入更小的时间资源单位，如mini-slot；
② 上行接入采用免调度许可的机制，终端可直接接入信道；
③ 支持异步过程，以节省上行时间同步开销；
④ 采用快速自动请求重传（HARQ）和快速动态调度等。
目前，5G URLLC的可靠性指标为：用户面时延1ms内，一次传送 32字节包的可靠性为99.999%。
据悉，在5G标准最终制定完成时，上述的可靠性指标有望从5个9实现进一步的提升。
此外，如果时延允许，5G URLLC还可以采用重传机制，进一步提高成功率。
在提升系统的可靠性能方面，5G URLLC采用的技术包括：
① 采用更鲁棒的多天线发射分集机制；
② 采用鲁棒性强的编码和调制阶数（MCS选择），以降低误码率；
③ 采用超级鲁棒性信道状态估计。
此外，5G URLLC还支持基于IEEE 1588 v2的同步技术。
在“运动控制场”景下，5G URLLC可以在由50个到100个设备所组成的通信组中，通过无线接口实现亚微秒级别的高精度时间同步。
那么，有了上述主要的、优秀的技术特点，5G URLLC将具备在哪些适用场景得到应用的潜力？
自从3GPP对5G技术进行标准化的一开始，西门子、博世等工业企业就积极参与其中，提出了从
运动控制、控制设备互联、移动的生产设备、增强现实等5G技术在工厂生产区内部的诸多应用场景以及相应的需求。
从以前到现在，工厂的生产线是相对稳定、长期不变的，因此，工厂厂区内对无线网络的需求不强烈，或者对于无线网络在带宽、时延、可靠程度的需求的指标较低。
但是，在未来的“智能工厂”甚至“智慧工厂”中，情况可能会发生重大变化。未来工厂所需要的
灵活性、移动性和多用途适用性
，只有诸如5G URLLC这样的无线连接才能同时提供。
一是5G URLLC使能工厂生产的“柔性化”：
在“制造自动化”的控制系统中，典型的闭环控制过程周期低至毫秒级别，同时对可靠性也有极高的要求。
在未来的“智能工厂”甚至“智慧工厂”中，静态的按既定工序/流程的工业制造系统，将会越来越多地被新型的“模块化”生产系统取代，从而提供更高的灵活性和多用途适应性。
5G URLLC技术在满足高可靠、低时延需求的基础上，将带来生产设备无线连接的灵活性，使得工厂生产系统的“模块化”以及“柔性制造”成为可能，有望极大程度地降低生产线重组的时间开销及成本。
二是5G URLLC使能工厂的工业增强现实及远程控制：
比如，采用增强现实技术，对生产任务进行分步指引，指导工厂工作人员现场手动装配过程，可以快速满足新生产任务的需求。
又如，在恶劣的工作环境下，可以基于增强现实应用实现人机远程交互与控制，用工业机器人代替人的现场参与。
5G URLLC的低时延、高可靠、高速率特性，具备使得上述应用成为现实的潜力。
三是5G URLLC使能工厂在生产设备、移动机器人、AGV等之间实现“无缝”协作：
在未来的“智能工厂”甚至“智慧工厂”中，移动机器人、AGV起到日益重要的作用。
在具体的生产过程中，要求这些智能设备间实现“密切协同”以及“无碰撞作业”，需要以无线方式，低时延、高可靠的进行实时数据交换，以大幅提升制造业效率。
这些设备间的精密协作的实现，5G URLLC技术或将扮演至关重要的角色。
“连接”将在“工厂自动化”和“工业4.0”中发挥重要作用。及时、安全地传输数据是工业通信技术的关键要求之一。时间敏感网络（TSN）是满足该要求的很有发展前景的一项技术，正如由3GPP标准化的5G移动技术一样。
5G技术可以降低与布线基础设施相关的成本，支持自动推车或移动AGV等移动设备，并提高工业应用的灵活性。
在制造业中，工业企业的客户对于对“定制产品”的需求不断增加，这推动了生产线向“更灵活”演进。
在工厂中使用5G，可以在不需要电缆的情况下引入新的生产单元。新安装的5G设备不需要位于同一站点，因为5G可以支持与远程站点的连接。这就使得位于不同地点的、分散的工厂生产线得到一致的连接。
TSN的主要目标是通过IEEE 802（以太网）有线网络提供确定性服务。这意味着低时延、小抖动、低丢包率、有保证的数据包传输。可以为网络中的特定数据流启用这些功能，这些网络也处理“尽力而为”类型的流量---例如工业网络（其中来自不同应用的数据流具有不同的时序要求）。
TSN标准可以应用于许多垂直领域，例如工业和汽车网络。IEEE与国际电工委员会（IEC）正在联合开发一种所谓的双logo标准（dual logo standard）---IEC / IEEE 60802，用于定义工业自动化的TSN配置文件。下图总结了不同的TSN组件和相应的IEE 802.1标准[1]。
