将 5G 应用于工业物联网

在考虑哪个市场部门将首先产生可观的 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视为非常适合 5G，尤其是工业应用呢？哪些应用程序可能是最重要的？以及需要克服哪些挑战？

为了回答这些问题，首先让我们定义 IIoT，并更仔细地了解它在实践中的含义。从广义上讲，物联网可以指任何连接到互联网的东西，而不是手机、平板电脑或计算机。对于工业物联网，我们将其缩小到工厂、加工工业或其他工业环境中的设备。

这仍然是工业物联网的一个相当广泛的定义。要了解 5G 的使用情况，我们需要更加具体。在 IIoT 领域，我们可以看到 5G 的重要用例将包括状态监测、机器人、增强现实/虚拟现实和过程控制。

在最近的一项调查中，调查受访者认为哪些是 5G 在工业和物联网市场中最有可能的“杀手级应用”或主要用例。机器人技术是最佳答案，有 45% 的受访者表示。此外，还有很多其他可能的应用（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。

由于它与 5G 推出的时间有关，状态监测和机器人技术很可能是为增加未来支出开辟道路的“门户”。状态监测及其在预测性维护中的使用是一个应用示例，可​​以轻松量化 IoT 的财务收益，从而更直接地证明制造商的合理性。机器人技术可以通过需要私有 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

与 4G 和 3G 相比，5G 的讨论通常集中在其带宽增加上，提供高达 10 Gbps 的更快数据速率，以及从一个基站支持更多设备的能力。在工业环境中，这对于技术人员使用增强现实远程诊断设备问题等应用可能很有用。

在许多工业用例中，低延迟也很重要。在理想条件下，发送和接收 5G 信号之间的时间可能低至 1 毫秒，而 4G 的时间约为 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，以及移动工厂机器人通过网络发送和接收数据。例如，取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，由算法处理并将指令转发给机器人——所有这些都在眨眼之间完成。

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 网络高出 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，同时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，你可能还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“小型蜂窝”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，物联网设备显然需要针对 5G 连接进行优化。我们刚刚提到了天线，但由于数据速率更快，其他方面需要重新设计才能跟上——从连接器到微控制器。

向 5G 的转变提供了替代频段，在低于 6 GHz 的频谱中运行，低至 450 MHz。这个更远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 mmWave 可实现的超快速度。在实践中，这些低于 6 GHz 的频率可能非常适合用作过渡技术。

5G 在工业物联网市场存在巨大机遇，但要充分利用其优势，需要根据具体用例以及技术和业务目标直接进行仔细评估和规划。