一、工业互联网的特点

工业互联网被定义为基于网络和智能的工业制造系统。网络是指工业中所有工业网络的互联，而智能是指工业制造设备的自动化。随着大数据的广泛普及，云计算和物联网功能的应用，这种新技术和概念不仅改变了工业制造系统架构的积极性，而且在增加新的工业数据平台的同时不断改变人们对工业互联网的理解。工业数据平台可以快速有效地集成现有分散的工业数据，并且通过有序的管理和分类应用，工业制造的智能化极大地提高了深度和广度。大数据和云计算在工业互联网中的应用为智能设计、个性化定制和预测性维护提供了良好的技术基础和控制条件。

工业互联网的重要标志是网络和智能。网络传递工业制造的数据流，而智能则支持工业制造的生产过程。网络速度的通畅与否是工业互联网的基本要求，依赖于智能处理和成型，但这显然表明工业互联网目前应用仅限于工业。工业互联网的应用必须面向整体行业，并使其成为移动网络的重要组成部分，以通过数字网络和电子商务系统与消费者进行交互。只有这样，工业互联网才能为客户量身定制，并且工业产品制造市场的需求具有多样化和个性化的发展趋势，才能使工业互联网制造实现高质量、高速、高效和高利润的小批量或单批智能化生产。

二、工业互联网的发展对5G技术的需求

5G技术连接着人与人、物与物、人与物之间的联系，根据工业互联网的发展趋势来看，5G系统需要满足以下几种技术要求：一是传输速率需要提高10至100倍，用户体验速率达到0.1-1Gb/s，用户峰值速率达到10Gb/s。二是延时降低5-10倍，达到毫秒量级。三是设备连接密度要求提高10-100倍，达到每平方千米600万个。四是流量密度要求提高100-1000倍，达到每平方千米20Tb/s。五是为了提高用户体验，移动性要求超过每小时500km。

三、工业互联网5G内网建设模式

1.网络切片虚拟内网

网络切片虚拟内网是指通过网络切片技术在公网上虚拟出一个逻辑隔离的内网，不同于VPN技术，切片内网是从CT角度，从接入网、承载网和核心网打通了整个链条的专用通道，安全性和QoS大大提高。

在接入网，切片技术可以分配公网用户和内网用户频谱资源，并调整用户优先级；在核心网，控制面与用户面也使用切片技术做隔离。这样就保证了端到端全链条的逻辑隔离，降低传输时延的同时，保证内网数据安全。

2.UPF下沉内网

UPF（用户面）下沉内网是指将核心网的UPF下沉到工业企业，接入网侧与公网用户共享，但部分无线频率为内网独占。

在接入网，基站由运营商建设，公网与内网用户共用，考虑工业园区公众用户密度不高，可以划分部分公网无线频率给内网独占，保证互不干扰；在核心网，控制面由内网和公网用户共享，但做了逻辑隔离，使两方数据不互通，用户面已下沉至工业企业内，企业内的数据只经过本地UPF，数据不出厂，内网数据传输可靠。同时保证公网用户的数据不经过企业UPF，直接进入公网核心网。

3. 5GC下沉内网

5GC（5G核心网）下沉内网是指将整个核心网（包括控制面和用户面）完全下沉至工业企业，由于5G无线频段属于授权频段，基站一般与公网用户共享，划分部分频率为内网独占。

在接入网，与UPF下沉内网相同，公网专网用户的频率占比可视实际情况而定；在核心网，内网用户的信令信息和数据信息都经由独占频率接入本地5GC，实现卡号、数据、应用的所有信息都完全不出厂。同时保障了工业企业内的公网用户使用体验，公网用户经公网频率进入公网5GC，不会与5G内网发生交互。

四、5G环境下的工业互联网关键技术

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。

2. 5G关键技术

在5G技术发展方面，4T4R、Massive MIMO、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，Massive MIMO TDD制式也开始运用，多个国家发布了NB-IoT商用战略。NB-IoT，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。

2014年5月，华为、沃达丰、中国移动、Orange、TelecomItaly等公司主导的3GPPNB-IoT GERAN Study Item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。

五、工业互联网在5G环境下的应用情况分析

1.工业智能传感器

工业互联网通过射频识别、传感器等对工业生产的全生命周期实现不同维度的信息监控和收集，包含人员、流程、设备、原料、生产环境等多种数据信息，在这个过程中成千上万个传感器和执行器功能型号随生产场景的不同而存在一定的差异，它们之间的联系需要依靠5G技术的支持。传感器由转换元件、敏感元件和转换电路组成，分为内部和外部两种传感器类型，相当于人体的器官。一台工业智能化机器人身上综合应用了触觉、视觉、力觉、超声波、听觉等多种传感器，以便对生产过程中的参数实现全方位的监视及控制，从而确保生产出高质量的工业产品。当生产制造环节对环境敏感程度要求较高时，传感器收集信息后需要进行极低延时的信息传递，信息快速到达执行器件进行高精度的生产制造，这个过程5G技术能够很好地实现低延时、高可靠的需求，有效提高网络可靠性，为安全高效的生产提供保障。

2.云AR/VR与5G相结合

工厂智能化生产通过AR/VR大大提升生产效率并减少安全隐患，例如：在进行工业装配、工业维护的智能化制造时，进行虚拟装配培训，通过VR技术实现图纸向VR工厂的转化。这个过程要去辅助AR设施具有极强的灵活性，使维护工作更加高效，仅要求AR设备具有显示和连接的功能，借助无线网络将AR设备与云端联系，在云端实现设备信息的处理过程，有效减小硬件成本的投入。经过计算，无线网络双向传输的延时只有控制在10ms之内，才可以有较好的实时体验效果，LTE网络无法达到这种延时要求，将5G与VR/AR相结合能够拓展交互性，满足相关要求，这种结合方式具有较强的通用型，被广泛地应用在各个领域。

结束语

工业互联网是一种新型工业架构，是智能化工业的关键，当今前沿的5G技术具有延时低、覆盖广、功耗小等特点，促进了互联网的高速发展，对工业互联网具有积极的推动作用。

参考文献

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