將 5G 應用於工業物聯網

那麼，為什麼物聯網被認為如此適合5G，特別是工業應用？哪些應用可能是最重要的？還有哪些挑戰需要克服？

 

在考慮哪個市場領域將首先產生可觀的5G收入時，工業物聯網(IIoT)緊隨其後，僅次於消費設備。那麼，為什麼物聯網被認為如此適合5G，特別是工業應用?哪些應用可能是最重要的?還有哪些挑戰需要克服?

 

要回答這些問題，首先讓我們定義IIoT，並更仔細地看看它在實踐中的含義。廣義地說，物聯網可以指任何連接到互聯網的東西，而不是手機、平板電腦或電腦。對於工業物聯網，我們會將其縮小到工廠、流程工業或其他工業環境中的設備。

 

這仍然是對工業物聯網的一個相當寬泛的定義。要了解5G的使用情況，我們需要更具體。在IIoT細分市場中，我們可以看到5G的重要用例將包括條件監控、機器人技術、增強現實/虛擬現實和過程控制。

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在Molex最近與研究公司Dimension Research共同進行的一項調查中，我們詢問了受訪者認為5G在工業和物聯網市場最有可能的“殺手級應用”或主要使用案例是什麼。機器人是最受歡迎的答案，45%的受訪者給出了答案。然而，此外，對於其他可能的應用(至少30%的調查參與者都提到了這些應用)，包括物流、工廠自動化、過程控制和智能電網，答案也很廣泛。

 

由於涉及到5G推出的時機，狀況監測和機器人很可能是為增加未來支出開闢道路的“門戶”。狀態監控及其在預測性維護中的應用就是一個很容易量化物聯網經濟效益的應用示例，這使得製造商可以更直接地證明物聯網的合理性。機器人可以通過需要專用5G無線基礎設施來刺激投資，因為現有的有線連接無法實現聯網和自主工廠機器人等應用所需的移動性。

 

工業5G

我們已經研究了一些應用，但我們還沒有解決為什麼5G可能在IIoT應用中如此有用的問題。

 

與4G和3G相比，5G的討論通常集中在帶寬的增加上，提供高達10Gbps的更快的數據速率，以及從一個基站支持更多設備的能力。在工業環境中，這對於使用增強現實技術人員遠程診斷設備問題等應用程序可能很有用。

 

通過在物聯網設備或物聯網設備附近本地實施人工智能，監控傳感器數據，並僅在發現問題或需要採取行動時才通過網絡發送數據，可以減少所需的帶寬。

 

在許多工業用例中，低延遲也很重要。在理想情況下，發送和接收 5G 信號之間的時間可能低至 1 毫秒，而 4G 則約為 200 毫秒。這對於過程控制至關重要，因為 5G 用於實時控制設備，以及用於跨網絡發送和接收數據的移動工廠機器人。例如，拾放機器人可能會使用攝像頭和其他傳感器掃描貨架，然後將原始數據發送到網絡，在那裡算法處理並將指令轉發給機器人——一切都在眨眼間完成。

 

5G 的另一個好處是能效。 5G 標準包括多項降低功耗的功能，例如在數據傳輸很少或沒有數據傳輸時廣泛使用睡眠模式。就每比特數據的瓦特數而言，5G 的效率比 4G 網絡高 90%。對於電池供電的物聯網設備，這會對設備在兩次充電之間的運行時間產生很大影響。

 

雖然大型運營商提供的 5G 網絡在某些情況下將是最佳選擇，但對於許多工業應用而言，更好的選擇是專用網絡，其中專門為特定位置和實施的設備和數據傳輸創建單獨的 5G 網絡。這意味著可以根據公司的特定需求定製網絡，並確保安全性和服務水平。

 

頻率很重要

另一個需要考慮的技術領域是 5G 使用的頻段。回到高中物理，你可能記得更高的頻率可以攜帶更多的數據。因此，5G 可以使用 6 GHz 以上的毫米波 (mmWave) 頻段來實現其高帶寬。

 

然而，這些高頻也意味著信號更容易被物體、牆壁或其他障礙物吸收。因此，需要更多的基站或“小基站”來填補當今網絡覆蓋的空白。

 

毫米波信號還需要波束成形和轉向等技術來應對由於高頻導致的信號衰減，從而增加成本和復雜性。為了支持這些技術，與 4G 相比，5G 網絡在基站和連接設備上都需要更複雜的天線。這些天線必須重新設計和優化，以提供正確的功能和性能。

 

除了網絡本身，物聯網設備顯然還需要針對 5G 連接進行優化。我們剛剛提到了天線，但隨著數據速率的提高，其他方面將需要重新設計以跟上——從連接器到微控制器。

 

向 5G 的轉變提供了替代頻段，在 6 GHz 以下的頻譜中運行，低至 450 MHz。這種更遠距離的頻段可以使部署更簡單，並且仍然提供許多 5G 優勢，同時犧牲了毫米波可實現的超快速度。在實踐中，這些低於 6 GHz 的頻率很可能非常適合用作過渡技術，通過減少所需的投資來更快地推出。

 

收入和復雜性

在我們的調查中，89% 的受訪者同意 5G 將大於 4G，88% 的受訪者預計 5G 將產生新的收入來源。如上所述，工業物聯網是許多應用中 5G 的理想選擇。


這很快就會發生，35% 的調查參與者表示他們已經實現了 5G 的業務目標，或者將在一年內實現。事實上，92% 的受訪者預計時間框架將在五年內。同樣，91% 的受訪者表示，他們預計工業物聯網中的 5G 將在未來五年內帶來可觀的新業務收入。

 

為了實現這個時間表，5G 運營商和 OEM 必須快速開發和實施複雜的系統。使用新的 RF 標準帶來了新的挑戰，對於工業應用，一切都必須在電噪聲和物理惡劣的環境中工作。

 

作為 5G 組件的供應商，我們看到了大量相關的 IIoT 用例。每個用例都可能以不同的方式從 5G 中受益。了解應用程序——並認識到它每次都會有所不同——對於確保成功指定、選擇和實施解決方案至關重要。

 

工業物聯網市場為 5G 提供了巨大的機遇，但要充分利用其優勢，需要直接針對特定用例以及技術和業務目標進行仔細評估和規劃。