5G（第五代移動通信技術）是當前最新一代的蜂窩移動通信技術，相比于前幾代移動通信技術，5G 在速率、時延、可靠性及連接數等關鍵能力指標上都有較大地提升，這使得 5G 面向工業等行業推廣應用成為可能，但工業 5G 和商業 5G 有著明顯的區別。

對于商用場景，5G更關注的是增強型移動帶寬和大規模機器類型通信，也就是高下載速率和廣連接。而對于工業場景來說，更關注于超可靠的低延遲通信，工業網絡中更重要的因素是延遲和可能的抖動，只有提高了實時性的 5G 才能滿足工業應用。

另外，對于工業應用場景來說，硬件的工況往往十分復雜、環境惡劣，要求用于工業5G 的產品必須具備抗強電磁干擾、能夠適應高溫和低溫環境、抗粉塵、抗震動等工業產品的特性，

同時，工業 5G 與 OT 融合過程中對 5G 技術也有特殊的需求：

1）部署的 5G 網絡的可靠性是工業環境中應用的核心要求。典型的工廠自動化系統需要連續運行，不僅要實現高效率和生產力，還要保證高可用性、安全和不間斷的生產。

2）工業5G 網絡安全需要融入 OT 網絡縱深防御中。

3）低抖動是低時延需求的另一關鍵參數。

4）故障診斷接口是工業 5G 運維的必需。

工業 5G 的定義

工業 5G 是滿足工業應用需求的 5G 通信，工業 5G 不僅僅是 5G 應用于工廠，它是滿足工業嚴苛應用要求，基于 3GPP 制定的 5G 標準的無線通信技術。

不同于商業 5G 應用，工業 5G 在專為工業環境設計的硬件上運行，并且可在本地專用網絡中運行并支持工業協議（OPC UA、PROFINET、安全等），并且具有保障工業安全的運維體系。

工業 5G 的架構

工業 5G 組網根據工廠實際連接需求，接入設備類型，實際應用有所區別，下圖展示了工業 5G 典型邏輯組網架構。

具體來看，工業 5G 典型邏輯組網架構由以下幾部分組成：

工廠接入設備：需通過 5G 無線連接的工廠設備，根據不同的應用場景需求，包括各類工業傳感器、伺服器、控制器PLC、HMI 設備、工業攝像頭等。

5G 終端：用于將各種類型工業設備接入至 5G 網絡，并支持 3GPP 定義的終端功能，與 5G 網絡進行通信。

5G 無線接入網：通過主要負責與 5G 終端的無線連接，物理層信號處理，無線資源管理等。

5G 核心網：負責 5G 核心控制以及用戶數據路由，主要由控制面（CP）與用戶數據面 (UP) 組成，控制面 (CP) 基于服務化架構。

工廠內網：包括工廠內 OT 環網及 IT 網絡，以及連接到內網的各種工廠設備及 IT/OT 應用。

西門子工業 5G 技術優勢

西門子早在幾年前就開始了在工業領域探索 5G 應用場景，除了相應產品的研發布署，也積極的將現有技術和生態賦能于 5G 網絡。例如，實時工業以太網 PROFINET 與 5G 的融合，西門子邊緣生態與 5G 的融合，WinCC Unified SCADA 軟件與 5G 的融合，SIMATIC 能源管理與5G 的融合等。

01實時工業以太網標準 PROFINET

與 5G 通信的融合

如何讓越來越多的支持 PROFINET 的工業現場設備可以通過工業 5G 互聯互通，從而實現工業現場設備的遠程控制？

一直以來，西門子積極投身于工業 5G 這一全新通信標準的研究，專注于研發工業 5G 產品組合和相關解決方案。西門子是工業通訊領域的領軍企業之一，也是推動 OT 和 CT 進行融合的國際 5G-ACIA 組織的重要創始成員。2023 年的漢諾威展會上，西門子演示了通過 5G 網絡實現 PROFINET 通信對 AGV 進行控制。

02西門子工業邊緣和 5G MEC 的融合

MEC 的全稱為 Multi-Access Edge Computing（多接入邊緣計算），把網絡架構、允許運算、網絡和移動服務提供商將一些計算和基于云的流程轉移到網絡環境的邊緣來實現更好的性能、延遲和安全性。5G 技術在商業領域的全面推進，也逐步在制造業進行應用。MEC 邊緣云也伴隨著 5G 業務的數字化轉型在制造業中推進。

03工業 5G 賦能能源管理系統

隨著 5G 技術的成熟，利用 5G 技術高帶寬、低時延、廣連接的特性，以及西門子的能源管理解決方案可以更加簡單高效的完成工廠能耗數據監測和數據可視化的需求，實現節能減排和降本增效。同時，在雙碳目標和各類政策的驅動下，借助 5G+ 能源管理系統之上幫助企業監控產線級的碳排放水平的同時，建立一套碳足跡管理系統，追蹤產品在生產過程中來自于供應鏈、物流、生產環節的碳排放量，打造碳差異化競爭。

04工業 5G 賦能 SCADA 和 MES 系統

伴隨著 5G 技術的應用可以使生產制造過程更加無線化、柔性化和智能化。各個行業可以根據 5G 獨有的大帶寬、低延時和高可靠性將 SCADA 系統與辦公網絡和工業控制系統結合，不再有傳統繁瑣的有線多層級交換機分層，企業可以利用 5G 技術更好的進行制造業的數字化轉型，將 SCADA 系統建設成為工廠到云端的紐帶，數據透明化和智能化可以將集控的管理人員和本地的操作人員相結合，制定出更有利于生產的規劃。5G 的出現使生產的智能化不局限于某一個工廠、某一城市或某一集團，它可以令生產從全行業的角度高屋建瓴的進行規劃。

05工業 5G 賦能電動單軌吊具輸送系統

西門子的電動單軌輸送系統 SIMATIC Electrical Monorail Systems（EMS）在汽車制造行業的總裝車間內廣泛部署。它協同工藝 AGV & Skillet 滑板線工藝模塊，實現了車身、底盤等重載零部件的運輸和工藝裝配，是柔性化產線和智能制造工廠的重要組成部分。

西門子的工業 5G 方案，通過在 EMS 載具端部署工業 5G 終端，實現了載具端小車和地面主控制器之間的 PROFINET 實時通信和 PROFIsafe 安全通信。終端的安裝更為簡單靈活，完全擯棄了傳統有線數據傳輸媒介的束縛，無需敷設波導管或者通訊滑觸軌道等，極大程度上節省了人工和硬件成本，降低了維護難度，簡化了設備空間布局。

06西門子工業5G

5G為工業環境提供了網絡布局可調整及布局的靈活性，以及以多種方式滿足最終用戶的基礎設施。不同的需求導向引發了5G在工業領域部署的不同模式討論及實踐。

專網架構，所有5G網元及配套傳輸，網管等均為工廠獨立建設。此模式的5G控制面和用戶面全部下沉到廠區，專網專用，基于這種模式，做到5G端到端可管可控，可以針對廠區內，各種不同工業場景的話務模型需求，實現定制化的優化適配，并且也可以從工業現場實際需求出發，設計合適的5G冗余可靠架構，保證工業級確定性嚴苛要求。另外從管理運維角度，這種模式也能更好的把5G融入到現有工業網絡中來，更好的支持工業5G的網管及運維需求。

西門子也在設計和研發基于此模式的5G獨立專網，將提供工業5G全套設備，包括工業5G路由器，無線單元，傳輸及工業5G能力中心等基礎設施 ，并且全部基于西門子工業專用硬件。

審核編輯：湯梓紅