Ludger Boegerging（u-blox 蜂窝通讯产品中心 战略（商场开发） 高级专员）
摘 要：在5G 的大趋势下，一个观念正逐渐被人淡忘或忽视：就是在未来 10 年中，4G LTE 仍将是工业物联网处理方案的最具竞争力的通讯技能。本文将论述其间的原因。此外，咱们还将研讨怎么为全新 5G 年代做好预备，讨论怎么运用当今的 4G LTE 技能，并继续开掘 5G 技能中所蕴藏的价值。
要害词：4G LTE；5G；工业物联网；工业 4.0
尽管5G毋庸置疑将会为各行各业乃至咱们的日常日子带来巨大的时机，但若要充分运用这项技能，不只需求很多的实践作为根底，更需求一套高度整合的办法助力落地施行。
众所周知，咱们现在正处在第四次工业革命的风口浪尖。物联网(IoT)、人工智能、无处不在的无线互联、混合实践、区块链、自动驾驶车辆、云技能——包括这些在内的很多立异技能正悄然推翻着各行各业的运作方式。最具远景的当属将工厂中运用的数字体系和物理体系并入工业物联网（IIoT)，以此所打造的信息物理体系将成为未来工业4.0的健旺“柱石”。
作为时下最抢手，一起也随同很多争议的论题，第五代蜂窝通讯（5G）技能的效果被一些人认为是言过其实且有炒作之嫌。但是，与此一起则有别的一些人竞相入局5G商场以首先占有商场空间，预备用5G技能雷厉风行地革新他们所在的职业。而介于两者之间的是那些十分慎重的人，他们在对5G进行出资的过程中，更期望获得有关研制5G新产品和处理方案的必要经历，一旦5G尘埃落定且技能老练，他们就可直接将这些产品和处理方案供给给客户。
正是因为各式各样的炒作，这种职业乱象并不令人感到意外。因为5G的相关职业间隔大规模布置尚有数年的时刻，相对传统保存的职业更倾向于暂缓对工业物联网(IIoT)的出资，直到Rel-17中的新规范彻底颁布施行。究竟，当一场技能革命正在酝酿中时，为什么要把有限的资金投到4G LTE这个看起来或许现已过期的技能上呢?
但正是这样一个看似合理观念亟需纠正：4G LTE非但没有过期，反而仍在不断开展，在未来几年该项技能将会继续扩展商场份额，乃至会长时刻占有商场主导地位。 [1] 事实上，4G LTE网络将在5G网络扎根之时起到弥补乃至支撑的效果。
在5G的大趋势下，一个观念正逐渐被人淡忘或忽视：就是在未来10年中，4G LTE仍将是工业物联网处理方案的最具竞争力的通讯技能。在本篇文章中，咱们将论述其间的原因。此外，咱们还将研讨怎么为全新5G年代做好预备，深入讨论怎么运用当今的4G LTE技能，并继续开掘5G技能中所蕴藏的价值。
1 一个游戏规则的终极推翻者
毫无疑问，5G将会带来一场巨大的革新。5G背面的大举炒作是有道理的。事实上，它乃至有时机完结咱们更久远的方针：从根本上改动蜂窝通讯技能在社会中所扮演的人物，并终究构成一个树立在很多推翻性立异技能根底之上的“万物互联网”。
● 5G将会添加新的频段，包括sub-1 GHz和mmWave(>24 GHz)，以扩展容量。
● 5G将在mmWave频段供给高达1 GHz的信道带宽，以完结超高的宽带速度。
● 5G会引进一种功用彻底的全新无线接口(5G NR)，以满意掩盖各行各业多元化的需求。
● 5G将需求一个具有Small Cell、网络切片、网络虚拟化、边际核算等技能的新中心网络，以便满意各种需求，并依据职业特定需求来灵敏调整功用。
5G规范由担任界说全球蜂窝通讯规范的规范化组织3GPP界说，然后满意各种与工业范畴相关的重生运用场景。从头一代人机界面到自动化制作，再到传感器网络和云衔接，每一个运用都可以在5G的三大运用场景中得以完结：
● 增强型移动宽带(eMBB)将供给每秒超越10 Gb的数据传输速率，一起将容量添加三个数量级。
● 超牢靠的低推迟通讯(URLLC)将完结高达99.9999%的惊人牢靠性和毫秒级的推迟。
● 终究，海量机器类通讯(mMTC)将进一步扩展当今低功耗广域网(LPWA)的远景，然后能以更低的功耗、更低的本钱传送零散数据。
2 替换推出
尽管5G技能令人等候，但在全球规模内完结全面推行需求一些时日。咱们将看到，移动网络运营商会依据他们在各自商场中看到的商业事例，以及他们自己进行所需出资的志愿和才干，调整他们的5G布置时刻规划。此外，3GPP并未一次性发布适用一切职业的5G规范。相反，每个新版别都会给该技能带来额定的功用。
3GPP Release 15首要是为了完结eMBB及其高速数据传输——首要针对顾客商场。Release 15进一步细分为三个子版别。
榜首个子版别首要是以4GLTE网络为根底施行非独立组网(NSA)，该版别已于2017年末交给。干流的移动网络运营商(MNO)将这项技能推行到要害城市区域商场。
第二个子版别触及施行5G的独立组网(SA)，于2018年中完结。
随后，终究一个子版别于2019年头发布，进一步在技能上追加改进和立异。因为移动网络运营商(MNO)仍在忙于推出5G NSA，因而，咱们或许还需等候数年才干看到5G SA版的商业推行。
3GPP Release16方案于2020年上半年发布，它将终究处理对互联职业影响最大的两大运用场景：URLLC和mMTC。特别是 URLLC，需求布置专用网络。方案于2021年第四季度发布的Release 17将会进一步拓宽这些功用。
3 向低功耗广域网的平稳过渡
为了延伸刚刚施行的LPWA处理方案的运用寿命，3GPP联盟正尽力保证从4G LTE到5G技能的平稳搬迁。
LTE网络不只将在未来10年或更长时刻内保证其可用性，并且有望继续向5G年代演进，并获得进一步久远出资，然后在功耗、功用、设备尺度、功用和本钱方面完结进一步的改进。出色的向下兼容性将保证4G LTE处理方案即便在5G成为干流的情况下也能继续运转。此外，在当今4G网络上作业的“传统”LPWA设备将与5G网络兼容。
这正是一些职业仍在选用4G LTE供给的先进技能来简化运营、进步功率和进步出产率的原因。这一趋势只会跟着咱们进入5G年代而加速，这将改动整个工厂的运维逻辑，而不再见像现在相同以高度涣散的有线技能商场为主导。
打个比如，当时的制作基地就像一个包括多个“衔接岛”的群岛，各衔接岛之间由网关彼此离隔。因为现有的技能规范是涣散的，因而缺少互操作性，若要将不同的工业网络技能衔接起来需求一系列的协议转化。
与此相对的是，工业4.0许诺在任何时分，在一切流程和财物上都能完结彻底通明，并且产品、出产体系、供给和分销链、人员以及流程之间将完结无缝通讯，一切这一切都必须依赖于共同、强壮、牢靠的无线衔接。
4 新式商业方式
5G并非仅仅对运营进行从头界说。因为数据的拜访益发便当，整个商业方式都将发生变化。在整个笔直职业，数据的生成速度比以往任何时分都要快，而数据也被作为实时质量操控、猜测性保护、集成供给和分销链、劳动力监控等许多业务的一种完结手法，其战略价值正在灵敏添加。这从根本上改动了各行各业的运作办法。
举个比如，工业4.0推进商业开展的标语是：“今日下单，明日发货。”一起，它也扭转了数十年来会集大规模出产的趋势：只有当出产力向终端客户挨近时，才干读取每个人的定制化需求，并以批量出产及时满意用户需求。
彻底可追溯才干相同具有推翻含义：得益于工业4.0，运营司理可以知道他们出产的每一台设备中的每一个零件的切当来历。即便在布置的时分，设备也可以被继续监控，然后找出制作过程中的薄弱环节进行改进，借此进步未来产品的质量。此外，客户还可以从根据数据和洞察力的服务和支撑中长期获益。
经过选用不需求有线衔接的技能，工业4.0将使制作业更灵敏、更多样化。与曩昔的有线处理方案比较，LPWA和5G技能更易于布置，因而减少了搜集很多感测数据所需的出资。它们可以加速现有和新装设备的施行。它们供给更高质量的信息，并且保证了操作人员的安全。终究，它们可以更灵敏地施行，并且更易于扩展。
5 将工业自动化水平进步到新的高度
要运用这一巨大的数据池并将其转化为实践的利益，需求一种更具立异、更全面的办法来办理资源、货品和人员，乃至追寻供给、出产和分销链中一切流动性财物。更不必概要保证一切机器和其他设备的正常操作和保护，以及相关人员的安全。
要在货品、出产体系和流程之间树立并运转这种新的通讯办法，需求惯例的人类思维和细致的监管，以及对出产流程各方面的更深入了解。相同，在优化运送带上的流程时，将需求更杂乱的规划、创建和流程办理，并且还需求进一步加强本地出产才干。
这种高度整合的办法[即操作技能(OT)和信息技能（IT）之间的结合]开展到巅峰，将驱动数字孪生技能的进一步开展，该技能以虚拟方式表明与制作流程有关的一切相关信息。跟着技能的不断老练，数字孪生技能将在广度和深度上都获得发展，一起企图将越来越多的有关资源、产品和财物的详细数据，以及有关运营根底设施、机器乃至外部供给链的状况和功用的信息结合在一起。
6 私有网络将成为迈向 5G 的跳板
但是，5G的相关职业范畴还需等候数年才干在公共网络进步行布置。一起，由企业或专业服务供给商具有和运营的非公共网络将是处理低牢靠性、低可用性、低周转时刻、数据隐私等应战的最方便办法。
非公共网络现已可以运用4G LTE，这使得公司可以调整网络参数和无线电频谱运用率来满意职业特定的需求。这些私有网络可以支撑要害运用、超低推迟、超高数据传输速率，乃至可以比美5G更高、安全的通讯等级。
制作工厂、库房、供给链和物流显然是私有网络的受益者。在某种程度上，它们彻底运用了无线衔接，制作工厂往往是由那些无法集成到单个渠道的技能凑集而成，因而约束了它们可以支撑的运用的杂乱性。4G LTE和随后的5G私有网络可以供给更高等级的多功用性、可扩展性和易完结性。
一些国家已开端专门为工业私有蜂窝网络保存频谱。德国保存了(3.7~3.8)GHz的频谱，瑞典或许也会仿效。日本保存了2.4、4.5、4.6和(28.2~29.1)GHz的频谱，而英国保存了1.8GHz、2.3GHz、(3.8~4.2)GHz和(24.25~26.5)GHz的频谱。
德国联邦网络局将为提出请求的用户分配最长达10年之久的频谱，年费为数千到数万欧元不等，详细取决于所请求的带宽、分配继续时刻和掩盖区域。这是一项很有吸引力的行动，但并没有得到移动网络运营商的共同支撑，这首要是因为频谱被削减了相当大的一部分。
7 刻画互联职业的未来
在u-blox，咱们致力于刻画互联职业的未来。作为3GPP联盟的活泼成员，u-blox参加了NB-IoT和mMTC规范化并做出自己的奉献。此外，u-blox还活跃参加试点研讨，探究5G技能在工业运用场景中的要求和功用。
5G-SMART项目由欧盟委员会赞助，汇集了来自工业界和学术界的很多协作伙伴，例如来自工业界的Bosch、ABB、Ericsson、u-blox，以及来自学术界的隆德大学、巴伦西亚理工大学、弗劳恩霍夫研讨所等等，旨在评价5G在实践制作环境中的潜力。作为5G-ACIA项目的活跃成员，u-blox与一个由IT和OT职业协作伙伴组成的多元化团队协作，以保证5G技能和5G网络尽或许适用于互联职业，特别是制作业和加工职业。
8 立刻开端
经过扩展蜂窝通讯技能支撑的运用规模，5G有望将互联职业进步到一个全新的水平。但是，该规范的相关职业方面需求数年时刻才干老练，何况移动网络运营商也需求推出用于施行5G处理方案的根底设施。好消息是，3GPP正在尽力保证人们可以从今日的4G LPWA技能向5G技能的平稳过渡。这意味着，您今日就可以起程5G之旅，享用4G LPWA带给您的新式商业方式的时机，并从技能上领先于您的竞争对手，从久远来看，这会给您带来可观的收益。
参考文献：
[1]麦肯锡公司.数字公用事业：新应战、新才干和新时机[R/OL].(2018-6).https://www.gsma.com/mobileeconomy/wp-content/uploads/2018/02/The-Mobile-Economy-Global-2018.pdf.
本文来历于科技期刊《电子产品世界》2020年第05期第26页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
