西门子于近日正式发布了《西门子工业5G全连接工厂白皮书》（以下简称“白皮书”），结合5G技术应用环境和市场需求的演变，梳理自身在工业领域探索5G应用落地的成功实践。
本文内容摘选自《西门子工业5G全连接工厂》白皮书，如果您想要了解更多工业5G内容，点击上方图片下载本白皮书。
5G（第五代移动通信技术）是当前最新一代的蜂窝移动通信技术，相比于前几代移动通信技术，5G在速率、时延、可靠性及连接数等关键能力指标上都有较大的提升，这使得5G面向工业等行业推广应用成为可能，但工业5G和商业5G有着明显的区别。
对于商用场景，5G更关注增强型移动带宽和大规模机器类型通信，也就是高下载速率和广连接。而对于工业场景来说，更关注于超可靠的低延迟通信，工业网络中更重要的因素是延迟和可能的抖动，只有提高了实时性的5G才能满足工业应用。
另外，对于工业应用场景来说，硬件的工况往往十分复杂、环境恶劣，要求用于工业5G的产品必须具备抗强电磁干扰、能够适应高温和低温环境、抗粉尘、抗震动等工业产品的特性。
同时，工业5G与OT融合过程中对5G技术也有特殊需求：
1）部署的5G网络的可靠性是工业环境中应用的核心要求。典型的工厂自动化系统需要连续运行，不仅要实现高效率和生产力，还要保证高可用性、安全和不间断的生产。
2）工业5G网络安全需要融入OT网络纵深防御中
3）低抖动是低时延需求的另一关键参数
4）故障诊断接口是工业5G运维的必需
工业5G的定义
工业5G是满足工业应用需求的5G通信，工业5G不仅仅是5G应用于工厂，它是满足工业严苛应用要求，基于3GPP制定的5G标准无线通信技术。
不同于商业5G应用，工业5G在专为工业环境设计的硬件上运行，并且可在本地专用网络中运行并支持工业协议（OPC UA、PROFINET、安全等），并且具有保障工业安全的运维体系。
工业5G的架构
工业5G组网根据工厂实际连接需求、接入设备类型、实际应用有所区别，下图展示了工业5G典型逻辑组网架构。
具体来看，工业5G典型逻辑组网架构由以下几部分组成：
■ 工厂接入设备
■ 5G终端
用于将各种类型工业设备接入至5G网络，并支持3GPP定义的终端功能，与5G网络进行通信。
■ 5G无线接入网
通过主要负责与5G终端的无线连接、物理层信号处理、无线资源管理等。
■ 5G核心网
负责5G核心控制以及用户数据路由，主要由控制面（CP）与用户数据面 (UP) 组成，控制面 (CP) 基于服务化架构。
■ 工厂内网
包括工厂内OT环网及IT网络，以及连接到内网的各种工厂设备及IT/OT应用。
西门子工业5G技术优势
西门子早在几年前就开始了在工业领域探索5G应用场景，除了相应产品的研发部署，也积极地将现有技术和生态赋能于5G网络。
01实时工业以太网标准PROFINET
与5G通信的融合
如何让越来越多的支持PROFINET的工业现场设备可以通过工业5G互联互通，从而实现工业现场设备的远程控制？
一直以来，西门子积极投身于工业5G这一全新通信标准的研究，专注于研发工业5G产品组合和相关解决方案。西门子是工业通讯领域的领军企业之一，也是推动OT和CT进行融合的国际5G-ACIA组织的重要创始成员。2023年汉诺威展会上，西门子演示了通过5G网络实现PROFINET通信对AGV进行控制。
02西门子工业边缘和5G MEC的融合
MEC的全称为Multi-Access Edge Computing（多接入边缘计算），把网络架构、允许运算、网络和移动服务提供商将一些计算和基于云的流程转移到网络环境的边缘来实现更好的性能、延迟和安全性。
5G 技术在商业领域的全面推进，也逐步在制造业进行应用。MEC边缘云也伴随着5G业务的数字化转型在制造业中推进。
03工业5G赋能能源管理系统
随着 5G 技术的成熟，利用 5G 技术高带宽、低时延、广连接的特性，以及西门子的能源管理解决方案，可以更加简单高效地完成工厂能耗数据监测和数据可视化的需求，实现节能减排和降本增效。
同时，在双碳目标和各类政策的驱动下，借助 5G+ 能源管理系统之上帮助企业监控产线级的碳排放水平的同时，建立一套碳足迹管理系统，追踪产品在生产过程中来自于供应链、物流、生产环节的碳排放量，打造碳差异化竞争。
04工业5G赋能SCADA和MES系统
伴随着5G技术的应用，可以使生产制造过程更加无线化、柔性化和智能化。各个行业可以根据5G独有的大带宽、低延时和高可靠性将SCADA系统与办公网络和工业控制系统结合，不再有传统繁琐的有线多层级交换机分层，企业可以利用5G技术更好地进行制造业的数字化转型，将SCADA系统建设成为工厂到云端的纽带，数据透明化和智能化可以将集控的管理人员和本地操作人员相结合，制定出更有利于生产的规划。
5G的出现使生产的智能化不局限于某一个工厂、某一城市或某一集团，它可以令生产从全行业的角度高屋建瓴地进行规划。
05工业5G赋能电动单轨吊具输送系统
西门子的电动单轨输送系统SIMATIC Electrical Monorail Systems（EMS）在汽车制造行业的总装车间内广泛部署。它协同工艺AGV & Skillet滑板线工艺模块，实现了车身、底盘等重载零部件的运输和工艺装配，是柔性化产线和智能制造工厂的重要组成部分。
西门子的工业5G方案，通过在EMS载具端部署工业5G终端，实现了载具端小车和地面主控制器之间的PROFINET实时通信和PROFIsafe安全通信。终端的安装更为简单灵活，完全摈弃了传统有线数据传输媒介的束缚，无需敷设波导管或者通讯滑触轨道等，极大程度上节省了人工和硬件成本，降低了维护难度，简化了设备空间布局。
06西门子工业5G
5G为工业环境提供了网络布局可调整及布局的灵活性，以及以多种方式满足最终用户的基础设施。不同的需求导向引发了5G在工业领域部署的不同模式讨论及实践。
专网架构、所有5G网元及配套传输、网管等均为工厂独立建设。此模式的5G控制面和用户面全部下沉到厂区，专网专用，基于这种模式，做到5G端到端可管可控，可以针对厂区内，各种不同工业场景的话务模型需求，实现定制化的优化适配，并且也可以从工业现场实际需求出发，设计合适的5G冗余可靠架构，保证工业级确定性严苛要求。
另外从管理运维角度，这种模式也能更好地把5G融入到现有工业网络中来，更好地支持工业5G的网管及运维需求。
西门子也在设计和研发基于此模式的5G独立专网，将提供工业5G全套设备，包括工业5G路由器、无线单元、传输及工业5G能力中心等基础设施 ，并且全部基于西门子工业专用硬件。
