“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展態(tài)勢研究

通信世界網(wǎng)消息（CWW）自2019年商用以來，5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不斷融合創(chuàng)新。過去六年，我國“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”實(shí)現(xiàn)了“從0到1，再到N”的系統(tǒng)性突破，建成超7.5萬個(gè)5G行業(yè)虛擬專網(wǎng)、1200余個(gè)高水平5G工廠，工業(yè)5G模組產(chǎn)品全球占比超80%，40多項(xiàng)國際、國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在研，31個(gè)省份均出臺支持政策，全國形成“東中西”梯次推進(jìn)的發(fā)展格局。2025年，隨著5G-A、AI等技術(shù)與工業(yè)應(yīng)用場景深入融合，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”進(jìn)入“技術(shù)迭代與應(yīng)用深化雙重突破”的新階段。基于此，本文從技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、應(yīng)用三個(gè)層面分析“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”最新進(jìn)展與未來發(fā)展趨勢，為相關(guān)領(lǐng)域研究與實(shí)踐提供參考。

面向工業(yè)的5G-A技術(shù)研究

5G-A作為5G向6G演進(jìn)的關(guān)鍵階段，在進(jìn)一步強(qiáng)化eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）、uRLLC（超高可靠低時(shí)延通信）和mMTC（海量機(jī)器類通信）三大典型場景能力的基礎(chǔ)上，引入了通感一體化、無源物聯(lián)網(wǎng)（Passive IoT）、內(nèi)生確定性等新技術(shù)與新特性，從而更精準(zhǔn)地匹配復(fù)雜工業(yè)場景應(yīng)用需求，有效打破工業(yè)連接瓶頸，構(gòu)建覆蓋全生產(chǎn)要素與生產(chǎn)流程的高性能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，為人工智能技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域落地提供了良好的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)流通環(huán)境。

確定性網(wǎng)絡(luò)

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用的“盡力而為”傳輸機(jī)制難以保障時(shí)延與抖動(dòng)的確定性，而工業(yè)控制場景要求指令必須在毫秒級時(shí)延、極低抖動(dòng)的條件下精準(zhǔn)執(zhí)行。5G-A通過深度融合時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)，并引入更精細(xì)的無線資源預(yù)留與調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)了端到端的高精度時(shí)鐘同步與微秒級時(shí)延抖動(dòng)控制。

通信感知一體化

5G-A通感一體化技術(shù)使通信基站兼具信號傳輸與環(huán)境感知能力，能夠利用無線信號探測周邊目標(biāo)的距離、速度與軌跡。在工業(yè)場景中，通感一體化可實(shí)現(xiàn)基于同一網(wǎng)絡(luò)的通信連接、高精度定位、軌跡跟蹤等功能。

上行超寬帶

在工業(yè)場景中，存在大量由終端向網(wǎng)絡(luò)側(cè)上傳數(shù)據(jù)的需求。5G-A通過靈活的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與多頻段載波聚合等技術(shù)，將上行峰值速率從5G的1Gbit/s量級提升至10Gbit/s量級，可有效支撐多路8K工業(yè)視頻監(jiān)控等大帶寬業(yè)務(wù)，保障人工智能分析所需的高質(zhì)量原始數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性與完整性。

超強(qiáng)物聯(lián)能力

為實(shí)現(xiàn)工業(yè)全要素的泛在連接，5G-A在終端成本與功耗方面進(jìn)行了重點(diǎn)優(yōu)化。其中，5G RedCap（輕量化）技術(shù)通過縮減終端帶寬與天線數(shù)量，顯著降低5G模組的成本與功耗，適用于工業(yè)傳感器、智能可穿戴設(shè)備等中高速率物聯(lián)場景。無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用環(huán)境射頻能量為終端供電，實(shí)現(xiàn)了無電池供電、極低成本、超長壽命的連接，適用于資產(chǎn)監(jiān)管與環(huán)境監(jiān)測等海量連接場景，有望將連接密度提升至每平方千米千萬級。

超高可靠低時(shí)延

5G-A通過配置時(shí)隙配比互補(bǔ)的兩個(gè)時(shí)分雙工（TDD）載波，模擬頻分雙工（FDD）的全時(shí)隙連續(xù)傳輸特性，顯著降低空口時(shí)延。跨載波上下行聯(lián)合調(diào)度實(shí)現(xiàn)反饋和重傳的“零等待”，時(shí)延可控制在4ms（99.999%），助力工業(yè)場景實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)控制。

網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生智能

面對日益復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)和多元化的業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)人工運(yùn)維模式難免捉襟見肘。5G-A在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中內(nèi)生集成人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)能力，讓工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠便捷地管理和監(jiān)控5G專網(wǎng)，賦能網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)感知業(yè)務(wù)意圖、預(yù)測負(fù)載變化、自動(dòng)優(yōu)化參數(shù)、智能分配切片資源，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自主配置、動(dòng)態(tài)優(yōu)化與故障自愈，為不同工業(yè)應(yīng)用提供差異化、確定性的服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障。

工業(yè)5G應(yīng)用最新進(jìn)展

應(yīng)用落地走實(shí)走深

目前，我國“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”項(xiàng)目數(shù)量超2.3萬個(gè)，建成1200余個(gè)高水平5G工廠，已實(shí)現(xiàn)對全部41個(gè)工業(yè)大類、近90%工業(yè)中類的覆蓋；5G與工業(yè)控制系統(tǒng)融合創(chuàng)新，由單點(diǎn)控制應(yīng)用邁向工廠級解決方案規(guī)模化部署；5G-A、AI加速融合，工業(yè)具身智能實(shí)現(xiàn)場景落地。例如，5G-A基站連接無源物聯(lián)設(shè)備，支持自動(dòng)化盤點(diǎn)、傳感數(shù)據(jù)采集，可實(shí)現(xiàn)出入庫自動(dòng)盤點(diǎn)、每日盤點(diǎn)、庫位級定位、物料區(qū)域跟蹤等。又如，在移動(dòng)場景下，利用5G網(wǎng)絡(luò)的通信、感知能力，增強(qiáng)具身智能機(jī)器人環(huán)境感知能力，加速其在廠區(qū)物流、巡檢等場景應(yīng)用落地；在固定場景下，視覺驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂可進(jìn)行抓取操作，并根據(jù)人工演示自學(xué)習(xí)、自運(yùn)維。

應(yīng)用領(lǐng)域加速拓展

我國首批“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”試點(diǎn)城市各自發(fā)揮區(qū)域優(yōu)勢，形成差異化能力：南京、武漢提升終端供給能力，并開展工業(yè)6G技術(shù)預(yù)研；青島、深圳、廣州注重全產(chǎn)業(yè)鏈培育，積極開展中試驗(yàn)證服務(wù)；上海、成都、沈陽輻射帶動(dòng)周邊應(yīng)用能力；蘇州、寧波重點(diǎn)打造公共服務(wù)能力。以南京市為例，該市高度重視供給能力提升，支持發(fā)布《工業(yè)5G終端發(fā)展報(bào)告》，大力扶植一批工業(yè)5G專網(wǎng)、工業(yè)5G網(wǎng)關(guān)、工業(yè)5G終端等融合設(shè)備制造企業(yè)，加快“工業(yè)5G+AI”裝備研發(fā)，推動(dòng)工業(yè)5G具身智能機(jī)器人規(guī)模化發(fā)展。

工業(yè)5G產(chǎn)業(yè)最新進(jìn)展

產(chǎn)業(yè)鏈整體情況

我國“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)鏈完備，基本實(shí)現(xiàn)“從無到有”，國內(nèi)主流廠商模組產(chǎn)品全球市場占比超80%，工業(yè)5G模組價(jià)格較商用初期下降90%，終端設(shè)備達(dá)百款以上；但高端芯片、核心元器件以及定制化解決方案供給仍有不足，從“有”到“優(yōu)與廉”仍有提升空間。毫米波產(chǎn)業(yè)、RedCap產(chǎn)業(yè)、AIoT產(chǎn)業(yè)等加速做大做優(yōu)，輕量化核心網(wǎng)、工業(yè)UPF一體化等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備價(jià)格仍有下探空間。

在工業(yè)5G終端設(shè)備方面，我國正在構(gòu)建從超高速到極低速的全速率產(chǎn)品體系，但距規(guī)模化應(yīng)用仍有一定距離。5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)、CPE、巡檢機(jī)器人等工業(yè)5G終端入網(wǎng)產(chǎn)品超200款；5G-A AIoT無源物聯(lián)終端加快商用，我國已推出無源芯片、標(biāo)簽樣機(jī)等相關(guān)產(chǎn)品。eRedCap、Ambient IoT標(biāo)準(zhǔn)加快研制，繼續(xù)精簡功能以降低成本和功耗，助力工業(yè)5G終端大規(guī)模普及。我國工業(yè)5G RedCap產(chǎn)品構(gòu)成及占比如圖1所示。

圖1 我國工業(yè)5G RedCap產(chǎn)品構(gòu)成及占比

5G機(jī)器人發(fā)展情況

5G云化機(jī)器人、工業(yè)5G具身智能機(jī)器人等新型終端涌現(xiàn)，此類終端依托“云邊端”協(xié)同架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)AI算法的本地化部署與實(shí)時(shí)響應(yīng)。工業(yè)5G具身智能機(jī)器人基于“云邊端”協(xié)同架構(gòu)，進(jìn)一步強(qiáng)化“大小腦”協(xié)調(diào)性，面向理貨、巡檢、搬運(yùn)、裝配等工業(yè)移動(dòng)場景加速商用落地，品類不斷增多、形態(tài)日益豐富。在形態(tài)上，多款輪式5G具身智能機(jī)器人已應(yīng)用于巡檢、搬運(yùn)等場景，輪臂式機(jī)器人加快探索，人形機(jī)器人初步實(shí)現(xiàn)。例如，業(yè)界首款5G-A人形機(jī)器人基于5G-A網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)“云端大腦”實(shí)時(shí)控制、高精度定位，通過AI融合運(yùn)控算法支持多場景復(fù)雜功能。

總結(jié)與展望

綜上所述，在技術(shù)層面，5G-A技術(shù)加速適配工業(yè)發(fā)展需求，無源物聯(lián)技術(shù)結(jié)合感知定位能力，將在工業(yè)資產(chǎn)、工具、物料管理中發(fā)揮重要作用；而對于工業(yè)控制的低時(shí)延、高可靠性需求，需要通過技術(shù)迭代分階段滿足。在產(chǎn)業(yè)層面，我國“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)鏈基本完備，工業(yè)5G終端全速率產(chǎn)品均有布局，5G云化機(jī)器人推動(dòng)生產(chǎn)工具革新，一批工業(yè)5G具身智能機(jī)器人涌現(xiàn)。在應(yīng)用層面，典型場景向更廣范圍、更深程度、更高水平拓展，應(yīng)用范圍以“點(diǎn)、線、面”三個(gè)層次梯度推進(jìn)。

未來，隨著IT、CT、OT、DT技術(shù)持續(xù)融合，傳統(tǒng)ISA-95五層架構(gòu)將向“控—網(wǎng)—算”協(xié)同的三級扁平化架構(gòu)演進(jìn)，5G-A、TSN和AI等技術(shù)將持續(xù)賦能我國工業(yè)體系，加速培育新質(zhì)生產(chǎn)力。在5G-A規(guī)模化應(yīng)用的同時(shí)，6G技術(shù)在工業(yè)場景應(yīng)用的預(yù)研工作也加速推進(jìn)，聚焦更高精度運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃與遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制，為工業(yè)機(jī)器人、無人機(jī)巡檢等場景的能力躍升拓展空間。工業(yè)體系架構(gòu)的重塑將引發(fā)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的深層變革，5G-A與AI融合將夯實(shí)智能技術(shù)底座，并成為未來發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的核心路徑。