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摘要：5G是驱动工业互联网蓬勃发展的关键使能技术之一，工业互联网是加快5G商用规模部署的重要突破口，“5G+工业互联网”势必成为新一代信息通信技术与先进制造业深度融合的新兴业态与应用模式。作为支撑工业数字化转型的基础设施，工业互联网不断深化与5G技术的融合创新，以人、机、物全面互联为支点，构建起全要素、全产业链、全价值链、全面连接的新型工业生产制造和服务体系。
关键词：5G；工业互联网；网络改造；应用创新
引言
工业互联网将传统制造业与信息技术融合，推动人、机、物的全面互联，构建全新的生产制造和服务体系，从而促进经济转型升级。作为“新基建”的领头羊，5G网络在推动未来产业互联网、工业互联网的发展方面发挥更为重要的作用。在工业互联网方面的投资与建设将加快我国智能制造步伐，激发新型消费和投资、促进就业创业、解放生产力、打造经济发展新动能。
1 “5G+工业互联网”的战略意义
5G之所以成为国家战略是因为5G技术与以往的通信技术相比就像是“众多的方言在5G时代都被统一为标准的普通话”，标准的统一实现的大连接、大带宽、高速率使其应用前景更加广泛。更重要的是，5G的技术特性（包括低时延、边缘计算、切片技术等）使移动通信技术第一次深入地与工业生产、工业流程、工业的智能化融合为一体；第一次使现代工业中的人工智能与5G协同后得以实现单一工业智能向整体工业智能升级、单一设备智能向整体设备协同运营的转变。这对于我国转变发展方式实现现代工业高质量发展意义重大前景广阔。当前中美博弈，美国大范围打压中国科技企业，其核心是基于5G与未来工业的融合发展所带来的工业科技、智慧科技之争。
2 “5G+工业互联网”应用需求和场景
2.1 工业控制
工业控制系统是指通过计算、分析工业设备及工业传感器的数据，实现工业生产参数和生产流程的自动化控制，以提高生产效率和生产质量的工业自动化系统。根据覆盖区域大小工业控制系统可分为设备内部控制、线体内及设备间控制、整个车间内生产控制三个场景。设备内部控制是由传感器、控制器、执行器和工作对象构成的闭环控制系统，通过5G专网为系统提供可靠、安全、确定、时钟同步的通信网络，保障生产的安全和可靠性。多台单机设备连线运行称为线体，线体内及设备间控制指线体内部设备之间，以及相互独立的多台设备之间的控制系统，通过5G专网实现多台设备的协同作业，提高设备交互的有效性和灵活性。车间由多个线体及功能单元构成。整个车间内生产控制是指利用5G专网可靠性高、吞吐量大、部署灵活等特点，与工厂内其他网络有效融合，为车间乃至工厂搭建无盲区通信网络，通过数据采集、数据计算等处理，实现整个工厂的统一控制、管理、协调和共享。
2.2 安全需求
对于5G在工业互联网的应用场景，主要有以下3个方面的安全需求。
（1）随着大数据分析技术的发展，用于保护工业制造隐私的基于数据或信息本身的访问控制也将会对安全基础设施的计算与处理能力提出很大的挑战。因此需要构建云化或服务化的安全基础设施，通过服务间的配合与协同机制，实现高性能的安全处理能力。
（2）对于时延敏感的工业互联网领域，传统架构中的安全锚点固定且单一，基于覆盖网或多层隧道等补丁式防护手段很难满足要求。现阶段迫切需要解决安全上下文管理与安全锚点分离，优化移动性管理重认证机制，以减少时延等问题。
（3）海量的设备连接需要依赖移动边缘计算相关的网络能力提供支撑，通过云-端融合应用方式实现端设备的轻量化。
传统的基于客户端-服务器的认证与加密技术很难在这类端设备上应用，迫切需要研究新型的认证与加密算法，以实现端设备的轻量化要求，采用群组/聚合认证等方式来应对瞬时海量认证。
2.3 “5G+工业互联网”实践经验
通过对企业的实地调研可知，5G技术赋能新型制造业对我国传统工业和生产型服务业的改造升级是不可或缺的重要支撑，“5G+工业互联网”不仅在改变企业传统的运营模式，而且在改变传统企业的思维方式。企业“5G+工业互联网”的实践经验表明，5G的技术特征并不是5G最重要的技术突破，5G之所以必须“+”工业互联网和工业物联网，是因为5G技术的最大突破是低时延、切片技术与边缘计算。这3项突破技术最重要的应用场景只有在现代智能工业中才能体现，才能发挥最大价值。当然5G在远程医疗、远程资源勘探、航运、铁路、能源、石油、金融等生产型服务业中的应用也非常重要。但如果单纯地用于民用消费和一般公共服务，就可能是对于5G网络资源的浪费。
2.4 “5G+工业互联网”需要技术经济思维
在经济学家的视野里，5G仅仅是一项技术，而不是产业；在技术专家的视野里，5G是一个完整的技术链条，是一个融合性的产业。不同的视野，决定不同的思维。比如，在一些经济专家的理解中，没有5G工业互联网也可以通过其他的数据传输方式得以实现。同样，在一些技术专家的理解中，5G更像是一个宏大的基础设施建设工程，在统计5G的贡献率中，常以5G基站和网络建设对GDP的贡献率来评价5G的价值。事实上，我国很多非常著名的工业经济专家对工业现代化的理解定义在智能工业范畴，关注的是设备的智能化和生产过程的智能化，但由于对“5G+工业互联网”的计算能力、连接能力和融合能力的知识短缺，导致诸多决策建议的误区。而我国一批优秀的信息技术专家，缺乏对技术转化为经济方式的理解，更缺乏对技术产品到技术链的经济含义的理解，因此导致唯技术论，同样也会使决策出现误区。
2.5 智能诊断维护
智能诊断维护是利用大数据分析、机器学习和人工智能等技术，通过知识学习和问题分析，完成设备的智能监测、诊断与预测，给出改进策略，包括设备日常监测、维护及改进，以及发生异常时，对异常位置、原因、程度的判断和维修指导。当设备正常运行或者出现异常时，实时采集设备数据，通过5G专网快速传送到云端进行数据分析，并给出维护、改进决策，通过5G专网把决策结果发送到设备端，实现设备的智能诊断和维护。
2.6 工业VR/AR
VR/AR技术在工业中的应用主要包括智能巡检以及远程专家系统，利用5G专网联通工厂设备和指挥中心，实现设备数据的实时传输和在线分析。检修人员或专家可通过佩戴AR眼镜获取设备数据，实现远程检修，提高检修效率。VR/AR技术的实现存在两大难点：一是计算量巨大，导致VR/AR眼镜硬件成本过高，需要将大量计算迁移到边缘侧或者云端，即云化VR/AR；二是VR/AR的云化依赖大量数据和计算的迁移，导致传输数据量增大、网络时延加大，从而引发用户的眩晕感。因此工业VR/AR场景对时延有超高要求，端到端时延≤10ms，时钟同步<1μs，可靠性>99.9%，定位延时<15ms，同时支持无缝切换。5G网络的高带宽、高速率和低延时的特点正好契合VR/AR的技术要求，为VR/AR提供了良好的网络基础。
结语
“5G+工业互联网”作为数字化浪潮中新一代移动通信技术与工业经济深度融合的产物，为经济创新发展注入了新动能，也为促进产业融合发展提供了新机遇。5G在工业互联网中的应用正处于产业落地阶段，希望当前的研究工作能够为5G在工业互联网中的安全应用提供帮助。
参考文献：
[1]李尚.“5G﹢工业互联网”打造ICT与制造业深度融合的新业态[N].人民邮电，2020-10-29（006）.
[2]那什.5G﹢工业互联网到底怎么建.[N].人民邮电，2020-10-27（004）.