對(duì)一個(gè)國(guó)家而言侦锯，5G真有那么重要嗎驼鞭？有業(yè)者以為，5G將推動(dòng)全人類更快地步入第四次工業(yè)革命的時(shí)代尺碰。迄今為止挣棕，人類先后經(jīng)歷了三次工業(yè)革命。而前三次工業(yè)革給世界帶來的變革葱蝗，亦讓人們明白了一個(gè)真理穴张，那就是誰在科技、制造等技術(shù)革命中占得了先機(jī)两曼，誰就能成為世界上的強(qiáng)國(guó)皂甘。

    第一次工業(yè)革命，源起于英國(guó)瞳胸，發(fā)生在18世紀(jì)60年代至19世紀(jì)40年代哪峰，以人類發(fā)明并廣泛地應(yīng)用蒸汽機(jī)為標(biāo)志。在第一次工業(yè)革命的時(shí)代节拷，機(jī)器取代了人力守搬，大規(guī)模的工廠化勞動(dòng)取代了個(gè)體工場(chǎng)的手工勞動(dòng)，從而史無前例地解放了人類的生產(chǎn)力啦掸，從根本上顛覆了傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式杰趾，同時(shí)還改變了社會(huì)的生產(chǎn)關(guān)系。當(dāng)時(shí)匀象，英國(guó)憑借這場(chǎng)工業(yè)革命稀销，成為了世界上最強(qiáng)的國(guó)家。

    第二次工業(yè)革命乏茶，發(fā)生在19世紀(jì)70年代至20世紀(jì)初栗绝，以人類發(fā)明了電流磁效應(yīng)、電磁感應(yīng)以及直流發(fā)電機(jī)為先導(dǎo)贱按。伴隨著人類的科學(xué)技術(shù)不斷地取得重大的突破涕瘸，電燈、電車哲泊、電鉆剩蟀、電焊機(jī)等電氣產(chǎn)品如雨后春筍般問世，汽車、柴油機(jī)喻旷、內(nèi)燃機(jī)車生逸、遠(yuǎn)洋輪船、飛機(jī)以及新興的通訊工具和化學(xué)工業(yè)等也迅速發(fā)展起來且预，這在很大的程度上解決了人們的出行和通訊不便等問題槽袄，人類從“蒸汽機(jī)的時(shí)代”進(jìn)入到了“電氣化的時(shí)代”。第二次工業(yè)革命幾乎是在西方幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家同時(shí)進(jìn)行的锋谐。

    第三次工業(yè)革命遍尺，開始于20世紀(jì)50年代中期并至今，以人類發(fā)明和應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)涮拗、生物工程乾戏、空間技術(shù)等為主要的標(biāo)志，涉及到了新材料三热、新能源鼓择、信息技術(shù)、生物技術(shù)澈嘱、海洋技術(shù)等的讯。第三次工業(yè)革命有許多且重大的成果并沒有直接作用于人們的日常生活，而是將人類帶向了更高級(jí)的文明收黔。

    第一次工業(yè)革命某现，讓人類步入到機(jī)械化的時(shí)代；第二次工業(yè)革命颊嘱，讓人類步入到電氣化的時(shí)代宋睦；第三次工業(yè)革命，讓人類步入信息化的時(shí)代腊拍；而第四次工業(yè)革命琐侣，將會(huì)讓人類進(jìn)入到前所未遇的時(shí)代、即智能化的時(shí)代呆淑。事實(shí)上汇径，中國(guó)的“中國(guó)制造2025”、美國(guó)的“AMP”暖悦、德國(guó)的“工業(yè)4.0”都統(tǒng)稱為第四次工業(yè)革命，中节芥、美在刺、德等國(guó)都是在利用科技上的突破，尤其重大的突破來發(fā)展經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)头镊。

    第四次工業(yè)革命的時(shí)代蚣驼，制造業(yè)將轉(zhuǎn)向服務(wù)化，這是趨勢(shì)。像今天的淘寶電商模式會(huì)被市場(chǎng)淘汰‘颖杏；企業(yè)內(nèi)部各環(huán)節(jié)的信息將實(shí)現(xiàn)無縫連接纯陨，以利于自身的生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高和為客戶提供個(gè)性化的定制生產(chǎn)；企業(yè)將從過去“以產(chǎn)品為中心”向“以產(chǎn)品服務(wù)為中心”轉(zhuǎn)變留储。而第四次工業(yè)革命要全方位翼抠、最大化地給人類創(chuàng)造出價(jià)值，顯然離不開網(wǎng)絡(luò)获讳。

    5G對(duì)于第四工業(yè)革命的意義在哪里阴颖？網(wǎng)絡(luò)上有一篇文章，其中有這樣一段文字：“高性能的無線網(wǎng)絡(luò)連接工廠內(nèi)的海量傳感器丐膝、機(jī)器人和信息系統(tǒng)孽衩，連接產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)、優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)不斷“喂食”人工智能焕徽，并將分析陌沟、決策反饋至工廠。同時(shí)竹恃，5G廣覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)覆蓋全球截巢，連接廣泛分布或跨區(qū)域的商品、客戶和供應(yīng)商等灌饵，保持對(duì)整個(gè)產(chǎn)品生命周期的全連接窟蝌。總之粹龄，未來的工廠是數(shù)字虛擬和物理現(xiàn)實(shí)相融合锉潜，ICT技術(shù)與現(xiàn)代制造業(yè)相融合，以提高工業(yè)生產(chǎn)的靈活性插驾、可追溯性摹色、多功能性和生產(chǎn)效率，為制造業(yè)開辟新的商業(yè)模式篇裁。工廠內(nèi)部和外部之間的界限也越來越模糊沛慢，工廠不再是獨(dú)立的封閉實(shí)體，而是龐大的價(jià)值鏈和生態(tài)系統(tǒng)的一部分达布，這就是所謂的‘虛擬工廠’团甲。”新空口（NR）、網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計(jì)算是驅(qū)動(dòng)第四次工業(yè)革命的黍聂，三大具關(guān)鍵性的5G技術(shù)躺苦。

    以下內(nèi)容來自“網(wǎng)優(yōu)雇傭軍”。

    1产还，新空口

    這里指的是5G的無線連接能力匹厘，眾所周知嘀趟，5G定義了eMMB、URLLC和mMTC三大場(chǎng)景愈诚，eMMB指高速率連接她按，URLLC指超低時(shí)延超可靠連接，mMTC指超大規(guī)模連接炕柔，工業(yè)4.0里酌泰，這三大場(chǎng)景均將應(yīng)用到。

    我們以未來工廠的四大典型連接：移動(dòng)機(jī)器人聘银、工廠自動(dòng)化篇惧、新的人機(jī)界面和物流為例，來看一看它們?nèi)绾螌?duì)應(yīng)5G的三大場(chǎng)景替独。

    移動(dòng)機(jī)器人

    移動(dòng)機(jī)器人屬于“柔性工廠”的范疇蔫婉，所謂柔性工廠，指可以自由的移動(dòng)機(jī)器設(shè)備衬蚤、自由的重裝生產(chǎn)工具孕赫，以保證工廠可以迅速且低成本地在不同種類的產(chǎn)品生產(chǎn)線之間轉(zhuǎn)換生產(chǎn)，快速適應(yīng)改變砌纸。

    要實(shí)現(xiàn)柔性工廠玉惫，需用無線連接來替換工廠內(nèi)現(xiàn)有的有線連接，只有擺脫了有線的束縛民议，才可以自由的設(shè)計(jì)计灌、操作和升級(jí)互聯(lián)的機(jī)器設(shè)備和機(jī)器人。

    但是迂腔，眾所周知钟牛，通常無線連接的穩(wěn)定性遜于有線連接，因此膝擂，這就需要——超高可靠超低延遲的無線連接虑啤，即5G的URLLC場(chǎng)景。

    工廠自動(dòng)化

    在自動(dòng)化工廠內(nèi)部架馋，為了提高生產(chǎn)線的效率狞山，需對(duì)各個(gè)子部件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量叉寂，乃至對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化萍启，這就要求具有超低時(shí)延超高可靠的無線連接，同時(shí)屏鳍，視覺控制機(jī)器人手臂勘纯、3D模型傳送、遠(yuǎn)程數(shù)字工廠等應(yīng)用需要高可靠的高帶寬通信孕蝉，因此屡律，這就需要同時(shí)支持mMTC、eMMB和URLLC三大場(chǎng)景降淮。

    新的人機(jī)界面（HMI）

    早期的人機(jī)界面是指工業(yè)控制設(shè)備中的一些串口通信超埋，比如變頻器、直流調(diào)速器铝三、溫控儀表淑免、數(shù)采模塊等都可以連接HMI，來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能羹浪。

    未來的人機(jī)界面應(yīng)用將發(fā)生顛覆性的改變暑礼，其借助工業(yè)智能與大數(shù)據(jù)的融合，使可穿戴工業(yè)設(shè)備雀司、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）在人機(jī)融合中扮演重要角色硅拆，比如讓工人們穿上機(jī)器人外骨骼裝備，利用“可穿戴工業(yè)設(shè)備+AR技術(shù)”奉念，將信息與真實(shí)世界場(chǎng)景融為一體栗衍，隨時(shí)捕捉信息、接收云端指令和操作協(xié)助等鹿竭，這需要網(wǎng)絡(luò)支持eMMB和URLLC兩大場(chǎng)景丽阎。

    物流

    在物流方面，從智能倉庫管理到物流配送胜溢，均需要廣覆蓋谴垫、深覆蓋、低功耗母蛛、大連接翩剪、低成本的5G物聯(lián)網(wǎng)連接，這對(duì)應(yīng)了5G的mMTC場(chǎng)景溯祸。

    此外肢专，虛擬工廠的端到端整合跨越產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，要連接分布廣泛的已售出的商品焦辅，也需要低功耗博杖、低成本和廣覆蓋的5G物聯(lián)網(wǎng)，這也對(duì)應(yīng)了5G的mMTC場(chǎng)景筷登。

    企業(yè)內(nèi)部/企業(yè)之間的橫向集成也需要無所不在的剃根、無縫的5G聯(lián)網(wǎng)。“隨時(shí)隨地設(shè)計(jì)前方，隨時(shí)隨地生產(chǎn)”是智能工廠的雄心壯志狈醉，進(jìn)而要求網(wǎng)絡(luò)必須適應(yīng)即時(shí)變化的容量和移動(dòng)性要求，乃至能靈活融合各種不同的無線接入技術(shù)惠险，因此苗傅，5G網(wǎng)絡(luò)的包容性和支持業(yè)務(wù)的多樣性不可或缺紧寺。

    綜上，未來工廠離不開5G的連接能力靶疟，但5G網(wǎng)絡(luò)要一張網(wǎng)絡(luò)支持eMMB虾脆、URLLC和mMTC三大場(chǎng)景，離不開另一大關(guān)鍵技術(shù)——網(wǎng)絡(luò)切片脂桂。,

    2压伸，網(wǎng)絡(luò)切片

    我們應(yīng)該不止一次解釋過網(wǎng)絡(luò)切片。所謂網(wǎng)絡(luò)切片港驶，就是將一張物理網(wǎng)絡(luò)切成多張相互獨(dú)立的鳞乏、邏輯的切片子網(wǎng)絡(luò)，這些“切片網(wǎng)絡(luò)”共享物理基礎(chǔ)設(shè)施滨靴，分別提供不同的服務(wù)類型绝绊，應(yīng)對(duì)不同的場(chǎng)景。

    我們經(jīng)常把4G網(wǎng)絡(luò)比喻為高速交通系統(tǒng)巴疾，你可以把5G網(wǎng)絡(luò)切片比喻為一個(gè)城市綜合交通系統(tǒng)驻碉，有公路、地鐵转砖、輕軌须鼎、BRT，還有人行道府蔗、自行車道等等晋控，不同的交通系統(tǒng)應(yīng)對(duì)人們不同的需求。

    要?jiǎng)?chuàng)建和管理網(wǎng)絡(luò)切片姓赤，需要NFV和SDN兩大技術(shù)赡译。

    NFV，即網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化不铆，其構(gòu)架在橫向分為三層：物理資源層蝌焚、虛擬化層和服務(wù)層，縱向是NFV管理編排（MANO）層誓斥。

    NFV構(gòu)架

    •物理資源層指底層的計(jì)算只洒、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等物理資源劳坑。

    •虛擬化層是指用于部署和執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)功能的一組虛擬資源毕谴，它通過對(duì)底層物理資源虛擬化，以虛擬機(jī)（VM）的形式共享底層物理資源距芬，一個(gè)虛擬機(jī)可包含一定數(shù)量的計(jì)算和存儲(chǔ)資源霉尊。

    •服務(wù)層由一系列由虛擬資源構(gòu)建的VNF（虛擬網(wǎng)絡(luò)功能單元）組成，VNF可以理解為是對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有物理網(wǎng)元的模塊化的軟件功能實(shí)體珍催。

    •以上三層由MANO負(fù)責(zé)編排管理督赡，MANO根據(jù)需求分配資源哭逻，為NF（網(wǎng)絡(luò)功能）配置物理和虛擬資源。

    NFV負(fù)責(zé)各種網(wǎng)元的虛擬化磷可，它將傳統(tǒng)電信設(shè)備軟硬件解耦阿席，而SDN主要負(fù)責(zé)將每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的控制面和數(shù)據(jù)面分離，并將控制面抽取出來組成一個(gè)獨(dú)立的屠蚌、集中的控制器（SDNController），這個(gè)控制器相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)的中樞大腦肿蚂，它從更高的層次俯視整個(gè)網(wǎng)絡(luò)啊衣，并下發(fā)指令統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)中的多層轉(zhuǎn)發(fā)，控制信令不再是口口相傳措找，而是集中智能管理糖追。打個(gè)比方，如果把網(wǎng)絡(luò)比喻為人體蝗羊，人身上的眼藏澳、耳、鼻耀找、手翔悠、足等這些人體器官對(duì)應(yīng)不同的NF（網(wǎng)絡(luò)功能），那么野芒，SDN就相當(dāng)于大腦蓄愁，控制各個(gè)器官協(xié)調(diào)工作。

    網(wǎng)絡(luò)切片原理

    基于NFV/SDN技術(shù)狞悲，一張5G物理網(wǎng)絡(luò)“切”成多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)撮抓，服務(wù)于工業(yè)4.0的不同場(chǎng)景。

    網(wǎng)絡(luò)切片還有一個(gè)關(guān)鍵特征——端到端的QoS保障摇锋。傳統(tǒng)的無線服務(wù)主要以“盡力而為”的方式提供丹拯，每個(gè)人共享網(wǎng)絡(luò)和無線資源，但工業(yè)應(yīng)用要求更嚴(yán)苛的QoS（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量）荸恕，網(wǎng)絡(luò)切片不但能提供端到端的QoS保障乖酬，還能隔離不同服務(wù)，滿足未來工廠不同的服務(wù)需求洪洪。

    當(dāng)運(yùn)營(yíng)商為工業(yè)4.0創(chuàng)建了個(gè)性化的網(wǎng)絡(luò)切片之后僚魁，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片滿足不同的用例和行業(yè)特定需求，這就打開了全新的迟铺、定制化的網(wǎng)絡(luò)切片即服務(wù)（NSaaS）的服務(wù)模式视樱，也未來傳統(tǒng)制造商向綜合產(chǎn)品服務(wù)提供商轉(zhuǎn)型，引入新的商業(yè)模式和商業(yè)生態(tài)奠定了基礎(chǔ)舅狭。我們將看到未來更多的網(wǎng)絡(luò)切片哼曙、網(wǎng)絡(luò)子切片應(yīng)用于工業(yè)4.0扯涝。

    以上關(guān)于網(wǎng)絡(luò)切片的介紹有點(diǎn)抽象，我們來舉一個(gè)應(yīng)用案例液互。

    以定制化制藥為例锣猜。假設(shè)某家制藥廠在全球分布有10家分廠，每一家分廠內(nèi)的制藥流程都是一樣的匈歼，即通過控制安裝在機(jī)器手臂上移液器來分配藥品的藥物成分俊伯。與以往制藥過程不同，現(xiàn)在叫“定制化制藥”飞校，即根據(jù)不同類型的患者來分配藥物成分的類型和數(shù)量阅酪，為此，這10家分廠均要通過5G網(wǎng)絡(luò)連接到云端汁针，云端存儲(chǔ)海量的患者信息數(shù)據(jù)术辐，并通過大數(shù)據(jù)分析和人工智能確定針對(duì)不同類型患者的藥物成分，在生產(chǎn)過程中機(jī)器手臂需實(shí)時(shí)通過5G網(wǎng)絡(luò)連接到云端施无，并根據(jù)云端的指令實(shí)時(shí)的進(jìn)行配藥辉词。

    這一案例對(duì)應(yīng)了5GURLLC場(chǎng)景，需依靠具備端到端QoS保障的5G網(wǎng)絡(luò)切片才能實(shí)現(xiàn)猾骡。同時(shí)瑞躺，在生產(chǎn)過程中工人們利用可穿戴設(shè)備、AR技術(shù)等新的人機(jī)界面（HMI）來監(jiān)視生產(chǎn)過程兴想，并實(shí)時(shí)增強(qiáng)顯示來自云端的視頻隘蝎，以及生產(chǎn)線上安裝無數(shù)傳感器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流程等，這些場(chǎng)景還需要其他的5G網(wǎng)絡(luò)切片來實(shí)現(xiàn)襟企。

    為了保障端到端的QoS嘱么，在應(yīng)對(duì)工業(yè)4.0中的超低時(shí)延超高可靠場(chǎng)景時(shí)，另一大關(guān)鍵技術(shù)非常重要——邊緣計(jì)算顽悼。

    3曼振，邊緣計(jì)算

    邊緣計(jì)算指將云端的計(jì)算和存儲(chǔ)能力下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，使之更接近用戶端孝仅，不僅可降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和負(fù)荷群肌，還能基于本地部署新的應(yīng)用。

    邊緣計(jì)算是工業(yè)4.0的基石逊参，也是催化劑歧晕，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

    •低時(shí)延

    邊緣計(jì)算部署在本地，意味著可提供超低時(shí)延洪铣，非常適合于工廠自動(dòng)化環(huán)境捕导，這不必多言。低時(shí)延的另一大好處是可以激發(fā)出創(chuàng)新應(yīng)用，比如我們前面講的利用新的人機(jī)界面引入異地協(xié)同增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等孔选。

    •安全性

    工業(yè)4.0通過網(wǎng)絡(luò)將工廠內(nèi)的機(jī)器掘写、資產(chǎn)等連接，并通過網(wǎng)絡(luò)連接到外部云端厨鸣，這提高了工廠靈活性和自動(dòng)化水平碘父，但這也意味著受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的可能性更大，而邊緣計(jì)算將盡可能多的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理于邊緣续誉，不必發(fā)送到云端莱没，可降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

    •集成性

    邊緣計(jì)算不僅無需將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)端云酷鸦，它還能在本地與工廠車間的數(shù)據(jù)饰躲、ERP系統(tǒng)等無云集成，從而實(shí)現(xiàn)工廠縱向集成井佑。

    •低成本

    智能制造從聯(lián)網(wǎng)的傳感器中收集、分析數(shù)據(jù)眠寿，并作出實(shí)時(shí)決策和預(yù)測(cè)性維護(hù)躬翁，這些數(shù)據(jù)量越來越大，給數(shù)據(jù)傳輸盯拱、計(jì)算盒发、存儲(chǔ)都帶來了巨大的成本壓力，邊緣計(jì)算可智能收集數(shù)據(jù)狡逢，過濾無用數(shù)據(jù)宁舰，從而降低成本。

    此外奢浑，未來工廠的一些設(shè)備功能可以通過虛擬實(shí)體的方式部署于邊緣計(jì)算捅我，進(jìn)一步提升工廠靈活性和可擴(kuò)展性。