1 前言
5G通信网络的诞生是工业界热切期待的事件。相比此前的几代通信技术专注于蜂窝网络，5G将成为首个为工业部门打造的主流无线网络。而要理解用于工业领域的无线网络的重要性，我们可以从比较4G和5G入手。本文将讨论：
- 4G与5G在工业应用方面的比较
- 5G将如何革新工厂车间内部的连接并支持工业4.0商业模式
- 5G对工业领域的好处
2 4G与5G的重要差异
实现工业自动化工业4.0目标要求数据交换时要近乎实时。数据交换可以是从机器到机器或从机器到云的数据传输，但确保数据成功传输的核心是低延迟和高带宽的网络。
在比较网络选项时，其他需要考虑的因素是工厂的环境及其位置。工业环境指的是具有强筋化墙和工业过程产生的电磁波。当试图在工业环境中使用无线网络时，加固的墙壁和远程设施是阻碍因素之一。
4G网络是集中式的，依靠大型桅杆或基站提供无线通信。4G的集中化特性意味着一个设施离网络基础设施越远，数据传输过程就越不可靠。4G在长距离和通过加固墙传输低延迟和高带宽数据方面也遇到了困难。因此，许多设施还是依赖有线网络通信，因为有线网络比4G无线网络更稳定。
开发5G网络的前提是消除所有与在工厂应用中与4G相关的瓶颈。5G不像4G那样依赖集中化的基站或基站，相反，5G网络是由分散的5G盒或蜂窝基站提供的。这些基站可以安装在偏远地点，由此可以更接近于工业设施，且这些基站比普通的4G基站更小，耗电量也少得多，这使得它们更容易安装。
使用紧凑的蜂窝基站和更分散的基础设施，为5G提供了一种更广泛、成本更低的为偏远地区的设施提供通信连接的方式。蜂窝基站与工业区的距离小也意味着更可靠的无线网络接入，这是支持工业4.0商业模式所必需的。
3 4G与5G的具体差异
就无线网络的工业应用而言，比较两代不同的无线网络方案时，应考虑的准则包括:
（1） 最高传输速度
这一标准指的是两种网络的数据上传和下载速度以及它们支持实时数据传输的能力。
4G LTE网络通常提供大约100～300 mbps的最高传输速度，具体取决于工厂车间资产设备与基站的距离。尽管这个速度足以支持工业流程，但与基站的距离和工业环境会影响其可靠性。5G网络提供大约10～30 Gbps的传输速度，比普通4G网络快大约10到20倍。
5G的下载和上传速度呈指数级增长，确保了网络连接的可靠性，远超过了4G和有线连接。
（2） 延迟
互连性取决于数据从一个端点或工业资产传输到另一个端点或工业资产的速度和可靠性，反之亦然。理想情况下，可靠的网络必须保证低延迟。
5G是目前唯一可确保数据以接近实时的速度传输的低延迟网络，可支持需要实时通信的工业应用。与4G网络相比，5G网络的延迟率低4到5倍，从而能够传输大数据包。5G 网络的超低延迟非常适合实现依靠大数据传输的工业4.0商业模式。
（3） 连接性
这个标准关注的是网络在遇到任何延迟或速度和延迟级别的显著降低之前可以支持的资产或设备的数量。
工业物联网、边缘计算、智能设备和HMI在工业设施中的应用需要能够支持数千台设备的扩展网络。4G网络每平方公里能够支持大约10万个设备，但当满负荷运行时，会出现延迟问题。5G网络将无线提供的连通性扩展到每平方公里100万台设备。
因此，5G提供的连接接入设备比4G支持的设备多10倍。随着越来越多的企业计划实现工业4.0，5G提供的广泛连接可支持预计投入运行的数十亿台连接设备。
（4） 能耗
工业运行依靠大量电力才能实现最佳运行。能源消耗费用是平均设施总生产成本的重要组成部分。一个更节能的网络能降低总开销成本。
与4G网络相比，5G网络传输每比特数据消耗的能源减少90%。能源消耗大大减少，这使其成为许多工业设施打算利用5G网络的主要原因之一。能源消耗费用的降低将导致生产成本的降低，这使得工业产品的消费者采购成本大大降低。
（5） 数据量或带宽
这是指网络在实时传输数据时能够支持的数据量。工业过程产生的大数据集必须可靠地传输才能实现全自动化。
由于数据传输速度慢，特定工业领域会避免使用4G网络。很容易想象到，一个拥有数百个工业设施和数千个资产的区域，如果依靠集中式的无线网络，那数据传输速率必然会受到需要其服务的设备数量的影响。而5G网络的带宽是4G网络带宽的1000倍。
4 结论
5G是可供公众使用的新一代无线网络。与4G相比，5G网络为工业设施实现其工业 4.0目标提供了更稳定、更可靠和更可塑化的途径。5G保证的低延迟和高带宽有望成为实现依靠于互联互通和大数据交互交换概念的驱动力。
