工业领域是多种多样且异构的，其特点是有大量不同的用例和应用程序，有时需求非常多样化。其主要领域，如离散制造业，可能与其它领域（如流程工业）有很大不同。这不仅适用于服务质量需求，也适用于典型的部署场景等。
总的来说，所有相关应用领域的共同点是，新一代工业连接解决方案可能会带来实质性的改进和优化。
需要考虑的不同用例的重要方面包括服务质量、安全保障、可用性和可靠性、再开发支持、前后兼容性、成本效益，以及特定领域解决方案及其人员的可维护性和可管理性。
对于大量不同用例和相关需求的详尽讨论超出了本白皮书的讨论范围。
（一）使用案例和性能要求
5G具备了为工业中各种不同用例和应用提供无线连接的潜力。从长远来看，这实际上可能导致目前使用的许多不同通信技术的融合，从而大大减少相关工业连接解决方案的数量。
正如以建立的（有线）工业以太网解决方案正朝着时间敏感网络（TSN）方向发展的趋势，5G可能成为首选的标准无线技术，因为它可能首次实现从现场到云的直接和无缝无线的通信。
下图举例说明了5G在未来工厂中应用的好处。从供应和库存管理的物流到机器人和运动控制应用，再到运行控制以及设备和物品的定位，在这些领域都有着广阔的应用前景。
有趣的是，5G很可能支持各种工业以太网和TSN特性，从而使其能够轻松地集成到现有的（有线）基础设施中，进而使应用能够利用好5G的全部潜力。
5G在未来工厂的示范应用领域
3GPP已经在技术报告TR 22.804中定义和分析了“未来工厂”的某些更具体的使用案例，并得到了许多处置行业参与者的大力支持。
在这方面，无线通信，尤其是5G可以支持实现工业4.0的基本目标，即提高未来智能工厂的灵活性、多功能性和生产率。
TR 22.804中概述了一些用例的说明性概述，如下图所示。
各个用例根据其主要性能要求进行了排列，并根据5G基本服务类型eMBB、mMTC和URLLC进行了分类。
可以看出，诸如运动控制或移动机器人等工业使用案例，在可靠性和延迟方面有着非常严格的要求，而其它使用案例，例如无线传感器网络，则需要更多基于mMTC的服务。但是，也存在使用eMBB提供的超高数据速率的案例和应用，例如增强现实和虚拟现实。
在所有列出的用例中，运动控制似乎是最具挑战性和要求的。运动控制系统负责以明确的方式控制机器的运动和旋转部件。这样的用例在超低延迟、可靠性和确定性方面有非常严格的要求。相比之下，增强现实（AR）需要相当高的数据速率来从AR设备向AR设备传输高清视频流。
过程自动化介于两者之间，侧重于监测和控制工厂中的化学、生物或其它过程，通常是扩展的，涉及范围广泛的不同传感器（例如用于测量温度、压力、流量等）和执行器（例如阀门或加热器）。
根据基本服务需求选择的工业用例和排列的概述
“工业使用案例的各项指标要求”表格提供了所选工厂/过程自动化使用案例（即上图用蓝色圆圈表示的用例）的某些更详细的性能要求。
工业用例在可用性和延迟时间方面有最高的需求，并且通常以稍微小的负载大小为特征。周期时间是周期通信中的传输间隔，通常在工业自动化中经常使用。延迟通常小于循环时间。
在这方面，“可用性”是指“通信服务可用性”。这意味着，只有满足所有其它所需的服务质量参数时（如延迟、数据速率等），系统才被视为可用。因此，通常通过系统正常运行的时间百分比来量化系统。
工业使用案例的各项指标要求
相比之下，可靠性——另一个重要指标是，代表正确操作持续的时间。这通常被定义为平均故障间隔时间。可用性和可靠性与系统的生产率密切相关。显示低可用性的系统很少准备好运行，其特点是生产率低。如果系统可靠性较低，系统通常会停止运行，从而妨碍连续生产。
5G系统被认为能够满足甚至超过当今生产线的工业可用性/可靠性要求。
将5G需求与上表中的5G需求进行比较，可以清楚地看出，5G的第一个版本（主要集中在eMBB）不能解决工业自动化需求。这类需求将会在后续版本满足，特别是在第16版中。
（二）操作和功能要求
除了操作和功能要求之外，工业用例通常还会展示出操作或功能要求。操作要求的示例包括对简单系统配置、操作、管理、SLA保证机制（例如，监视、故障管理等）的要求等。功能需求的示例包括使用安全性、功能安全性、身份验证，身份管理等方面。
在以下各节中，我们简要介绍和讨论一些非排他性地来自制造和加工行业的需求。
可靠的沟通
一个关键的操作要求是生产线要平稳、无故障地运行。这意味着每个工作站和组件都应按预期工作。该要求可以归纳为一项的可靠性。这是“按需执行的能力”，并且是任何自动化系统的重要属性。可靠性可分为五个属性：可靠性、可用性、可维护性、安全性和完整性。可靠性和可用性在第2.1节中介绍。其余属性的简要定义如下：
网络可维护性是“在给定的使用和维护条件下，可以保留或恢复到可以按要求执行的状态的能力”。
安全性代表着对用户和环境没有灾难性后果。
网络完整性是“确保数据吞吐量内容在发送和接收之间不被污染、损坏、丢失或更改的能力”。
许多工业用例对可靠性有很高的要求，特别是与消费领域的传统用例相比。
对功能安全的支持
功能安全是工业现场运营中最关键的方面之一。如果发生事故，可能会伤害人和环境，因此必须采取安全措施以将风险降低到可接受的水平，尤其是在危险的严重性和可能性很高的情况下。
与工业控制系统一样，安全系统也可以在受控设备之间传递特定信息。一些工业网络技术能够传输工业控制信息和安全关键信息。这可以通过将功能安全性（例如基于适当的安全协议）实现为本地网络服务来实现，这将确保适当的安全性提供。
工业自动化中应用的5G系统也应支持功能安全。对于安全设计而言，确定目标安全级别（包括在危险环境中的应用范围）非常重要。按照此级别，可以基于成熟的办法为5G开发并使用安全措施。
安全保障
以前的工业实时通信系统通常不会受到远程攻击，因为一般是有线网络，而且与外网隔离。这种变化随着工业4.0所需的5G提供的连接的增加而改变。
无线技术的使用要求考虑多种类型的攻击：本地与远程的、逻辑与物理的。这些攻击威胁到上述可靠性、稳定性、可用性和安全性领域，从而给健康、环境和效率带来多方面的风险。
具体而言，逻辑攻击通过执行辅助信道分析来利用实现或（有线和无线）接口中的弱点。物理攻击的重点是通过利用物理特征，并最终破坏诸如密匙的关键参数，来入侵或篡改设备。
5G工业解决方案必须受到保护，以免受本地和远程的攻击，包括逻辑攻击和物理攻击。因为这些攻击可以由任何人针对大量设备发起，然后自动执行。（例如，机器人执行分布式的拒绝服务攻击）因此，可以对设备进行本地化的隔离管理，有助于防止远程攻击。
另外，设备认证、消息机密性和完整性对于工业通信系统也至关重要。尽管数据机密性对于保护公司IP和防止工业间谍活动非常重要，但数据完整性却成为工业应用程序的首要考虑因素。这尤其适用于机器对机器的通信，其中数据用于向控制执行器供电。在这种情况下，通常不应用数据操作检查，只要数值在有效的数据范围内，就可以接受受损的数据。例如，如果没有检测到，这可能导致机器故障或质量问题。
最后，安全体系架构必须支持通信的确定性、可伸缩性、能源效率和工业应用的低延迟需求。
经济高效且灵活的流程
由于产品日益个性化的趋势，给定生产批次中的零件数量正在显著减少。还必须考虑间接和横向操作过程，如投标建议书、订单管理、计费、生产计划或机床编程，因为它们的影响会相应增加。生产和操作过程必须变得更具成本效益和灵活性。
通过降低工程成本，如提供按需的基础设施、系统自动化等，可以降低资本支出和运营成本。在过程中实现灵活性可以通过使用虚拟化、过程模拟化和云化来实现。
重新思考现有的流程和引入新的过程来传输、处理和计算生产数据对于开发新的解决方案以实现上述成本效率和灵活性是必不可少的。一个例子是通过边缘计算方法支持关键工业应用的本地数据中心。
在这种情况下，必须修改现有的基础设施，以应对新的挑战。例如，可以在边缘数据中心内的本地部署工业应用程序，以减少延迟。
许多其它例子都存在，所有的共同点是向基于软件的解决方案的转变解决IT系统环境中的传统边界，并在商业模型中提供新的机会。
沈阳凯林科技成立于2013年。专注于全息互动显示设备研发和3D视觉创意设计。主要经营3D建模、3D动画设计、VR仿真开发、3D工业数字孪生、倾斜摄影3D建模、医学影像3D重建、风扇屏游戏互动开发、庆典活动的裸眼3d全息屏幕大屏租赁。作为国内研发实力最强、技术储备最为雄厚的商业全息显示方案供应商，涵盖了多种显示方案和应用领域。用创新改变视觉效果，红狐视觉视觉为多彩地球助力百度账号名称：长江工资
总的来说，所有相关应用领域的共同点是，新一代工业连接解决方案可能会带来实质性的改进和优化。
需要考虑的不同用例的重要方面包括服务质量、安全保障、可用性和可靠性、再开发支持、前后兼容性、成本效益，以及特定领域解决方案及其人员的可维护性和可管理性。
对于大量不同用例和相关需求的详尽讨论超出了本白皮书的讨论范围。
（一）使用案例和性能要求
5G具备了为工业中各种不同用例和应用提供无线连接的潜力。从长远来看，这实际上可能导致目前使用的许多不同通信技术的融合，从而大大减少相关工业连接解决方案的数量。
正如以建立的（有线）工业以太网解决方案正朝着时间敏感网络（TSN）方向发展的趋势，5G可能成为首选的标准无线技术，因为它可能首次实现从现场到云的直接和无缝无线的通信。
下图举例说明了5G在未来工厂中应用的好处。从供应和库存管理的物流到机器人和运动控制应用，再到运行控制以及设备和物品的定位，在这些领域都有着广阔的应用前景。
有趣的是，5G很可能支持各种工业以太网和TSN特性，从而使其能够轻松地集成到现有的（有线）基础设施中，进而使应用能够利用好5G的全部潜力。
5G在未来工厂的示范应用领域
3GPP已经在技术报告TR 22.804中定义和分析了“未来工厂”的某些更具体的使用案例，并得到了许多处置行业参与者的大力支持。
在这方面，无线通信，尤其是5G可以支持实现工业4.0的基本目标，即提高未来智能工厂的灵活性、多功能性和生产率。
TR 22.804中概述了一些用例的说明性概述，如下图所示。
各个用例根据其主要性能要求进行了排列，并根据5G基本服务类型eMBB、mMTC和URLLC进行了分类。
可以看出，诸如运动控制或移动机器人等工业使用案例，在可靠性和延迟方面有着非常严格的要求，而其它使用案例，例如无线传感器网络，则需要更多基于mMTC的服务。但是，也存在使用eMBB提供的超高数据速率的案例和应用，例如增强现实和虚拟现实。
在所有列出的用例中，运动控制似乎是最具挑战性和要求的。运动控制系统负责以明确的方式控制机器的运动和旋转部件。这样的用例在超低延迟、可靠性和确定性方面有非常严格的要求。相比之下，增强现实（AR）需要相当高的数据速率来从AR设备向AR设备传输高清视频流。
过程自动化介于两者之间，侧重于监测和控制工厂中的化学、生物或其它过程，通常是扩展的，涉及范围广泛的不同传感器（例如用于测量温度、压力、流量等）和执行器（例如阀门或加热器）。
根据基本服务需求选择的工业用例和排列的概述
“工业使用案例的各项指标要求”表格提供了所选工厂/过程自动化使用案例（即上图用蓝色圆圈表示的用例）的某些更详细的性能要求。
工业用例在可用性和延迟时间方面有最高的需求，并且通常以稍微小的负载大小为特征。周期时间是周期通信中的传输间隔，通常在工业自动化中经常使用。延迟通常小于循环时间。
在这方面，“可用性”是指“通信服务可用性”。这意味着，只有满足所有其它所需的服务质量参数时（如延迟、数据速率等），系统才被视为可用。因此，通常通过系统正常运行的时间百分比来量化系统。
工业使用案例的各项指标要求
相比之下，可靠性——另一个重要指标是，代表正确操作持续的时间。这通常被定义为平均故障间隔时间。可用性和可靠性与系统的生产率密切相关。显示低可用性的系统很少准备好运行，其特点是生产率低。如果系统可靠性较低，系统通常会停止运行，从而妨碍连续生产。
5G系统被认为能够满足甚至超过当今生产线的工业可用性/可靠性要求。
将5G需求与上表中的5G需求进行比较，可以清楚地看出，5G的第一个版本（主要集中在eMBB）不能解决工业自动化需求。这类需求将会在后续版本满足，特别是在第16版中。
（二）操作和功能要求
除了操作和功能要求之外，工业用例通常还会展示出操作或功能要求。操作要求的示例包括对简单系统配置、操作、管理、SLA保证机制（例如，监视、故障管理等）的要求等。功能需求的示例包括使用安全性、功能安全性、身份验证，身份管理等方面。
在以下各节中，我们简要介绍和讨论一些非排他性地来自制造和加工行业的需求。
可靠的沟通
一个关键的操作要求是生产线要平稳、无故障地运行。这意味着每个工作站和组件都应按预期工作。该要求可以归纳为一项的可靠性。这是“按需执行的能力”，并且是任何自动化系统的重要属性。可靠性可分为五个属性：可靠性、可用性、可维护性、安全性和完整性。可靠性和可用性在第2.1节中介绍。其余属性的简要定义如下：
网络可维护性是“在给定的使用和维护条件下，可以保留或恢复到可以按要求执行的状态的能力”。
安全性代表着对用户和环境没有灾难性后果。
网络完整性是“确保数据吞吐量内容在发送和接收之间不被污染、损坏、丢失或更改的能力”。
许多工业用例对可靠性有很高的要求，特别是与消费领域的传统用例相比。
对功能安全的支持
功能安全是工业现场运营中最关键的方面之一。如果发生事故，可能会伤害人和环境，因此必须采取安全措施以将风险降低到可接受的水平，尤其是在危险的严重性和可能性很高的情况下。
与工业控制系统一样，安全系统也可以在受控设备之间传递特定信息。一些工业网络技术能够传输工业控制信息和安全关键信息。这可以通过将功能安全性（例如基于适当的安全协议）实现为本地网络服务来实现，这将确保适当的安全性提供。
工业自动化中应用的5G系统也应支持功能安全。对于安全设计而言，确定目标安全级别（包括在危险环境中的应用范围）非常重要。按照此级别，可以基于成熟的办法为5G开发并使用安全措施。
安全保障
以前的工业实时通信系统通常不会受到远程攻击，因为一般是有线网络，而且与外网隔离。这种变化随着工业4.0所需的5G提供的连接的增加而改变。
无线技术的使用要求考虑多种类型的攻击：本地与远程的、逻辑与物理的。这些攻击威胁到上述可靠性、稳定性、可用性和安全性领域，从而给健康、环境和效率带来多方面的风险。
具体而言，逻辑攻击通过执行辅助信道分析来利用实现或（有线和无线）接口中的弱点。物理攻击的重点是通过利用物理特征，并最终破坏诸如密匙的关键参数，来入侵或篡改设备。
5G工业解决方案必须受到保护，以免受本地和远程的攻击，包括逻辑攻击和物理攻击。因为这些攻击可以由任何人针对大量设备发起，然后自动执行。（例如，机器人执行分布式的拒绝服务攻击）因此，可以对设备进行本地化的隔离管理，有助于防止远程攻击。
另外，设备认证、消息机密性和完整性对于工业通信系统也至关重要。尽管数据机密性对于保护公司IP和防止工业间谍活动非常重要，但数据完整性却成为工业应用程序的首要考虑因素。这尤其适用于机器对机器的通信，其中数据用于向控制执行器供电。在这种情况下，通常不应用数据操作检查，只要数值在有效的数据范围内，就可以接受受损的数据。例如，如果没有检测到，这可能导致机器故障或质量问题。
最后，安全体系架构必须支持通信的确定性、可伸缩性、能源效率和工业应用的低延迟需求。
经济高效且灵活的流程
由于产品日益个性化的趋势，给定生产批次中的零件数量正在显著减少。还必须考虑间接和横向操作过程，如投标建议书、订单管理、计费、生产计划或机床编程，因为它们的影响会相应增加。生产和操作过程必须变得更具成本效益和灵活性。
通过降低工程成本，如提供按需的基础设施、系统自动化等，可以降低资本支出和运营成本。在过程中实现灵活性可以通过使用虚拟化、过程模拟化和云化来实现。
重新思考现有的流程和引入新的过程来传输、处理和计算生产数据对于开发新的解决方案以实现上述成本效率和灵活性是必不可少的。一个例子是通过边缘计算方法支持关键工业应用的本地数据中心。
在这种情况下，必须修改现有的基础设施，以应对新的挑战。例如，可以在边缘数据中心内的本地部署工业应用程序，以减少延迟。
许多其它例子都存在，所有的共同点是向基于软件的解决方案的转变解决IT系统环境中的传统边界，并在商业模型中提供新的机会。
沈阳凯林科技成立于2013年。专注于全息互动显示设备研发和3D视觉创意设计。主要经营3D建模、3D动画设计、VR仿真开发、3D工业数字孪生、倾斜摄影3D建模、医学影像3D重建、风扇屏游戏互动开发、庆典活动的裸眼3d全息屏幕大屏租赁。作为国内研发实力最强、技术储备最为雄厚的商业全息显示方案供应商，涵盖了多种显示方案和应用领域。用创新改变视觉效果，红狐视觉视觉为多彩地球助力百度账号名称：长江工资
