5G工业物联网如何兼顾稳定与效能提升

工业乙太网路使用专用协定强化网路稳定性，5G IIoT网路布建上虽较有线系统简易，但是应用稳定性则有待时间进一步检验， AOI这类对5G有高度需求的应用，与新兴的AMR可能是第一波导入的亮点。

5G工业物联网（IIoT）可以有效提升生产效率，并强化产业竞争力，不仅电信营运商积极推动，产业界对导入也有高度兴趣，不过受到新冠肺炎疫情影响，3GPP R16技术标准制定并不顺利，晶片与系统解决方案预计要到2022年以后才会陆续问世，工业环境对于稳定性的要求极高，不仅需要进行耗时繁琐的验证，可以进入产线实际运作要考虑的环节也很多，如何兼顾稳定与效能提升，也是这个阶段产业关注的热点。

工业物联网稳定/可靠性为首要

IIoT的发展已经有一段时间，早期以有线的工业乙太网路为主，与一般网路相较通常需要使用更稳定的连接器、电缆并要求高可靠性。而为了获得更高的可靠度，工业乙太网路会使用专用协定，目前较受欢迎的工业乙太网路协定包括：PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT、SERCOS III以及POWERLINK等。工业乙太网路协定会修改标准乙太网路的协定，以确保不但能正确发送和接收特定的制造资料，还能在需要执行特定操作时，准时发送和接收资料。

工业乙太网路对于效能的要求除了高可靠性与低时间延迟之外，德州仪器半导体行销与应用产品应用经理林家贤提到，电磁干扰（EMI）、电磁相容（EMC）与静电放电（ESD）也是工业应用很重要的考量因素。抗电磁干扰性差的系统会辐射大量能量，扰乱周遭的敏感装置并降低效率，因为能量在辐射中被浪费。电磁相容差的设计会使系统高度敏感并导致性能问题。而静电放电是一种突然进入系统的电流，并与带电体接触，静电放电事件很短，但其会对系统注入大量能量。如果装置的设计不能承受这类事件，对装置来说是具毁灭性的，通常会导致装置毁坏。

林家贤强调，工业级乙太网路实体层应具有低确定性延迟，符合工业等级EMI/EMC标准，并能抵抗ESD事件。TI的乙太网路产品组合包括DP83867工业Gigabit乙太网路实体层和DP83826E 10/100乙太网路实体层等，能满足这些要求。而西门子制程监测系统资深产品经理林瑞媛也指出，工业应用环境复杂，有很多场域如矿场、油田、化学工厂、炼钢厂等高温、高湿、高压的恶劣作业环境，使用无线网路有其便利性，但是有线网路运作的可靠性，对于厂商而言信赖度更高。

西门子在工业领域已经有悠久的经验，随着智慧制造的发展，也提供工业网路解决方案，林瑞媛表示，在导入相关服务的厂商中，稳定、可靠性是最基本的要求，但是时间延迟却是最能发挥网路效能的指标，目前该公司的网路服务以工业乙太网路搭配工业等级Wi-Fi为主，有线网路时延最低可达2ms，无线网路时延也可低达17ms。

5G IIoT提升现有应用能力/导入新应用

5G IIoT在网路布建上较有线系统简易，尤其是在户外大范围且环境恶劣的场域，URLLC技术指标可以达成工业等级的要求，但是应用稳定性则有待时间进一步检验，林瑞媛认为，工业网路朝5G发展是趋势之一，但是应用导入应该是渐进式的。同时对于希望透过5G强化产线智慧化与核心竞争力的厂商，她建议要先了解5G特性，接着体检自己的产业特性与应用需求，最后找到市场上可靠的厂商以导入5G IIoT应用解决方案。

现有已经导入工业网路应用的厂商，可能要花上多年时间逐步汰换旧有的网路架构，所以现有应用中对5G有高度需求的应用可能率先采用，u-blox业务开发经理陈晓誾说，像是即时光学检测（Automated Optical Inspection， AOI）需要利用高速、高画质影像搭配机器视觉技术找出产线上的瑕疵品，5G的高频宽与低延迟特性就有很大的发挥空间；另外一类为5G带动的新应用，如自主移动机器人（Autonomous Mobile Robot， AMR），可以远端即时控制并自主避障，不用依靠地上的磁条可自由移动，除了是智慧制造的好帮手之外，还可以应用在餐厅、医院、饭店等，也是最热门的防疫概念零接触应用。

而透过与广泛布建搜集特定温度、湿度、气压等讯息的物联网终端合作，大范围厂区的巡检可以更加智慧化与自动化，过去许多工安意外通常肇因于人为疏失，陈晓誾强调，导入5G IIoT除了让环境监控更轻松、聪明之外，机器设备可以进行24小时全年无休的监控，还可以节省人力，并避免因为恶劣环境造成的危险，同时维修不仅更即时，也可以预先了解问题所在。

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