潘盛祥 潘敏捷

摘要：工业物联网可视为工业自动化系统和物联网系统深度融合的产物，其目的是为落实对工业生产的管理与监督，在物联网技术的帮助下，对工业生产各流程所涉及数据信息进行收集与共享。在产业不断转型升级的背景下，工业物联网面临的应用环境日益复杂，对无线网络技术的需求也不断提升，无线化逐渐成为工业物联网发展的主要趋势。在本文的分析中，主要结合无线网络技术的基本应用，对其在工业物联网中的使用价值展开了探讨，以供参考。

关键词：工业物联网；无线网络技术；信息化

引言

工业物联网的出现，推动着传统工业朝智能化方向发展，其具有显著的智能化、自动化特征，如网络技术、信息技术、传感器技术等在工业物联网发展中发挥出了巨大价值，其中网络技术是工业物联网的绝对核心。在5G技术商用后，其已经逐渐成为主要的一项无线网络技术，对工业物联网的智能化进程起到了强大推动作用。

1. 工业物联网概述

新时期，市场经济体制日渐完善，市场竞争压力不断提升，工业领域面临的生存与发展压力越来越大，企业只有提高生产效率，做好对生产线的优化，才能有效应对当前面临的压力。通过减少设备维修次数和成本，才能获得良好收益，而通过工业物联网可以更轻松地实现上述目标。工业物联网主要是通过在工业生产线中嵌入传感器等智能化装置，从生产环节开始，落实对工业仓库、物流系统的优化，通过对生产、物流等信息的自动识别，有效改善众多环节，促进生产效率的提升[1]。工业物联网在不断发展过程中，集成应用了大量先进的技术手段，如人工智能、虚拟现实、工业机器人等，这些技术的应用对网络链接宽带、安全性等有着较高要求，在无线网络技术的帮助下，可以很好地满足上述要求，这也是无线网络技术应用于工业物联网能发挥巨大价值的原因。

2. 工业物联网的基本应用需求

2.1 数据采集

工业物联网中的工业生产控制系统已经非常完善，在物联网的帮助下，该系统可以实现对生产环节各类数据信息的采集，如产品标号、物流信息等。充分应用这些数据信息，有助于工业生产的把控，支持自动化生产的实现。使用传统4G网络进行传输，传输效率相对较低，容易给数据采集的效果带来不良影响，可能难以满足工业自动化的需求，而通过应用5G技术，凭借5G技术的各项优势，能进一步满足工业自动化对高效率、低时延等方面的需求，更有利于实现对工业生产线的控制，实现各环节相互协调，达到提高工业生产效率的目标。

2.2 智能机器人

在现阶段的工业生产中，机器视觉技术得到了有效应用，为提高工业生产的智能化水平创造了良好条件。不过要想充分发挥该技术功能，在具体应用机器视觉技术时，必须依靠强大的信息网络。采用无线网络技术，能进一步提高工业机器人的智能性和自主性，便于工业机器人高效完成生产任务，进一步提高工业生产的自动化及智能化水平。强化工作人员与机器人之间的联系，结合生产的实际情况打造一个完善的信息管理系统，对工业生产全过程进行远程监控与在线控制，配合人工智能系统，能发现在工业生产中的隐患，保障工业领域的生产安全。

2.3 虚拟现实技术

虚拟现实技术在现阶段的工业物联网中，属于十分重要的技术应用模块，该技术可用于众多工业生产场景的模拟，如员工培训、在线监控、协同设计。例如，在工业生产中如某一设备发生故障，工业物联网能够快速实现对该故障信息的检测，及时将信息上传至控制中心，通过及时预警，使工作人员在接收预警信息后，能及时安排运维人员前往处理，同时在无线网络技术的支持下，方便控制中心向运维人员下达工作指令，以此保证设备维修的精准性及整体效率。

3. 无线网络技术在工业物联网中的应用场景

3.1 工业物联网平台

在工业物联网中，无线网络技术属于支撑平台运行的基础，能有效保障平台运行的安全性。基于物联网络的工业物联网大致可以分为应用层、支撑层、网络层与感知层。应用层主要是无线网络技术在工业运维决策、智能设计、需求分析等各环节，一般是在工业生产中的具体应用层次使用。支撑层主要是为工业生产提供海量数据信息的一个层面，在这个层面需要集成运行大数据、云计算等技术手段。网络层主要是指工业物联网中网络平台的应用，如线下最先进的5G+技术，能够给工业物联网提供实时交互的功能支持。感知层主要是在工业领域，通过控制软件、传感器等的帮助针对工业生产中的各类设备展开控制，规范工业生产过程，以保证工业生产目标能够顺利实现。除了无线网络和平台外，以无线网络技术为支撑的工业物联网平台，还需要得到网络安全系统的支持，通过搭建网络安全系统，为工业物联网平台的安全性提供保障。

3.2 无人机巡检

在工业生产环节，巡检是一项重要的工作，对工业产品的质量有较强的保障。传统生产模式中，主要以人工巡检为主。这种巡检方式费时费力，面临的安全隐患较大。当前，无人机巡检模式在工业生产中得到了广泛应用，如厂区巡检、管道巡检等。传统无人机主要是通过无线遥控、程序控制的方式，一般通过蓝牙、Wi-Fi进行连接，无人机巡检存在距离上的限制，且图像清晰度有限，实际应用范围比较狭窄。采用5G等无线网络技术，凭借其多种优势，能使无人机巡检的范围进一步得到拓展，在远程控制的基础上回传高清巡检画面，更好地满足无人机巡检的要求。

例如，5G技术和无人机技术的应用，通过提高通信宽带、数据传输速度，其与4G技术相比在传输速度上可能不止提升10倍，较高的传输速度可以保证无人机回传信息的高清水平和时效性水平。另外，对无人机定位的精准度提升也有很好的帮助，有助于通过无人机实现精准定位[2]。比如，神东煤炭集团通过打造“5G+无人机”智能巡检系统，在上湾煤矿深度500米的位置实现了5G网络覆盖，打造了相对完善的5G专网架构，凭借5G基站建设的優势以及智慧矿山建设标准，使得生产过程的安全性进一步得到提升。另外，在5G与无人机技术融合应用的过程中，还能对井下一定深度的地方展开实时巡检，其中无线网络技术主要起到支撑作用，能实时将巡检时的调查画面传输至监控中心，让煤矿生产的安全性进一步得到提升。

3.3 工业AR

AR属于一种利用多媒体、三维建模等技术将虚拟信息与真实世界进行连接的技术手段，能在虚拟世界中对真实世界展开模拟，该技术在当前的工业生产领域得到了广泛应用。无线网络技术为AR产业的发展创造了良好条件，其联合AR技术在工业领域的应用，能有效降低工业企业的生产成本，支持企业进行产品设计，通过建立3D模型进行模拟仿真，及时发现产品存在的漏洞，优化设计方案，为后续工业生产提供强有力的指导。

4. 无线网络技术在工业物联网中的应用

4.1 5G技术的应用

工业物联网中5G技术的应用，可以根据不同需求，灵活采取不同的5G专网部署方案，如分片共享专网与完全独立专网。5G网络主要由5G基站、用户面、用户面功能、统一数据管理、核心网控制面等多个部分构成。在5G网络中，用户可以通过sinking直接形成多接入边缘计算的边缘节点，云计算的能力下沉到数据源边缘，便于5G专网中数据的本地定向存储和处理，从而有效降低5G网络的时延。相比于公网，5G专网与其最大的差别在于规模不同，具体构成内容基本相同[3]。通过部署独立的5G专网可以使物理成员与公网实现隔离，对提高工业生产数据的安全性有很好的帮助。该部署模式下5G通信设施一般由企业自主建设，能体现出十分优秀的网络时延性，能保证企业网络自主可控，减少公网给专网带来的影响。采用该部署方式需要投入的成本较高，对中小规模的工业企业不太适用。

4.2 Wi-Fi技术的应用

Wi-Fi Halow属于工业物联网中Wi-Fi的新版，可以应用于电池供电的可穿戴设备，也可以部署在工业设施中。Wi-Fi Halow主要采用900MHz频段，低于目前的Wi-Fi频段，适用于数据负载小、功耗低的设备。虽然大多数Wi-Fi设备在理想状态下只能达到100米的最大覆盖范围，但使用Wi-Fi Halow时，如果配置合适的天线，其覆盖范围可以达到1公里左右，具有较强信号且抗干扰性较强。通过应用Wi-Fi能有效提升网络的可靠性，在技术应用中，采用冗余的方法，实现基于冗余的条件可能出现问题失效，系统在没有出现数据损失的情况下，利用该技术可恢复相关数据。

在Wi-Fi Halow网络中，能够实现两个甚至更多相邻节点的相互通信。在网络通信上具有较强稳定性，在这样的网络中倘若某一路径不畅通，就能自动通过其他路径传输数据[4]。Wi-Fi Halow在室内定位精度高，数据传输功能强大，主要将TSCH协议应用于资源有限、功耗较低的设备，基于Wi-Fi Halow网络，能创建更复杂的连接系统，功耗低、速度快等优势明显。但不能直接与云端连接，组网能力弱，且对外网依赖性强，存在网络节点少的弊端，因此该技术并不适合多点控制。

4.3 ZigBee技术的应用

ZigBee属于一种无线网上协议，低速、短距离是主要特点，适用于各类数据信息的短距离传输。ZigBee技术的主要优势在于成本与能耗较低，在工业物联网中能支持各生产设备实现数据交换，在日常Wi-Fi通信协议使用中，存在距离较短、功耗较大、组网困难等问题，而利用ZigBee技术能够弥补这些缺陷。ZigBee是一种建立在网络控制和低频率传感器之上的无线网络规范，因为网络的容量比较大，同一区域中存在的该网络较多，在一个网络中可以将该网络分为数万个节点连接，因此整体上组网灵活性比较强，加上ZigBee技术的应用，整体上需要固定的通信渠道，需进行碰撞测试，避免数据传输中的冲突，因此其准确性也比较高，加上以CRC为基础的数据包能进行完整性检测，在认证及健全中也比较有应用价值。通过相应的加密算法能提高各应用的灵活性及安全性。ZigBee技术具有低功耗及大容量等特点，也决定了该技术在应用过程中的抗干扰性偏差，通信距离有一定限制。

5. 案例分析

5.1 关键业务应用

5G技术可靠且延迟性较低，通过安全为主的准确业务控制，能够利用实验网络在仓库车辆自动指挥、引导和控制中应用。在智能工廠建设中支持机器人之间实现实时通信，5G连接是该案例的最佳选择，相比于Wi-Fi，5G能提供更强稳定性、更低的延迟[5]。例如，加拿大某公司与当地运营商建立合作关系，通过低时延网络优化其系统，通过设计3D机器人，在专用的LTE网络上构建物联网解决方案，利用自动化技术压缩仓库货架为垂直型储存架构，机器人能在这些架构中进行水平和竖直移动，并实现精准取货送货。

5.2 连接老旧设备

企业可以利用5G网络将资产转化为智能设备管理，将设备直接连接在云上，可以轻松可靠地进行业务控制。目前已经有很多国家和地区利用5G网络连接各种设备至云网络中，实现了很好的远程监控和管理效果。选择到云的通信能够直接绕过对Wi-Fi的需要，在没有Wi-Fi访问的情况下与设备进行连接，这种方式能让移动设备在无须断开连接和重新配对Wi-Fi网络的情况下就可以实现漫游[6]。某工业企业基于5G技术通过与各生产设备进行连接，制定了相对完善的预测性维护解决方案，各个生产车间都配备十多台机器，每台机器每天需要至少运行18小时，为减少设备停机导致的生产中断，既能保证云端的安全性，也能实现设备的稳定连接。通过部署一个物联网解决方案，在资产部位构建一个预测维护模块，能够识别、聚合数据，并针对机器出现的问题进行有效分析。如此即可从被动维护转为主动预防，更能提升设备的稳定性。

结语

综上所述，工业物联网的发展主要得益于各项先进技术的支撑，特别是在无线网络技术的支持下，为工业领域实现万物互联提供了强大的网络保障，二者集成应用目前已成为推进第四次工业革命的核心动力。未来在工业物联网不断发展的过程中，还需要不断对无线网络技术的应用展开探索，确保能发挥无线网络技术在其中的最大应用价值。

参考文献：

[1]蒋勇，朱力量.5G技术在工业物联网中应用研究[J].中国新通信，2023，25（2）：72-74.

[2]张莉，王小龙，马肇云，等.基于知识图谱的工业物联网安全本体建模及实现[J].新型工业化，2022，12（12）：284-288.

[3]林基锋.5G专网在工业物联网中的可用性研究[J].长江信息通信，2022， 35（7）：207-209.

[4]李明时.工业物联网安全通信关键技术研究[D].北京：中国科学院大学（中国科学院沈阳计算技术研究所），2022.

[5]王西贤.工业物联网中节点隐私保护技术与应用[D].青岛：青岛科技大学，2022.

[6]周晋，李建军，王锐.工业物联网无线化趋势浅析[J].物联网技术，2021，11（6）： 84-86.

作者简介：潘盛祥，本科，工程师（中级），研究方向：软件工程。