万亿级工业互联网市场，无线通信技术如何去撬动

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工业互联网和通信连接技术

工业互联网是“新基础设施”的七大板块之一，也是国家新时期的核心战略部署。这也是传统消费互联网向工业互联网转变的一个重要方向。工业互联网的概念很简单，它本质上是利用先进的信息技术改造和提升传统产业(不仅仅是产业)，以提高效率和竞争力。

工业物联网通过物联网连接技术连接工业生产的所有要素(人员、机器、材料、规则和环境)，然后通过大数据和云计算技术存储和计算数据，深度挖掘数据价值，优化生产流程，从而实现效率和生产率的提高、成本的降低和利润的增长。

其中，通信技术是工业发展的重要推动力。工业互联网与通信连接技术有着非常密切的关系。由于不同的工业现场环境和不同的应用场景，需要各种通信系统来满足不同的业务需求。

工业互联网连接技术包括有线连接和无线通信。无线通信技术因其部署简单、功能强大、使用方便、组网灵活、覆盖面积大等优点，在工业互联网中得到广泛应用。特别是5g和lora等新技术的引入所带来的技术变革是本文的重点。

不同的场景对通信方式有不同的要求:自动驾驶场要求低延迟，5g urllc方式比较合适；远程医疗需要很大的带宽，所以5g embb有它的优势；低速、大容量和长距离场景适合使用各种lpwan系统，包括lora、nb-iot、chirp-iot和其他技术；ble/zigbee等技术可用于网状网络。

工业互联网示例-智能工厂

让我们先来看一个工业互联网时代的智能工厂的例子。

智能工厂是工业互联网领域的重要应用场景之一。如何确保自动投料、仓储和运输、物流和投料得到有效的管理和控制，无疑必须使用现代无线通信技术。以下是自动导向车辆(AGV)车辆管理的一个案例:

当agv小车在室内时，agv小车和货架标签都可以通过蓝牙AOA(angle ofarve)定位技术与基站进行通信，基站可以计算出具体位置，然后将实时位置信息传送给后台服务器。一方面，agv小车可以定位。另一方面，利用电子货架标签esl显示特定商品的信息，结合aoa定位技术，可以实现对物料的统一管理和定位。

在agv小车从室内到室外的过程中，利用125k低频触发技术，agv小车中的触发芯片将接收到触发和激活基站的信号，使agv小车从蓝牙aoa定位切换到gps定位。

当agv车在室外时，gps模块通过与卫星通信获得特定的纬度和经度信息。由于gps模块功耗高，陀螺仪模块判断购物车的户外运动状态。当它静止时，全球定位系统被关闭以节省电力消耗。当它移动时，由gps获得的位置信息被打开，然后通过低功率长距离通信技术(例如lora、chirp-iot等)传输到基站。)。

agv小车将位置信息传送到室内或室外的基站，然后基站通过路由器通过有线或无线以太网将其传送到后台服务器。后台服务器记录采集到的位置信息，最后将每个agv小车的位置信息和运动轨迹呈现给用户。

在这种情况下，蓝牙aoa定位技术、电子货架标签esl、gps定位技术、低功耗远程通信技术等手段被用来跟踪和报告目标物体的室内外轨迹。在后台，利用云管理软件对目标进行有效的管理和控制，实现对工业环境的全过程控制。

应用场景决定了通信模式的选择。本文将选取几个经典的工业互联网底层技术场景来说明通信系统的需求。

工业互联网和室内定位技术

室内定位是指物体或人在室内环境中的定位。未来超过50%的信息将与位置数据相关。根据市场调查数据，未来几年全球室内定位市场将以42.0%的复合年增长率增长，市场规模预计将从2017年的71.10亿美元扩大到2022年的409.9亿美元。尤其是以苹果为代表的手机公司将高精度定位系统引入手机生态系统后，tob原有的商业模式将迅速向toc市场过渡，这必然导致新一轮的市场快速增长。

收集位置数据取决于定位技术。随着无线通信技术的发展，定位技术的各项性能指标都有了很大的进步，相应的基于定位技术的市场也逐渐开放。随着室内定位技术精度的提高，室内定位为零售、制造、医疗、机器人等行业提供了非常准确的位置信息数据，成为物联网时代的重要基础。无可否认，在工业互联网时代，室内定位技术作为工业物联网的基础技术之一，自然可以获得更大的市场机会。

常用的室内定位技术包括wi-fi、rfid、zigbee、红外、蓝牙和超宽带技术，每种技术都有自己的特点，如下表所示:

可以实现室内定位的技术有很多，包括射频识别、红外线、蓝牙信标、zigbee、wi-fi、超宽带和蓝牙。每种技术都有其优缺点。高精度定位领域主要是超宽带和最新的ble5.1支持的aoa/aod技术，这些技术可以为工业场景中的人员、物流和资产提供精确的时间

此外，其他室内定位技术，如视觉成像定位、低频触发定位、超声波定位、惯性导航定位、激光雷达定位、毫米波定位等。可应用于工业互联网的人、机、料、法、环的各种必要环节，如自动送料、仓储运输、物流送料等。毫无疑问，室内定位将是多种传感器或技术的结合，是工业互联网的基本产品。

同时，结合3D地图系统，室内定位技术可以解决很多场景问题，如展览观众行为分析、火灾疏散应急预案、商场顾客行为分析、人流热分布等。以下是室内定位系统的示意图。

图中，ble标签或带有定位应用的手机向定位基站发送标准的ble5.1 aoa/aod定位信号。定位基站通过定位硬件和相关算法计算物体在空之间的位置，然后通过tcp/udp连接将其发送到后台paas平台。应用终端可以结合现有的室内定位来准备物体的位置。

工业互联网和低功耗广域物联网

工业互联网环境中需要采集和处理大量的传感器、阀门、过程控制变量等低速信号，工业环境需要一个传输距离长、工作寿命长、通信密度高、抗干扰能力强的通信系统。在上述场景中应用低功耗广域物联网技术(lpwan)更为合适。工业互联网中常用的低功耗广域网系统如下:

在上述lpwan连接模式中，lte-cat1、lte-emtc和nb-iot。基于公共网络；为了满足物联网在不同场景下的需求，3gpp最终确定了三个标准:lte-cat.1、lte-emtc和nb-iot，其中nb-iot最慢，emtc次之，cat.1最快(即5mbps)。

在上述三个标准中，lte-cat1不需要运营商更换设备，可以重用传统4g网络的基础设施。与nb-iot和2g模块相比，ltecat.1具有网络覆盖好、速度快、时延低的优点，并且与国内4g网络非常兼容，因此可以广泛应用于要求性价比、时延、覆盖范围和通信速度的应用场景中。在5g网络开始盈利之前，Lte-cat1在运营商中非常受欢迎。相比之下，基于5g的nb-iot和emtc需要硬件投资，其网络覆盖范围和产品成熟度都不及lte-cat1。

非蜂窝连接技术包括lora、sigfox和chirp-iot，其中lora是semtech公司在美国的主导技术，在国内外市场广阔。Sigfox是由法国公司领导的低功耗广域网络技术，在欧洲拥有广阔的市场。Chirp-iot是国内低功耗广域物联网技术，将于2020年商业化。

在上述连接模式中，基于公共网络的数据需要首先发送到运营商的网络，然后由客户从其服务器下载。这种以运营商为中心的管理模式给企业的数据安全带来了巨大的挑战。许多企业希望建立专用网络来确保企业的数据安全。因此，基于lora和chirp-iot的非蜂窝自主组网技术具有很大的优势，将在工业互联网的实现中占据相当大的份额。

工业互联网和新零售信息系统

随着网上销售的兴起，新的零售行业也正在经历一场信息技术革命，电子货架标签、非感应支付、智能配送等一大批新技术正在蓬勃发展，其中电子货架标签技术是新零售行业的最低基础设施，电子价格标签技术的使用可以代替传统的人工修改价格，快捷高效，同时大大降低了出错概率，增加了其他辅助定位功能。它可以提高新兴零售业的运营效率，在国外呈现出快速发展的趋势。根据市场和市场的预测，2023年全球电子货架标签市场将达到140亿美元。从2017年到2023年，市场将以24%的复合年增长率增长，亚太地区将成为市场潜力巨大的快速增长地区之一。

电子货架标签系统(esl)是一种电子显示设备，可以取代传统的纸质价格标签，给零售商带来明显的好处:

首先，修改价格的工作变得简单，这节省了日益昂贵的人工成本。esl提供了一个方便的价格变化环境，超市可以开展更多的促销活动来增加销售额；

其次，货架和收银台之间的一致价格降低了政府价格监管的风险，同时满足了顾客对准确价格的需求。

在整个新的零售管理系统中，云平台可以通过以太网或4g通信与商场连接，商场内部esl平台与电子货架标签之间的通信系统可以是2.4ghz定制协议或蓝牙，手持垫与标签之间可以是近场nfc通信。不同的沟通方式可以满足不同场景的需求，构建一个完整的零售管理系统。

工业互联网还涉及5g自主驾驶、远程医疗、增强现实/虚拟现实等技术。既然有很多这样的介绍，本文就不重复了。

摘要

工业互联网是现代信息技术和传统产业的结合，无线通信技术在其中占有一席之地。将应用场景和通信技术紧密结合是扩展工业互联网过程中需要考虑的一个重要因素。