面向工业应用的无线通信技术NB-IoT

德国工业4.0简介工业4.0与中国制造2025无线通信新技术NB-IoT一二三智能制造与窄带无线通信新技术NB-IoT德国工业4.0背景介绍一工业4.0与中国制造2025无线通信新技术NB-IoT二三报告题目：工业4.0与中国制造2025中的无线通信1.1工业4.0的定义定义：将信息技术引入制造工厂和生产线，通过大数据和虚拟化等工具增强其产品的柔性，使得生产过程具有适应市场变化和定制化的能力1.1工业4.0定义1.2工业技术革命的发展历程19世纪中20世纪中18世纪中1.3工业4.0的产品特点1.4工业4.0的三大技术特征：高度自动化、高度信息化+高度网络化1.5工业4.0的自动化—信息物理系统（CPS）1.5工业4.0的自动化—信息物理系统（CPS）1.6工业4.0的发展历程1.7总结德国工业4.0介绍一工业4.0与中国制造2025无线通信新技术NB-IoT二三工业4.0与中国制造2025中的无线通信2.1中国制造2025中国工业和信息化部：30年时间，通过“三步走”的战略，实现从制造业大国向制造业强国的转变2.2中国制造2025深刻理解工业4.0时代的价值创造体系，结合到自身的技术及其他优势，生产制造企业应该重视工业4.0的思维方式，而不是互联网思维2.3中国制造2025--总结《中国制造2025》特点就是高度信息化和高度自动化的两化深度融合和智能制造（对应工业4.0体系）中国制造2025具有三化的融合特征：自动化、信息化和网络化的特征。其中，高度网络化是其独特的地方在工业4.0时代，最大的改变是模式创新：符合企业实际的商业模式，德国工业4.0背景介绍工业4.0与中国制造2025无线通信新技术NB-IoT一二三工业4.0与中国制造2025中的无线通信3.无线通信新技术NB-IoT193.1几种常见无线通信技术PAN/BAN802.153.1低功耗窄带通信NB-IoT3.1低功耗窄带通信NB-IoT1.专用于物与物通信的广域网络，物联网时代的基础设施2.网络运营商在物联网生态系统中定位的体现GPRS的替代物2016年6月NB-IoT标准国际组织3GPP通过2016年底国内行业标准预计发布，2017年商用特点：1，广覆盖，可显著提升单站覆盖面积2，低功耗，终端电池寿命达到10年以上3，大连接，每小区可承载数万个连接4，低成本，每个终端的成本在5美元以内3.1低功耗窄带通信NB-IoT万物互联已成为全球运营商、科技企业和产业联盟积极布局的重要战略方向3.1低功耗窄带通信NB-IoT物联网业务种类繁多，难以用单一技术满足3.1低功耗窄带通信NB-IoTLPWA类业务连接是全球产业关注的重要市场，但现有2G/3G/4G网络难以承担这类业务。3.1低功耗窄带通信NB-IoTNB-IoT是国际组织3GPP在2016年6月通过的、专为运营商和智慧工厂定制的LPWA蜂窝解决方案3.1低功耗窄带通信NB-IoTNB-IoT相比于其他窄带物联网技术存在的优势3.1低功耗窄带通信NB-IoT全球运营商及领先的电信设备商正积极布局NB-IoT，力求占领产业制高点3.1低功耗窄带通信NB-IoTNB-IoT产业处于研发加速阶段，业界关注度高终端需考虑的关键点3.1低功耗窄带通信NB-IoT3.1低功耗窄带通信NB-IoT安全与认证需要考虑的关键点（1/2）3.1低功耗窄带通信NB-IoTNB-IoT商用部署涉及的端到端改造需求3.2中国移动物联网开放平台OneNET1.OneNet是中移动的一个物联网开放平台，适配各种网络环境和协议类型的终端接入；2.提供API和应用模板，大数据服务，支持行业应用，基于HTTP方式向外提供API接口，按照RESTfu的方式向外提供服务设备1数据流1数据点项目2设备云OneNet数据流2数据点设备2数据流1数据点数据流2数据点设备3数据流1数据点数据流2数据点用户项目1项目3OneNet的典型框架结构34企业管控控制系统DCS、PLC前端：传感器变送器等后端：电机和驱动器等企业级车间级现场级亟需突破能够实现广域覆盖且集成现存多种有线和无线系统、安全和可靠的无线传感/测控网络难题问题：大量的不同厂家传感器、嵌入式终端、智能控制子系统等被部署在广域物理空间内很难采用目前存在的无线网络技术有效实现智能工厂广域范围内的信息互联互通3.3工控网络系统国内外现状35HMS发布:工业以太网2016年趋势报告无线崛起在智能工厂内，通过网络将无处不在的传感器、嵌入式终端、智能控制系统等互联，实现高度集成，然后对采集数据进行分析，形成可自律操作的智能生产系统现场总线占主导工业以太网发展迅速无线通信崛起3.3国内外现状36现有无线通信不足：OneWireless、WirelessHart等，距离短GPRS等，功耗高低功耗电池10年(一节5A电池)低成本大规模成本5美元连接多每个扇区可连接10万台设备广覆盖比LTE提升20dB增益，覆盖更深广易部署可直接部署于现有蜂窝网络2016年6月国际新标准NB-IoT3.3实现全覆盖的工业测控系统一种框架机构37利用面向5G的广域蜂窝窄带通信NB-IoT技术，从智能工厂对测控系统信息融合的要求出发，研究构建垂直的全域覆盖的工业无线数据通信与控制网络系统3.3主要研究内容38内容1-研究以NB-IoT为基础、具有广域垂直特性的全域覆盖工业无线传感/测控网络系统架构内容3-研究生产管理和测控数据传输的QoS关键指标、度量方法和测评模型，以及从物理层到网络路由层的可靠连接和安全通信技术内容2-研究NB-IoT与传统有线和无线网络的协议集成和协议网关模块化设计方法内容4-研究设计NB-IoT与其集成的原型系统，并在实际生产现场完成实验验证系统架构协议网关QoS评价实验验证研究内容3.3技术路线—系统架构39实验验证QoS评价系统架构协议网关NB-IoT通信机理数据分层分级传输、交换机制管理数据和测控数据不同特性单一分布式工业对象和不同子系统要求利用NB-IoT在广域室内外优良的数据连接特性，在工业测控领域创新构成广域覆盖的工业物联网3.3协议网关40实验验证QoS评价系统架构协议网关使用NB-IoT实现与现存的多种有线/无线网络互联互通有线FCS系统(Interbus、PROFINET、工业以太网、CAN)Open-Flow方法数据流统一IP化方法通信速率和模式无线网络子系统（ZigBee、WiFi）协议网关的模块化结构NB-IoT通信协议模式3.3QoS评价41实验验证QoS评价系统架构协议网关提出工业无线传感/测控网络系统的QoS三层指标体系、度量方法和测评模型分层分级数据传输和交换机制对网络传输实时性要求管理数据和测控数据物理层、数据链路和网络路由层三级QoS指标体系QoS关键指标、度量方法和测评模型可靠连接和安全通信技术可靠性及失效机理分析方法（德方）云端智能工厂数据分析和管理平台3.3验证系统42实验验证QoS评价系统架构协议网关环保环境构建全域覆盖的工业无线数据通信与控制网络原型系统工业现场实验验证有效性、可靠性及性能指标室内流程自动化-END