1.無線技術已成為工業互聯網重要發展方向
德國“工業4.0研發白皮書”及“工業4.0實施戰略及參考架構”都將無線技術作為工業4.0網絡通信技術研究和創新中的重要組成部分，其計劃在2018年實現公眾5G網絡基礎設施的設計和標準，為工業提供廣域網絡服務；2020年，在工業4.0中實現最新的無線局域網和近場技術的使用。
美國工業互聯網聯盟IIC同樣重視無線技術在工業中的應用。聯盟專門成立了網絡連接組來開展網絡技術的研究。網絡連接組將工業網絡分為連接傳輸層和連接，其中Wi-Fi、NFC、zigbee、2G/3G/4G等無線技術成為連接傳輸層的重要技術，如下圖1所示。并在網絡連接文檔中對網絡的時延、可靠性、可擴展性等都有明確的規定。
德國工業4.0和美國工業互聯網之所以重視無線技術在工業中的應用，是因為無線網絡相比于現有的工業有線網絡具有明顯的優勢。一是可大幅降低網絡建設和維護成本。無線網絡能夠快速部署，無須在現場、車間、廠房等環境鋪設線纜及相關保護裝置。使用無線技術將使測控系統的安裝與維護成本降低。二是提高生產線的靈活性，無線技術實現了現場設備的移動性，提高了生產設備部署的靈活性，可以根據工業生產及應用需求，快速的實現生產線的重構，為實現柔性生產線奠定技術基礎。三是實現部署環境的廣泛性，由于無線技術突破線纜部署限制，具有mesh、星型等多種網絡部署架構，在各種工業場景下都可實現快速部署。
圖1 IIC網絡連接架構
2.工業互聯網應用對無線技術提出新的挑戰
工業互聯網對通信網絡提出了新要求，按照使用范圍劃分，通信網絡分為工廠內和工廠外兩大類，工廠內網絡主要承載控制類、采集類和交互類業務，各類業務對網絡的性能要求也不相同，如承載控制類業務的網絡需要具備低時延（端到端時延毫秒級，時延抖動微秒級）、高可靠（數據傳輸成功率99.999%）、高同步精度（百納秒級）的能力；承載采集業務的網絡需要具備高密度接入（百萬連接/平方公里）、低功耗（使用超過10年以上）的能力；承載交互類業務的網絡需要具備高傳輸速率（體驗速率Gbps）的能力。工廠外網絡承載主要有控制類、采集類、交互類和單項傳送類四類業務。與工廠內業務相似，工廠外的四類業務對通信網絡也有同樣的要求，特別是部分工廠外采集類業務還要求網絡支持高移動接入能力（500km/h）。
因此，無線網絡要想應用在工業中，還需要根據其應用環境-工廠內還是工廠外，以及承載的業務不同，進行不同程度的優化設計。在無線技術設計和應用中，主要考慮以下方面：
一是工廠環境電磁環境復雜，無線網絡的干擾源較多。應用工業互聯網的現場、車間、廠房等場景電磁環境較為復雜，各種大型器械、金屬管道等對無線信號的反射、散射造成的多徑效應嚴重，馬達、器械運轉時產生電磁噪聲會對無線通信產生干擾，在無線網絡及空口技術設計及實際部署時，要考慮電磁干擾對無線傳輸性能的影響。二是有限空間內傳感、控制、作業等大量設備需要同時接入工業互聯網，對無線網絡的接入能力提出較高要求。根據歐盟工業互聯網頻率需求材料測算，要求在100平方米的生產車間內，通信網絡具備至少300個設備同時接入的能力。三是現有的無線技術在滿足工業互聯網高速率、高可靠性、廣泛互聯等方面還無法滿足工業應用的需求，如控制時延ms級，可靠性達到99.999%等，需要進一步提升。第四無線技術與工業設備、儀表的融合還需加強，由于工業設備及儀表許多都工作在高溫、高濕等環境下，同時又有本質防爆的要求，這對無線芯片設計及封裝等工藝提出較高的要求。
3.無線技術向工業領域滲透，并呈現兩條演進路徑
無線技術逐步向工業領域滲透，呈現從信息采集到生產控制，從局部方案到全網方案的發展趨勢。目前無線技術主要用于設備及產品信息的采集、非實時控制和實現工廠內部信息化等，Wi-Fi、Zigbee、2G/3G/LTE、面向工業過程自動化的工業無線網絡WIA-PA、WirelessHART及ISA100.11a等技術已在工廠內獲得部分使用。同時無線技術正逐步向工業實時控制領域滲透，成為現有工業有線控制網絡有力的補充或替代。
從技術演進上來看，工業互聯網無線技術主要呈現兩大技術路徑：一是現有技術演進路徑，包含傳統短距離技術演進和移動網技術（包含2G/3G/4G）技術演進，如圖2所示；二是新技術路徑，主要包含新的短距離技術及5G等無線通信技術。
圖2 工業互聯網現有技術演進路徑
目前IEC/ISO已經針對工業制定了專用的無線通信技術，包括WIA/WirelessHART/ISA100.11a，其在可靠性、抗干擾、時延保障等方面都做了大量的技術優化。移動蜂窩網目前主要面向物聯網進行優化，在工業環境中的應用還處于初期階段，后續的技術演進還在探討中。
4.工業互聯網無線網絡部署將以疊加為主、融合為輔
由于工業控制系統自成體系，并以穩定可靠為第一準則，因此工業企業對其改動都非常謹慎小心，但工業制造及工業服務等企業等對生產設備、環境、生產工具等數據的需求又很迫切，加之有線部署成本過高，且難度較大，因此紛紛采用疊加方式來部署無線網絡，所謂疊加方式是指在現有工廠網絡之外建設無線網絡，用于采集設備及產品信息，并進行非實時性及部分場景實時的設備控制。也有些企業在嘗試采用融合方式來部署無線網絡，即用無線網絡逐步取代部分現有的工業控制網絡（如現場總線和以太網），實現信息采集和控制的無線化。
結語
目前，無線技術憑借著部署容易、建設成本低、適用環境廣泛等優勢，逐漸成為未來工業互聯網中網絡發展及應用的重要方向。工業環境及工業應用需求也將推動工業互聯網無線的技術發展及演進。