昨晚11點45分，正準備睡覺，手機響了。看到是客戶來電，心里就知道八成又出事了。果然，電話那頭傳來急促的聲音："小王，設備又掉線了！這都是這個月第四次了！生產線停了，老板在現場等著，你快幫我看看！"這是一家工廠的項目經理，他們去年上了一套設備聯網系統，用的是我們的工業級4G路由器。我一邊遠程登錄設備查看日志，一邊問他最近有沒有什么變化。折騰了半個多小時，發現是工廠新裝了一臺大功率變頻器，開機瞬間產生的電磁干擾導致路由器死機。調整了一下設備位置，加了屏蔽措施，問題才算解決。
掛了電話已經凌晨12點半，我躺在床上卻睡不著。這樣的場景這三年來經歷了太多次，有時候一個晚上能接三四個這樣的電話。做工業通信設備的技術支持，真的是24小時待命，因為工業現場很多是三班倒，設備問題隨時可能發生。這三年里，我接待過的客戶至少有一千多個，處理過的問題保守估計上萬個。有些問題很簡單，客戶不看說明書導致的誤操作；有些問題很棘手，需要深入分析日志、遠程調試、甚至現場排查才能解決；還有些問題根本不是設備的問題，而是現場環境、網絡條件、甚至是人為因素造成的。
這三年的經歷讓我對工業級無線路由器這個行業有了非常深刻的理解。我發現很多客戶在選購和使用這類設備時，信息是嚴重不對稱的。銷售為了完成業績，什么好聽說什么；客戶不懂技術，只能聽銷售的；出了問題兩邊扯皮，最后倒霉的是我們技術支持。所以我一直想寫點東西，把這些年積累的經驗和教訓分享出來，讓客戶在選購和使用工業級無線路由器時能少走彎路，也讓行業能更透明一些。今天終于下決心把它寫出來了。
這篇文章會很長，可能要兩萬字以上。我會從技術角度詳細講解工業級無線路由器的方方面面，包括硬件設計、性能指標、應用場景、選型方法、安裝調試、故障排查、行業內幕等等。有些話可能會得罪同行，有些觀點可能會引起爭議，但是我覺得該說的還是要說。這篇文章不是為了給我們公司打廣告，而是真心想幫助那些正在或者即將使用工業級無線路由器的朋友們。好了，廢話不多說，直接開始正文。
很多人第一次聽到工業級無線路由器這個概念，都會有疑問：它跟家里用的路由器有什么區別？為什么要叫"工業級"？這個問題看似簡單，實際上涉及到很多技術細節。今天我就從硬件設計的角度，詳細講講工業級無線路由器和消費級路由器的本質區別。
先從最直觀的外殼說起。消費級路由器基本都是ABS塑料外殼，看起來挺漂亮，也便宜，但是在工業環境下根本撐不住。我見過太多這樣的案例：客戶把消費級路由器裝在工地上，夏天太陽一曬，塑料外殼就變形了；冬天溫度一低，外殼變脆，輕輕一碰就裂了。更要命的是塑料外殼的散熱性能很差，設備工作時產生的熱量散不出去，內部溫度越來越高，最后觸發過熱保護自動關機，或者干脆燒壞了。我們拆過很多這種壞掉的設備，PCB板都被烤得變色了，有些電容都鼓包了。
工業級路由器為什么要用金屬外殼？主要有三個原因。第一是散熱，金屬的導熱系數比塑料高幾十倍，可以快速把內部熱量傳導到外殼表面，再通過空氣對流散發出去。而且金屬外殼本身就可以設計成散熱器的形狀，增加散熱面積。我們做過對比測試，同樣的工作負載下，塑料外殼的內部溫度比金屬外殼高15-20度。這個溫差對于電子元器件來說是非常致命的，因為溫度每升高10度，元器件的壽命就會減半。
第二個原因是電磁屏蔽。工業環境里電磁干擾非常強，到處都是大功率電機、變頻器、電焊機這些干擾源。塑料外殼對電磁波基本沒有屏蔽作用，外界的干擾信號很容易進入設備內部，影響電路的正常工作。金屬外殼則不同，它本身就是一個法拉第籠，可以有效屏蔽外界的電磁干擾。同時，設備內部的高頻信號也不會泄露到外面，避免對周圍其他設備造成干擾。這就是為什么工業級設備都要求有EMC認證，而EMC測試的一個重要環節就是檢查設備的屏蔽效果。
第三個原因是強度。工業現場的環境比辦公室、家庭惡劣得多，設備可能會被碰撞、跌落、擠壓。塑料外殼強度低，容易損壞。金屬外殼強度高得多，即使受到外力沖擊也不容易變形或者破裂。而且金屬外殼可以承受更大的安裝應力，比如用螺絲緊固在鋼梁上，塑料外殼可能會被擰裂，金屬外殼完全沒問題。
當然金屬外殼也有它的問題，比如重量大、制造工藝復雜、散熱片設計要求高等等。但是對于工業應用來說，這些都不是問題，可靠性才是第一位的。我們的外殼是壓鑄鋁合金，表面做了陽極氧化處理，既能防腐蝕又能增加散熱效果。外殼內側設計了散熱鰭片，增大散熱面積。關鍵發熱部件通過導熱硅脂與外殼緊密貼合，熱量可以快速傳導出去。這樣的設計雖然復雜，但是確實有效，我們的設備即使在60度高溫環境下滿負荷運行，內部芯片溫度也能控制在85度以內，遠低于芯片的最高耐溫105度。
PCB電路板是設備的核心，但是一般用戶看不到，也很少關注。其實PCB的設計和制造工藝，對設備的性能和可靠性有非常大的影響。消費級路由器為了控制成本，一般用雙層板或者四層板，工藝也比較簡單，噴錫或者鍍銀。這種板子短期使用沒問題，但是長期在惡劣環境下工作，就會出現各種問題。
工業級路由器一般用六層板甚至更多層，為什么要這么多層？因為電路越復雜，需要的走線越多，如果只有兩層或者四層，很多走線要繞很遠，不僅增加信號延遲，還容易產生串擾和反射。多層板可以讓電源層、地層、信號層分開，互不干擾。而且中間的地層和電源層可以起到屏蔽作用，減少層與層之間的串擾。特別是對于高速數字信號和射頻信號，多層板的性能優勢非常明顯。
我們做過對比實驗，同樣的電路設計，用四層板和六層板制作，在電磁兼容測試中，六層板的抗干擾能力明顯更強。在輻射發射測試中，六層板的輻射水平比四層板低5-10dB。在抗擾度測試中，六層板可以承受更高強度的干擾而不出現誤動作。這些測試數據充分說明了多層板在電磁兼容性方面的優勢。
PCB表面處理工藝也很重要。消費級路由器一般用噴錫或者鍍銀，這兩種工藝便宜但是不耐用。噴錫表面不平整，焊接后可能有虛焊，而且錫在高溫下容易氧化。鍍銀表面雖然平整，但是銀容易硫化變黑，時間長了會影響焊接質量。工業級路由器一般用沉金工藝，也就是在銅箔表面化學鍍一層金。金的化學性質穩定，不會氧化和硫化，而且導電性能好，焊接質量高。沉金板的保存期長，即使放幾年不用，焊盤表面依然光亮如新，不會影響焊接。
另外PCB的厚度、銅箔厚度也有講究。消費級路由器的PCB一般是1.0mm厚，1盎司銅（35微米）。工業級路由器的PCB一般是1.6mm厚，2盎司銅（70微米）。更厚的板子強度更高，不容易彎曲變形。更厚的銅箔載流能力更強，發熱更小，而且抗機械應力的能力更強。我們見過一些廉價產品，用很薄的板子，裝配時候螺絲稍微擰緊一點，板子就彎了，導致焊點受力，時間長了就會開裂。
還有一個細節是PCB的阻焊油墨和字符油墨。工業級PCB用的是高溫阻焊油墨，可以承受多次回流焊的高溫而不變色、不脫落。字符油墨也是耐高溫、耐磨損的，不會因為長期使用而磨掉。消費級PCB用的油墨質量差一些，時間長了可能會變色、脫落，雖然不影響功能，但是看起來不專業。
電子元器件是設備的基本組成單元，但是同樣的元器件，也分不同的等級。一個電阻、一個電容，外表看起來都一樣，但是內在質量差別很大。這種差別不僅體現在性能參數上，更重要的是體現在可靠性和一致性上。
電子元器件按照應用領域分為幾個等級：軍用級、工業級、汽車級、商業級、消費級。軍用級最高，要求能在極端環境下長期可靠工作，比如溫度范圍-55℃到+125℃，要經過嚴格的篩選和老化測試，故障率極低。工業級次之，溫度范圍一般是-40℃到+85℃或者+105℃，也要經過較為嚴格的測試，可靠性比商業級高一個數量級。汽車級類似工業級，但是對振動、沖擊的要求更高。商業級是常溫范圍0℃到+70℃，可靠性一般。消費級最低，只保證常溫范圍工作，可靠性最差。
工業級路由器應該用什么等級的元器件？理論上應該全部用工業級，但是實際上很難做到，因為不是所有元器件都有工業級版本，而且工業級元器件的供應有時候不穩定。所以一般的做法是，關鍵元器件用工業級，比如主控芯片、通信模組、電源芯片、高精度電阻電容等。非關鍵元器件可以用商業級，但是要經過篩選，確保性能滿足要求。絕對不能用消費級元器件，那是對產品質量不負責任。
怎么識別元器件的等級？一般元器件的型號里會有等級標識，比如TI（德州儀器）的芯片，型號后綴I代表工業級（-40℃到+85℃），E代表擴展級（-40℃到+125℃），C代表商業級（0℃到+70℃）。但是有些不規范的小廠商，會用商業級的芯片標成工業級，這種造假行為很難從外表看出來，只有實際測試或者用專業儀器檢測才能發現。我們采購元器件都是從原廠授權代理商那里買的，有正規的質保書和可追溯性，絕不會從二手市場或者不明渠道采購。
除了等級，還有一個重要因素是品牌。同樣是工業級元器件，不同品牌的質量也有差別。國際大廠的產品，比如TI、Infineon、Murata、TDK等，質量是有保證的，雖然價格高一點，但是可靠性好，故障率低。國內也有一些不錯的品牌，比如比亞迪半導體、兆易創新等，性價比不錯。但是也有一些小品牌甚至是山寨貨，外表做得跟大廠一模一樣，但是內在質量差得遠，用在產品里就是定時炸彈。我們的原則是，關鍵元器件必須用國際大廠的，非關鍵元器件可以用國內品牌，但是要經過嚴格測試驗證。
還有一個容易被忽略的問題是元器件的一致性。即使是同一批次的元器件，性能參數也會有差異，這就是參數的離散性。好的元器件，參數離散性小，一致性好。差的元器件，參數離散性大，每個都不一樣。對于模擬電路和射頻電路來說，元器件的一致性非常重要。如果一致性差，每個產品的性能都不一樣，有些好有些差，這在批量生產時是很大的問題。我們在設計電路時會考慮元器件的離散性，留出足夠的余量，即使元器件參數有波動，也能保證電路正常工作。而且我們在生產時會對關鍵參數進行測試，確保每臺產品都符合規格要求。
這是一個經常引起爭議的話題。很多客戶看到我們的產品只有一個以太網口，第一反應就是：這也太少了吧，怎么夠用？為什么不做多幾個口？這背后其實涉及到工業產品的設計理念問題。
首先要明確一點，工業產品的設計理念和消費產品是不一樣的。消費產品追求功能多、性價比高、外觀漂亮，因為要吸引普通消費者。工業產品追求的是可靠性、適用性、維護性，功能不需要多，夠用就好，但是每個功能都要做到極致可靠。這是兩種完全不同的設計哲學。
從可靠性角度考慮，接口越多，故障點越多。每增加一個接口，就增加一個潛在的故障源。接口要焊接在PCB板上，焊點可能虛焊；接口要連接外部設備，連接器可能接觸不良；接口要做防護，密封可能失效。特別是在工業環境下，如果要做到IP66的防護等級，每個接口都需要用防水接頭，而防水接頭恰恰是最容易出問題的地方。橡膠密封圈會老化，螺紋會磨損，時間長了防護能力就下降了。我們統計過故障數據，多口路由器的故障率比單口路由器高20%左右，而且很多故障就是出在多余的接口上。
從應用場景考慮，工業網絡的組網方式和家庭網絡不同。家庭網絡是星型拓撲，路由器作為中心，直接連接多個終端設備，所以家用路由器需要多個LAN口。但是工業網絡一般是分層架構，路由器作為接入層設備，負責提供廣域網連接，然后通過工業交換機進行局域網擴展，再連接各種終端設備。這種架構層次清晰，管理方便，而且可以利用交換機的高級功能，比如VLAN劃分、QoS、環網冗余等。在這種架構下，路由器只需要一個口連接交換機就夠了，不需要多個口。我們統計過客戶的應用數據，95%以上的應用場景，一個千兆口就完全夠用了。
從維護角度考慮，接口少意味著故障點少，維護工作量小。工業現場的維護人員不一定都是網絡專家，如果設備有很多接口，接線就很復雜，容易接錯。而且接口多了，排查故障也更困難，不知道問題出在哪個接口上。單口設計非常簡單明了，一根線連接交換機，出了問題很容易定位。
當然我們也理解，確實有一些特殊場景需要多個口，比如不想額外部署交換機，或者空間受限，或者有特殊的網絡隔離要求。所以我們也提供多口型號，但是那是針對特定需求的，不是標準配置。對于大部分應用，我們還是堅持推薦單口方案，這是經過大量實踐驗證的最優選擇。
另外說說WiFi的問題。很多人覺得WiFi是標配，應該都有。但是在工業應用中，WiFi往往不是必需的。工業設備大多是有線連接，因為有線連接更穩定、更可靠。WiFi在工業環境下面臨很多挑戰：金屬設備遮擋嚴重、電磁干擾強、覆蓋范圍有限、安全性問題等等。所以我們把WiFi設計成可選配置，需要的客戶可以選配，不需要的可以省掉，這樣更靈活。而且去掉WiFi還有一個好處，就是降低功耗和發熱，提高穩定性。
這是工業級設備區別于消費級設備的一個重要特征。消費級設備都是單電源，工業級設備很多都支持雙電源冗余。有些客戶不理解，覺得這是廠商為了多賣錢搞的噱頭。實際上，雙電源冗余在工業應用中是實實在在的剛需。
工業現場的供電環境往往不夠理想，可能會出現各種問題。電源線路老化、接觸不良、負載波動、雷擊浪涌、人為誤操作，都可能導致短暫或長時間的供電中斷。對于消費級設備，供電中斷就意味著設備斷電重啟，一般也就幾分鐘的事，影響不大。但是對于工業設備，情況完全不同。工業設備很多是24小時不間斷運行的，連接的是關鍵業務系統，比如生產線控制、監控系統、數據采集等。如果因為電源問題導致設備斷網，輕則業務中斷幾分鐘，重則可能導致生產事故、數據丟失、經濟損失。
我們有個客戶是做注塑成型的，生產線上有幾十臺注塑機，通過網絡連接到中控系統。有一次車間里一臺大功率設備啟動，瞬間壓降導致路由器重啟，注塑機失去控制信號，模具里的塑料凝固了，結果整套模具報廢，損失幾十萬。這就是典型的因為電源問題導致的生產事故。如果當時用的是雙電源路由器，這個事故完全可以避免。
雙電源冗余的工作原理很簡單，設備有兩個獨立的電源輸入接口，可以同時連接兩路電源。設備內部有智能電源管理電路，實時監測兩路電源的狀態。正常情況下，主電源供電，備用電源待機。當主電源出現故障（電壓過低、斷電、短路等），管理電路會在幾毫秒內檢測到異常，立即切換到備用電源。切換過程非常快，設備內部的電容可以在切換過程中維持供電，不會出現斷電重啟的情況。當主電源恢復正常后，可以自動或手動切回主電源。
這個功能看似簡單，但是工程實現并不容易。首先要選擇合適的電源管理芯片，既要有快速的故障檢測能力，又要有可靠的切換機制。切換過程要平滑，不能出現電壓跌落或者尖峰。其次要設計合理的切換邏輯，什么情況下切換，什么情況下不切換，都要仔細考慮。比如主電源瞬間壓降又馬上恢復，這種情況要不要切換？如果切換太頻繁，反而影響穩定性；如果不切換，可能會出現供電不足的情況。我們的方案是設置一個延遲閾值，只有故障持續時間超過閾值才觸發切換，避免誤切換。
雙電源冗余不只是硬件上的冗余，還涉及到系統可靠性的設計理念。工業系統的高可用性，是通過多層冗余來實現的。雙電源只是其中一層，還有雙網口、雙SIM卡、雙設備等冗余措施。每增加一層冗余，系統的可用性就提升一個數量級。單電源設備的可用性可能是99%，雙電源設備可以達到99.9%，再加上其他冗余措施，可以做到99.99%甚至更高。這對于關鍵應用來說是非常重要的。
當然雙電源也增加了系統的復雜度和設計難度。兩路電源要確保獨立，不能從同一個電源引出兩根線，那樣沒有冗余效果。要考慮電源的兼容性，支持不同電壓等級的電源同時接入。要考慮故障隔離，一路電源故障不能影響另一路。這些都需要精心設計和大量測試。我們在這個功能上投入了很多研發精力，經過幾百次測試，才做到了現在的性能水平：切換時間小于10ms，切換過程TCP連接不斷，業務不受影響。
技術指標和性能參數是選購設備的重要依據，但是很多客戶對這些參數的理解存在誤區。有些參數看起來很高，實際上達不到；有些參數看起來不重要，實際上很關鍵。今天我就來詳細講講那些容易被誤解的技術指標。
工作溫度是工業級設備最基本也最重要的指標之一，但也是最容易被誤解的。我們的產品標稱工作溫度-35℃到+75℃，經常有客戶問：那我的環境夏天最高60度，是不是就可以放心用了？表面上看確實是這樣，60度在75度的范圍內，應該沒問題。但實際情況要復雜得多。
首先要明白，標稱的工作溫度是指環境溫度，也就是設備外部的空氣溫度，不是設備內部的溫度。設備工作時會產生熱量，內部溫度會比環境溫度高很多。一臺功耗10瓦的設備，在密閉環境下，內部溫度可能比環境溫度高20-30度。如果環境溫度是60度，設備內部可能就達到80-90度了。雖然主控芯片的最高工作溫度可能是105度，看起來還有余量，但是電路板上還有很多其他元器件，它們的耐溫可能沒那么高。而且在高溫下，元器件的性能會下降，壽命會大幅縮短。
我們做過詳細的溫度測試。在不同的環境溫度下，測量設備內部各個關鍵點的溫度，包括主控芯片、通信模組、電源芯片、PCB板等。結果發現，在60度環境溫度下，設備滿負荷運行，主控芯片的溫度可以達到82度，通信模組85度，電源芯片90度。這些溫度雖然沒有超過器件的最高工作溫度，但是已經很接近了。長期在這種溫度下工作，器件的老化速度會加快，故障率會上升，壽命會縮短。
所以我們的建議是，雖然設備可以在75度環境溫度下工作，但是為了保證長期穩定性，建議環境溫度不要超過60度。如果實在沒辦法，環境溫度就是很高，那就要想辦法改善散熱條件。比如加裝遮陽罩、增加通風、加裝散熱風扇、降低設備負載等。這些措施看起來簡單，但是效果很明顯，可以讓設備內部溫度降低10-15度，大幅提高可靠性。
另外還要注意一點，工作溫度范圍不只是指設備能開機工作的溫度范圍，更重要的是指設備能保證性能和可靠性的溫度范圍。有些設備在極端溫度下雖然能工作，但是性能會大幅下降，比如網絡速率降低、時延增加、丟包率上升等。我們的設備在整個工作溫度范圍內，性能指標都能保持在規格要求以內，不會因為溫度變化而出現明顯的性能下降。這是通過精心的熱設計和大量的測試驗證實現的。
低溫方面相對簡單一些，因為設備工作時會發熱，低溫環境反而有助于散熱。但是極低溫也會帶來一些問題。比如LCD顯示屏在低溫下響應會變慢，甚至不顯示。鋰電池在低溫下容量會下降，性能會變差。潤滑油會變稠，機械部件會變脆。不過工業路由器一般沒有這些部件，所以低溫影響相對較小。但是要注意一點，設備在極低溫環境下長時間放置后，不要立即通電，要讓設備先回到常溫，避免冷凝水的產生。我見過有客戶把設備從零下20度的室外拿到常溫室內，立即通電，結果電路板上凝結了水珠，導致短路。正確的做法是，讓設備在常溫環境下放置至少1小時，等溫度平衡了再通電。
IP防護等級是另一個容易被誤解的參數。很多客戶看到IP66就覺得很厲害，可以防水了。實際上IP66只能防噴水，不能浸水。這個必須說清楚，否則客戶用錯了，設備進水損壞，責任很難界定。
IP防護等級是一套國際標準（IEC 60529），由兩個數字組成。第一個數字代表防塵等級，從0到6，6是最高級，表示完全防止灰塵進入。第二個數字代表防水等級，從0到9，數字越大防護能力越強。我們的產品是IP66，意思是防塵等級6（完全防塵），防水等級6（防強力噴水）。
防水等級6的具體定義是：使用內徑12.5mm的噴嘴，水流量100升/分鐘，壓力100kPa，從任意方向對準設備噴射，持續至少3分鐘，測試后設備內部不能有進水現象，功能正常。這個測試模擬的是強力噴水的場景，比如用高壓水槍沖洗設備，或者暴雨天氣。但是注意，測試時間只有3分鐘，不是持續幾小時幾天。而且水壓和水流量是有限的，不是說任何強度的噴水都能防。
如果要防浸水，需要達到IPX7或IPX8。IPX7的標準是，設備浸入1米深的水中，持續30分鐘，不能進水。IPX8的標準更高，可以在更深的水中持續浸泡，具體深度和時間由廠商和用戶協商確定。很多客戶把IPX6和IPX7搞混，以為能防強力噴水就能防浸水，這是完全錯誤的。IPX6強調的是高壓噴水，但時間短；IPX7強調的是浸水時間長，但水壓低。兩者的測試方法和應用場景完全不同。
我們的產品是IP66，適合戶外使用，可以經受風吹雨淋，可以用水槍沖洗（短時間），但是不能長時間泡在水里。如果設備掉進水池、河流、海里，肯定會進水損壞。所以安裝時一定要注意，設備要裝在不會被水淹沒的位置，即使下大雨積水也不能淹到設備。
另外還要強調一點，IP防護等級不是永久不變的，會隨著時間推移而下降。橡膠密封圈會老化，螺紋會磨損，表面涂層會脫落，這些都會導致防護能力下降。我們建議，設備投入使用后，每年至少檢查一次防護狀況，特別是各個接頭部位。如果發現密封圈有老化跡象，要及時更換。如果長期在鹽霧、高溫、強紫外線環境下使用，檢查頻率要更高，可能需要每半年甚至每季度檢查一次。
還有一個容易被忽略的問題是，IP防護等級的測試是針對整機的，但是在實際使用中，用戶可能會打開外殼，更換SIM卡、調整配置等。如果外殼沒有蓋好，密封圈沒有到位，防護能力就會大打折扣。我們遇到過很多這樣的案例，客戶反映設備進水了，我們拿回來檢查，發現是外殼蓋沒有擰緊，或者密封圈裝偏了。所以使用時一定要按照說明書的要求，正確安裝外殼蓋，確保密封到位。
網絡速率是客戶最關心的性能指標之一，但也是最容易產生誤解的。廠商宣傳的速率都是理論峰值，實際使用中根本達不到。這不是廠商故意欺騙，而是網絡通信的特性決定的。
以4G網絡為例，Cat4模組的理論下行速率是150Mbps，上行速率是50Mbps。但這是在理想條件下的峰值速率：信號強度最好（RSRP>-70dBm），信噪比最高（SINR>20dB），基站不擁塞，使用最高的調制編碼方案（64QAM），載波聚合全開。在實際應用中，這些條件很難同時滿足。
信號強度受距離、遮擋、天氣等因素影響。在城市里，距離基站500米范圍內，信號一般還不錯，RSRP能到-75dBm左右。超過1公里，信號就開始變弱，RSRP可能降到-90dBm甚至更低。郊區和農村，基站密度低，信號更差。遮擋也是個大問題，金屬建筑、地下室、山體遮擋，都會嚴重衰減信號。
信噪比受干擾影響很大。基站周圍如果有其他發射源，比如其他基站、WiFi熱點、對講機、雷達等，都會產生干擾，降低信噪比。工業環境的電磁干擾特別強，變頻器、電焊機、大功率電機都是干擾源，SINR可能只有幾個dB。
基站負荷也是重要因素。一個基站同時服務幾十上百個用戶，帶寬是大家共享的。高峰時段，用戶多、流量大，每個用戶分到的帶寬就少。我們測試過，同一個位置，凌晨三四點鐘速率能到70-80Mbps，晚上八九點鐘只有20-30Mbps，差距三倍。
調制編碼方案也會根據信道質量動態調整。信號好的時候用64QAM，速率高；信號差的時候用QPSK，速率低但是可靠性高。這個調整過程是自動的，用戶感覺不到，但是速率會實時變化。
綜合這些因素，4G網絡的實際速率，在城市里一般是30-80Mbps下行，10-30Mbps上行。在郊區和農村，可能只有10-30Mbps下行，5-15Mbps上行。這是一個比較真實的數據范圍，雖然遠遠達不到理論值，但對于很多應用來說已經足夠了。
5G網絡的情況類似，理論速率可以到幾個Gbps，但實際使用中，在信號好的地方，也就是300-800Mbps下行，50-150Mbps上行。如果信號不好，或者基站負荷高，速率還會更低。所以看速率指標的時候，不要被理論值迷惑，要看實際能達到多少。最可靠的方法是在實際使用環境中測試，用專業的測速工具，測試不同時間段、不同位置的速率，取平均值，這才是真實的性能。
還有一個容易被忽略的問題是上行速率。很多客戶只關注下行速率，覺得下行快就行了。但是對于工業應用，上行速率往往更重要。因為很多工業應用是數據采集、視頻監控，需要把數據從現場上傳到云端或者中心機房，這都是上行流量。4G的上行速率本來就比下行低很多，再加上基站的上行資源比下行更緊張，實際的上行速率可能只有下行的1/5到1/3。如果應用需要大量上行流量，一定要重點測試上行速率，不要只看下行。
時延是實時性應用非常關心的指標，但是很多人對時延的理解不夠準確。時延有很多種定義：空口時延、端到端時延、往返時延、單向時延等等。不同的定義，測試方法不同，數值也不同，不能簡單對比。
空口時延是指數據在無線接口（手機或CPE到基站）上的傳輸時延。4G的空口時延理論值是10-20ms（單向），5G可以做到1-5ms。這是無線通信的固有特性，受調制方式、幀結構、調度算法等影響。空口時延是整個網絡時延的一部分，但不是全部。
端到端時延是指數據從源端到目的端的總時延，包括空口時延、核心網時延、傳輸網時延、互聯網時延等。這是用戶實際感受到的時延，也是最有意義的指標。但是端到端時延的組成很復雜，受很多因素影響，很難精確測量和預測。
往返時延（RTT）是最常用的測試方法，就是ping命令測出來的時延。ping從源端發一個ICMP包到目的端，目的端收到后原樣返回，測量這個來回的時間，就是往返時延。往返時延等于單向時延的兩倍（理想情況下），但是實際上去程和回程的路徑可能不同，時延也可能不同，所以往返時延不能簡單除以2當成單向時延。
我們測試過，4G網絡的端到端往返時延，在信號好、網絡不擁塞的情況下，一般是50-100ms。5G網絡可以做到30-60ms。但是這只是到運營商網關的時延，如果目的地是互聯網上的服務器，還要加上互聯網的時延，可能要再加幾十毫秒。
時延不是固定不變的，會實時波動。無線網絡的時延波動比有線網絡大得多，有時候可能幾十毫秒，有時候可能幾百毫秒。時延波動（jitter）對實時應用影響很大，比如語音通話、視頻會議、遠程控制等。時延大一點還能忍受，但是時延波動大，會導致通話斷斷續續、視頻卡頓、控制延遲不穩定，用戶體驗很差。
我們在測試時延時，不只測平均值，還要測時延的分布情況，包括最小值、最大值、標準差、99百分位值等。99百分位值的意思是，99%的包的時延都小于這個值，只有1%的包超過。這個指標比平均值更能反映實際體驗。比如平均時延50ms，但是99百分位值200ms，說明雖然大部分時候時延不錯，但是偶爾會出現很大的時延峰值，這對實時應用是不可接受的。
對于時延敏感的應用，我的建議是，不要只看廠商給的理論值，一定要在實際環境中長時間測試。測試時間至少要幾個小時，最好是24小時，覆蓋不同的時間段，因為時延會隨著網絡負荷變化。測試方法可以用持續ping，每秒ping一次，記錄所有的時延數據，然后做統計分析。如果平均時延和99百分位時延都滿足要求，那就可以放心使用；如果經常出現很大的時延峰值，那就要考慮優化網絡或者換其他方案。
講了這么多理論，該說說實際應用了。工業級無線路由器的應用場景非常廣泛，不同的場景對設備的要求完全不同。今天我就挑幾個典型場景，詳細講講技術選型的思路和方案設計的要點。
戶外視頻監控是工業級無線路由器最常見的應用場景之一。看似簡單，就是把攝像頭的視頻通過無線網絡傳回來，但實際上有很多技術細節需要注意。
首先是帶寬需求的計算。很多客戶對帶寬的概念比較模糊，不知道要多大的帶寬。其實這個計算并不復雜。一路1080P的視頻，用H.264編碼，碼流一般是4-6Mbps。如果是H.265編碼，碼流可以降到2.5-4Mbps。4路攝像頭，用H.264編碼，總帶寬需求就是16-24Mbps。再加上一些協議開銷、重傳等，實際需要的帶寬大概是30Mbps左右。
這個帶寬用4G完全可以滿足，不需要上5G。但是要注意，這是上行帶寬，也就是從現場傳到中心的方向。4G的上行帶寬本來就比下行小，而且上行資源更緊張。實際測試時，要重點測試上行速率。如果上行速率能穩定在40-50Mbps以上，那傳4路1080P視頻是沒問題的。如果上行速率只有20-30Mbps，那就要考慮降低視頻碼流，或者減少攝像頭數量，或者改用H.265編碼。
其次是信號覆蓋的問題。戶外監控點往往比較分散，有些位置離基站很遠，信號不好。信號弱不只是影響速率，更重要的是影響穩定性。信號弱的時候，丟包率會上升，連接容易斷開，視頻會卡頓或者黑屏。所以部署前一定要做信號勘測，用專業的4G/5G測試手機或者頻譜儀，測試每個監控點的信號強度。
如果信號不好，有幾種解決辦法。第一是調整安裝位置，盡量裝在高處、開闊處，避免遮擋。第二是更換高增益天線，用定向天線對準基站方向，可以提升5-10dB的信號強度。第三是加裝信號放大器，但是要注意放大器的合法性問題，有些地區不允許私自使用信號放大器。第四是考慮換運營商，不同運營商在同一位置的信號強度可能差別很大，可以都測試一下，選信號最好的。
第三是防護等級的要求。戶外監控面臨風吹雨淋、日曬雨淋，設備必須有足夠的防護能力。IP66是基本要求，能防雨水、防塵。但是還要考慮其他因素，比如防曬、防雷、防鹽霧等。
防曬很重要但經常被忽略。設備長期暴露在陽光下，外殼溫度可以達到70-80度，內部溫度更高。即使設備標稱工作溫度到75度，但長期在這種溫度下工作，壽命會大打折扣。所以建議給設備加裝遮陽罩，或者裝在有遮擋的位置。遮陽罩不只是遮陽，還能擋雨，一舉兩得。
防雷也很關鍵。戶外設備，特別是裝在高處的，容易遭雷擊。雖然直擊雷的概率很小，但是雷電感應的影響很大。雷擊附近的地面或建筑物，會在電源線、網線、天線上感應出高壓脈沖，瞬間可以達到幾千伏，足以擊穿電路。所以電源線、網線、天線饋線上都要加裝防雷器，把雷電能量導入大地。設備本身也要做好接地，接地電阻要小于4歐姆。
防鹽霧是沿海地區特別要注意的。海邊的空氣含鹽量高，鹽霧對金屬腐蝕很嚴重。普通的金屬外殼，半年就會銹蝕。要用耐腐蝕的材料，比如鋁合金、不銹鋼，而且表面要做防護處理，比如陽極氧化、噴涂等。接口部位是最容易腐蝕的，要定期檢查，發現腐蝕及時處理。
第四是供電的問題。戶外監控點往往沒有市電，或者市電不穩定。這時候要考慮備用電源方案。常見的有兩種：UPS和太陽能。
UPS方案適合有市電但供電不穩定的情況。市電正常時給設備供電，同時給UPS充電。市電故障時UPS供電，可以撐幾個小時到十幾個小時，取決于UPS的容量。這種方案簡單可靠，但是UPS本身也是有壽命的，一般3-5年要更換電池。
太陽能方案適合沒有市電的偏遠地區。太陽能板給蓄電池充電，蓄電池給設備供電。這種方案的難點是要計算太陽能系統的容量。設備功耗是多少，每天工作多少小時，當地的日照條件如何，陰雨天能撐幾天，這些都要考慮。一般的經驗是，太陽能板功率至少要是設備功耗的5-10倍，蓄電池容量要能保證3-5天的陰雨天供電。比如設備功耗10瓦，24小時工作，一天耗電240瓦時。考慮轉換損耗和余量，蓄電池至少要500瓦時，也就是12V 40Ah左右。如果要保證5天陰雨天，蓄電池要2000瓦時，也就是12V 160Ah。太陽能板按當地日照4小時計算，要給500瓦時充電，考慮效率，太陽能板要150瓦以上。
第五是視頻編碼和傳輸協議的選擇。前面說了H.265比H.264省帶寬30-40%，所以如果攝像頭和錄像機都支持H.265，優先用H.265。但是H.265對解碼性能要求更高，如果錄像機或者客戶端性能不夠，可能會卡頓。
傳輸協議方面，建議用RTSP over TCP而不是UDP。雖然UDP理論上延遲更低，但是在無線網絡中，UDP丟包率很高，而且丟了就丟了，不會重傳，導致視頻花屏、卡頓。TCP雖然有點延遲，但是有重傳機制，丟包了會重傳，保證數據完整性。對于監控應用來說，延遲幾百毫秒是可以接受的，但是視頻花屏、丟幀是不能接受的。
還有一個技巧是調整視頻參數。I幀間隔不要設置太長，建議2秒。I幀間隔太長，網絡波動時容易出現長時間花屏。碼率模式用CBR（固定碼率）而不是VBR（可變碼率）。CBR雖然壓縮率稍低，但是帶寬需求穩定，便于網絡規劃。VBR雖然壓縮率高，但是碼率波動大，復雜場景時碼率會飆升，可能超過網絡帶寬，導致卡頓。
最后說說管理和維護。戶外監控點分散，數量多，如果靠人工去現場維護，成本很高。所以一定要有遠程管理能力，可以遠程查看設備狀態、信號質量、流量統計、系統日志等。發現問題及時處理，不要等到設備完全不能用了才去現場。
還要建立設備檔案，記錄每個設備的安裝位置、安裝時間、配置參數、維護記錄等。這樣出了問題可以快速定位，不用到處找。建議每季度巡檢一次，檢查設備外觀、接頭、防護狀況，發現問題及時處理。雖然工業級設備可靠性高，但是定期維護還是必要的，可以大幅延長設備壽命。
工業設備聯網和一般的IT應用有很大區別，對網絡的要求也不同。工業設備包括PLC、工控機、傳感器、執行器等，它們通常使用工業通信協議，比如Modbus、Profinet、EtherCAT、OPC UA等。這些協議和普通的TCP/IP協議有區別，對網絡的時延、抖動、可靠性要求更高。
首先是協議的支持。工業級無線路由器要能透傳各種工業協議，不能像家用路由器那樣做深度包檢測、應用層網關之類的，那樣會破壞工業協議的報文結構。工業路由器應該工作在透明傳輸模式，把數據原封不動地傳遞，就像一根透明的網線一樣。
其次是時延和抖動的控制。工業控制系統，特別是實時性要求高的，比如運動控制、過程控制，對時延和抖動的要求很嚴格。PLC和遠程I/O之間的通信，時延要控制在10ms以內，抖動要小于2ms。這對無線網絡是很大的挑戰。4G網絡的時延一般是50-100ms，抖動可能有幾十毫秒，很難滿足要求。5G網絡時延可以做到20-50ms，抖動也更小，相對好一些。
但即使是5G，也很難達到有線網絡的時延水平。所以對于實時性要求特別高的控制回路，不建議用無線，還是用有線更可靠。無線可以用在監控、數據采集、非實時控制這些對時延要求不那么嚴格的應用。
第三是可靠性的要求。工業控制系統，特別是連續生產的流程工業，對網絡可靠性要求極高。網絡中斷哪怕幾秒鐘，都可能導致生產事故。所以一定要有冗余措施，比如雙CPE、雙SIM卡、雙鏈路等。主鏈路故障時，備用鏈路立即接管，保證業務不中斷。
第四是安全性的考慮。工業控制網絡的安全性要求比IT網絡更高，因為一旦被攻擊，可能導致生產停工、設備損壞、甚至人員傷亡。所以工業無線路由器要有完善的安全機制，包括防火墻、VPN、訪問控制、入侵檢測等。
我們的設備支持IPsec VPN、L2TP VPN、OpenVPN等多種VPN協議，可以在設備和控制中心之間建立加密隧道，保證數據傳輸安全。支持基于MAC地址、IP地址、端口的訪問控制列表（ACL），可以精確控制哪些設備可以訪問哪些資源。支持網絡隔離，可以把控制網絡和管理網絡隔離開，即使管理網絡被攻擊，也不影響控制網絡。
第五是環境適應性。工業現場的環境比辦公室惡劣得多。溫度可能很高或很低，濕度可能很大，粉塵可能很多，振動可能很強，電磁干擾可能很強。設備必須能適應這些惡劣環境，長期穩定工作。
我們的設備工作溫度范圍-35℃到+75℃，可以適應絕大多數工業環境。外殼是金屬的，可以承受振動和沖擊。內部PCB板用硅膠固定，防止振動導致的虛焊。電源有過壓、過流、短路、反接保護，即使供電不穩定也能正常工作。
還有一個容易被忽略的問題是安裝方式。工業現場不像辦公室有機柜、桌面可以放設備。工業設備一般是裝在DIN導軌上，或者用螺絲固定在墻上、鋼梁上。所以工業路由器要提供靈活的安裝方式，我們的設備既可以裝在DIN導軌上，也可以用螺絲固定，還可以掛在墻上，適應各種安裝場景。
最后說說工業設備聯網的組網架構。常見的有兩種：集中式和分布式。
集中式架構是所有現場設備通過無線路由器連接到中心機房的服務器，服務器做集中控制和數據處理。這種架構簡單，管理方便，但是對網絡依賴性強，網絡故障會影響所有設備。適合設備數量不多、地理位置分散的場景。
分布式架構是在現場部署邊緣計算節點，現場設備連接到邊緣節點，邊緣節點做本地控制和數據處理，只把重要數據或者匯總數據通過無線網絡傳到中心。這種架構對網絡依賴性低，即使網絡故障，現場設備還能繼續工作。適合設備數量多、實時性要求高的場景。
移動設備包括車輛、船舶、無人機、機器人等，它們在移動過程中需要保持網絡連接。移動組網比固定組網復雜得多，主要的挑戰是切換和覆蓋。
切換是指設備在移動過程中，從一個基站切換到另一個基站。切換過程中，可能會出現短暫的連接中斷，導致業務受影響。無線通信系統有各種切換技術來減少切換時延，但是完全無感知的切換是很難做到的。
4G網絡的切換時延一般是幾百毫秒到1秒，這對于瀏覽網頁、看視頻等應用影響不大，但是對于實時性要求高的應用，比如遠程控制、視頻會議，切換時可能會出現卡頓。5G網絡的切換時延更短，一般在幾十毫秒到幾百毫秒，相對好一些。
覆蓋是另一個大問題。移動設備的移動范圍可能很大，跨越多個基站甚至多個城市。如果有的地方沒有網絡覆蓋，或者信號很弱，設備就會失聯。所以部署前要做好覆蓋規劃，了解移動路線上的網絡覆蓋情況，對于覆蓋不好的地方，要考慮備用方案。
移動設備的天線安裝也有講究。車輛上安裝天線，一般用吸盤天線或者打孔安裝。吸盤天線安裝簡單，但是牢固性差，高速行駛時可能被吹掉。打孔安裝牢固，但是要在車頂打孔，有些用戶不愿意。船舶上安裝天線，要考慮防鹽霧腐蝕，天線和饋線都要用防腐材料。無人機上安裝天線，要考慮重量和空間限制，一般用輕量化的小型天線。
移動設備的供電也是個問題。車輛可以從車載電源取電，一般是DC12V或DC24V。但是車載電源的質量不太好，電壓波動大，有時候會有很大的尖峰和浪涌，比如啟動發動機時。所以設備的電源要有寬電壓輸入，要有過壓、欠壓、浪涌保護。
船舶的供電一般是蓄電池，電壓比較穩定，但是要考慮功耗問題。如果是小船，蓄電池容量有限，設備功耗要盡量低。無人機的供電更嚴格，因為無人機對重量和功耗要求極高，設備要盡量輕、盡量省電。
移動應用還要考慮一個特殊的問題，就是移動過程中的網絡性能。設備靜止時，網絡性能一般比較穩定。但是設備移動時，特別是高速移動時，網絡性能會下降。這是因為多普勒效應、快速切換、信道快速變化等原因。我們測試過，車速100km/h時，網絡速率會比靜止時降低20-30%，丟包率會上升。所以做方案時要留有余量，不要卡著極限用。
還有一個問題是移動中的視頻傳輸。車載監控、無人機航拍，都需要實時傳輸視頻。移動中的視頻傳輸比固定位置更困難，因為網絡質量不穩定，時好時壞。如果用固定碼率編碼，網絡不好時會丟包、卡頓。更好的方案是用自適應碼率編碼，根據網絡帶寬實時調整視頻碼率。網絡好時用高碼率，畫質好；網絡不好時降低碼率，保證流暢。這種技術需要攝像頭和編碼器支持，不是所有設備都有。
寫這篇文章不是為了顯擺自己懂得多，也不是為了給公司打廣告。我只是覺得，這個行業信息太不透明了。客戶不懂技術，全靠銷售和廠商的一面之詞，吃虧的太多。如果這篇文章能讓一部分人少踩坑、少花冤枉錢、少走彎路，那就值了。很多同行可能會覺得我說得太直白了，把行業的一些灰色地帶都扒出來了，會不會得罪人。但我覺得，行業要健康發展，就需要更透明。客戶有知情權，廠商也應該坦誠相待。藏著掖著，短期能騙到一些客戶，長期來看還是會被市場淘汰的。當然這篇文章是站在廠商技術人員的角度寫的，難免會有一些偏向性。我盡量做到客觀公正，但肯定不可能完全中立。建議大家多方求證，多看幾家廠商的說法，多聽聽用過的人的意見，形成自己的判斷。如果這篇文章對你有幫助，麻煩點個贊，或者轉發給需要的朋友。如果你有問題或者不同看法，歡迎在評論區交流。我雖然不是專家，但愿意分享經驗，共同學習進步。