Сети 5G и автоматизированные системы

Сегодня повсеместно распространена автоматизация. Мы живем в мире, где все больше базовых процессов зависит от меньшего участия человека, чем когда-либо. Поскольку автоматизация охватывает практически все известные отрасли промышленности, мы видим влияние машин на принятие решений и действия в таких разнообразных областях, как развлечения, транспорт, производство, общественная безопасность, сельское хозяйство и многие другие.

В течение первых нескольких лет развертывания сетей 5G большое внимание уделялось тому, как сети 5G будут работать для потребителей. Однако новые требования к подключению для корпоративных и промышленных вариантов использования могут сильно отличаться от требований для потребительских вариантов. Скорость передачи данных и пропускная способность могут служить основными ориентирами для потребительских вариантов использования, таких как просмотр веб-страниц и потоковое видео. Но требования для предприятий и промышленных секторов могут выходить за рамки этих простых видов соединений — гораздо дальше, в более глубокие уровни автоматизации бизнес-процессов. К счастью, 5G был разработан для этих новых, более детальных  уровней точности.

Во многих случаях автоматизированным системам требуется чрезвычайно точное время для обеспечения стабильной работы. Подумайте о тонком движении камеры, необходимом для съемки высокобюджетного боевика, наполненного взрывами и автомобильными погонями. Также автоматических запирающих механизмов в окружной тюрьме, или методов точного бурения, используемых современными буровыми установками в нефтегазовой отрасли. Все механизмы блокировки и предоставления данных должны происходить очень быстро, должны быть синхронизированы и должны быть доставлены с чрезвычайно высокой степенью надежности. В некоторых случаях требования к точности для таких систем могут приближаться к одной микросекунде (1 мкс) или быстрее.

В мире сетей до 5G было сложно доставлять данные таким образом, чтобы соответствовать некоторым из этих новых требований. Тем не менее, 5G был разработан, чтобы реализовать концепцию цифровой трансформации различных предприятий и отраслей. В целом, 5G был стандартизирован для доставки данных со скоростью до 10 Гбит/с на пиковых теоретических скоростях, с сетевой задержкой всего 1 мс, до одного миллиона устройств на квадратный километр — с надежностью до 99,999 % безотказной работы. Однако системы точной синхронизации на основе 5G могут еще больше расширить границы этих общих спецификаций.

В нашем последнем информационном документе «Понимание 5G и критичных ко времени услуг» 5G Americas исследует будущие возможности точной синхронизации в сетях 5G и то, как они начинают применять некоторые из самых сложных базовых требований к услугам, требующим незамедлительного решения. По сравнению со спутниковой точностью, которая лежит в основе многих систем синхронизации, сети 5G предлагают уникальную возможность: обеспечение  покрытия внутри помещений с точностью до микросекунд и беспроводная передача времени.

Например, в коммерческом банкинге для обмена активами и высокочастотной торговли обычно требуется точность синхронизации от 1 мкс до 1 мс, в зависимости от нормативных стандартов и других факторов, установленных правительствами. Часто этим являются чрезвычайно сложные варианты использования для определенных решений точного хронометража, таких как глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS), поскольку они обычно развертываются внутри помещений . Сети 5G могут быть более успешно реализованы внутри помещений с использованием технологий малых сот.

Другим примером могут быть электрические сети с несколькими генераторами, которые должны быть синхронизированы по фазам друг с другом. Такое решение требует очень точной синхронизации на каждой подстанции. В то время как эти наружные системы обычно используют GNSS, сети 5G могут обеспечить надежное решение для резервного копирования, тем самым повышая отказоустойчивость электрической сети.

5G и точное время

Одна огромная область для точной синхронизации связана с производством. Современные заводы используют множество типов машин, которые должны работать в полной координации с остальной частью заводской системы, а современные сети должны учитывать множество устаревших машин и систем, чтобы обеспечить взаимодействие. Исторически сложилось так, что системы точной синхронизации полагались на GNSS и другие системы для обеспечения требуемой точности синхронизации, но были разработаны различные протоколы и источники синхронизации с разной степенью точности.

Кроме того, различные уровни точности синхронизации также влияют на количество пользовательских устройств, которые могут быть успешно синхронизированы в системе. Пользовательский уровень точности синхронизации часов будет определять не только количество синхронизированных устройств, но также зону обслуживания и тип сценария, в котором может использоваться точность синхронизации. Как вы можете видеть ниже, точность часов влияет на способность системы полностью синхронизировать все ее зависимые части.

Со всеми этими сложностями сети 5G в настоящее время совершенствуются, чтобы иметь возможность обращаться ко многим критически важным промышленным вариантам использования. Начиная с версии «16» проекта партнерства третьего поколения (3GPP) и далее усовершенствованной в версии «17», технологии в стандартах «сверхнадежной» связи с малой задержкой (URLLC) и сети, зависящей от времени (TSN), были созданы специально для этих промышленных вертикальных вариантов использования.

Стремление к поиску промышленных и автоматизированных решений широко распространено, поскольку стандарт «Институт инженеров по электротехнике и электронике для сетей, зависящих от времени» (IEEE 802.1 TSN), предоставляет потенциальную конвергентную сетевую технологию для заводов, обеспечивающую детерминированную связь с малой задержкой в ​​чувствительных к задержкам промышленных приложениях. Благодаря своей способности обеспечивать гибкий беспроводной доступ к данным и полное подключение для интеллектуального производства, IEEE 802.1 TSN выглядит привлекательным дополнением к протоколу точного времени (PTP) или его вариантам, таким как IEEE 802.1AS, для которого требуется проводное подключение к сети Ethernet.

Заключение

В целом, мы только начинаем использовать возможности, которые могут предложить сети 5G, когда речь идет о точной синхронизации и «синхронизации как услуге» (TaaS). В ближайшие годы, по мере уточнения бизнес-требований и интеграции систем синхронизации на основе 5G, автоматизация откроет много новых дверей. Мы только на пороге великих событий и ожидаем, что принесет будущее.

Изучить информацию о других технологиях вы можете на нашем сайте Indoors Navigation.