5G專網(wǎng)與工業(yè)4.0的未來

推動工業(yè)運(yùn)營現(xiàn)代化以支持工業(yè)4.0應(yīng)用將會是一個非常復(fù)雜的挑戰(zhàn)。當(dāng)工廠仍使用傳統(tǒng)的以太網(wǎng)設(shè)施將機(jī)器連接到中心位置時，面臨的挑戰(zhàn)尤為艱巨。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)施已經(jīng)從有線網(wǎng)絡(luò)過渡到無線網(wǎng)絡(luò)的背景下，轉(zhuǎn)變會相對容易些，但是在這過程中，暴露出商用Wi-Fi和LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)的局限性。這是因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/工業(yè)4.0">工業(yè)4.0使用高度自動化、智能和協(xié)作的信息物理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)需要非常穩(wěn)定、低延遲的無線連接。

結(jié)果就是，越來越多的制造業(yè)、能源、采礦、配電、物流和其他領(lǐng)域的企業(yè)開始轉(zhuǎn)向?qū)＞W(wǎng)。他們正在遠(yuǎn)離傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，創(chuàng)建他們自己的無線網(wǎng)絡(luò)。

無線技術(shù)帶來的靈活性和性能

在過渡到無線專網(wǎng)后，可根據(jù)需要靈活地重新配置、升級和更替設(shè)置，從而保證工廠順利、高效地運(yùn)營。在設(shè)計(jì)、部署和運(yùn)營私有網(wǎng)絡(luò)時，還可以針對一系列特定需求進(jìn)行優(yōu)化，例如覆蓋范圍、隱私安全和性能。即使在商業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接受限的環(huán)境中，也能保證持續(xù)、可靠的網(wǎng)絡(luò)連接覆蓋。由于數(shù)據(jù)不會通過更易受到剽竊或攻擊的公共信道進(jìn)行傳播，因此就能更好地保護(hù)專有信息。運(yùn)營無線專網(wǎng)還能簡化網(wǎng)絡(luò)配置或功能，例如保護(hù)高層數(shù)據(jù)或支持特定數(shù)據(jù)速率，這些是商業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供商無法提供的。

當(dāng)前專用網(wǎng)絡(luò)中使用的無線技術(shù)多種多樣。一些應(yīng)用采用相對簡單的基于802.11的設(shè)置，而其他應(yīng)用使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，例如700 MHz LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)。2008年，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)授權(quán)將這一網(wǎng)絡(luò)用于商業(yè)用途。

5G可實(shí)現(xiàn)長期增長

隨著5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的普及，我們期望工業(yè)4.0依靠5G作為其專用無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。工業(yè)自動化是5G的重點(diǎn)之一，并且也是逐步推出的5G標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分。

在2019年，5G Release 15標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展了對目前工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)中使用的低功耗廣域(LPWA)技術(shù)的支持，并引入了新無線電(NR)，以此為更高級功能提供基礎(chǔ)。計(jì)劃于2020年發(fā)布的Release 16標(biāo)準(zhǔn)將通過引入超可靠低延遲通信(URLLC)為工業(yè)自動化提供進(jìn)一步的支持。

借助URLLC，工廠車間的無線連接將變得異常穩(wěn)定，并且可以以接近或低于一毫秒的端到端延遲速率運(yùn)行。超高可靠性、高可用性和超低延遲的結(jié)合意味著URLLC可以為使用人工智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的智能工廠提供支持。5G的URLLC功能使蜂窩網(wǎng)絡(luò)具備推動工業(yè)自動化更進(jìn)一步的能力。

得益于5G為工業(yè)自動化提供的誘人承諾，包括德國和日本在內(nèi)的多個國家已經(jīng)在這類部署中分配頻譜以供5G專網(wǎng)使用。

需要的5G功能

5G標(biāo)準(zhǔn)通過兩種方式滿足工廠自動化的需求——通過5G NR無線電通信技術(shù)和通過5G系統(tǒng)架構(gòu)。在無線電通信中，靈活參數(shù)集、空間分集、多點(diǎn)協(xié)作(CoMP)操作、精確到厘米的定位、服務(wù)質(zhì)量(QoS)和頻譜結(jié)構(gòu)的靈活性（包括工作在非授權(quán)的NR頻段）等特性能夠提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，并減少網(wǎng)絡(luò)延遲。在系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)切片、增強(qiáng)的安全性、全新身份驗(yàn)證方法、易用的邊緣云部署以及支持時間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)等功能增強(qiáng)了5G對工廠自動化的支持。

恩智浦觀點(diǎn)

恩智浦是工業(yè)自動化專用5G網(wǎng)絡(luò)的堅(jiān)定支持者。我們將5G視為工業(yè)運(yùn)營的未來，并正在努力實(shí)現(xiàn)這一未來。為此，我們依靠我們在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)知識和領(lǐng)先地位。

恩智浦產(chǎn)品組合一直以來都立足于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和控制領(lǐng)域。我們行業(yè)領(lǐng)先的Layerscape LS1043、LS1028和i.MX系列支持高級連接，同時還提供工業(yè)應(yīng)用所需的可靠性和長期可用性。擴(kuò)展此功能以支持5G連接是合理的下一步。

2019年10月，恩智浦推出全新Layerscape Access完全可編程基帶產(chǎn)品系列，面向5G Access Edge系統(tǒng)。這個全新的5G系列基于我們現(xiàn)有Layerscape處理器、面向5G蜂窩基站的Airfast系列射頻多芯片模塊以及EdgeVerse解決方案組合。結(jié)果就是，對于工業(yè)4.0等高級應(yīng)用，我們優(yōu)化了從天線到處理器功能。我們還通過高度靈活、基于軟件的解決方案為其提供支持，并得到了軟件供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)助以提供完整的解決方案。

本文作者：Stuart Forbes

Stuart Forbes在半導(dǎo)體行業(yè)擁有36年的豐富經(jīng)驗(yàn)。他目前是恩智浦邊緣處理產(chǎn)品管理團(tuán)隊(duì)的成員，專門負(fù)責(zé)推廣Layerscape Access產(chǎn)品線。

要了解有關(guān)恩智浦5G路徑和工業(yè)應(yīng)用中使用專用無線網(wǎng)絡(luò)的更多信息，請?jiān)L問：nxp.com/5g。