账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
产业计画测试新5G行动技术Six Nines功能
 

【作者: Brendan O'Dowd】2021年06月16日 星期三

浏览人次:【2063】
  

在5G问世之前,每一代手机技术的主要目的都是在改良手机运行。第一代手机网路属於类比系统,频宽仅够语音通话使用。2G是第一种数位行动技术,於20世纪90年代早期问世;3G於20世纪90年代晚期问世,允许手机传输电子邮件资讯,并提供对网页的基本浏览。


直到2008年采用4G技术,智慧手机功能才真正实现:以4G行动宽频为基础,开发出智慧型手机应用、多媒体和串流传输服务,且可以随时浏览高速互联网路。


最近安装的5G网路,则标示着新一代的行动技术首次以设备和系统需求为核心,而不是手机用户。电信业的5G计画设想在三个主要叁数上实现技术突破:


· 延迟、可靠性和确定性


· 连接密度


· 频宽和资料传输速度


之所以提高这些叁数的性能,是为了即时监测和控制同时通讯的设备的密集程度。例如,在智慧城市场景中,我们期??5G能够即时提供街边空馀停车格的位置资讯,并显示在附近的车辆的导航系统中。这样的智慧停车系统需要同时连接小范围内的数千个接近感测器或摄影机以及数千辆汽车,不断传输关於空馀停车位及其位置的即时资料。


该应用和其他应用对延迟、密度和频宽的要求透过5G标准规范中的三项技术改良来满足:


· 即时控制系统的超可靠低延迟通讯(URLLC)


· 增强型行动宽频(eMBB),用於支援基於频宽的新用例,包括扩增实境和虚拟实境


· 针对低功率、广域无线网路的增强/大型机器类通讯(eMTC)


这些5G技术特性使其能够支援工厂控制系统对即时确定性和six nines(99.9999%)可用性要求。但是,在现实生活中,大多数手机用户在浏览2G、3G或4G网路时,仍然会遇到黑点(网路覆盖较弱或不存在),偶尔还会发生意外离线。



图一 : 透过5G技术特性应用能够支援工厂控制系统对即时确定性和six nines(99.9999%)可用性要求。(source:ADI)
图一 : 透过5G技术特性应用能够支援工厂控制系统对即时确定性和six nines(99.9999%)可用性要求。(source:ADI)

那麽,使用手机技术来连接任务关键型且对时间敏感的工业设备是否有前景?


取代成熟的4 mA至20 mA技术

尽管围绕先进的5G技术进行了大肆宣传,但现实情况是,如今的大部分制程设备装置都透过成熟的有线4 mA至20 mA连结实施控制,这是20世纪50年代推出的技术,历经考验。这说明产业在执行任务关键型或安全关键型控制系统时,需要保证确定性,规避风险。


但是,改革浪潮无法阻挡,随着工厂营运的方式不断创新,控制系统设计人员开始评估可以替代4 mA至20 mA技术的技术。随着工业4.0和全球局势迫使工厂不断改变营运方式,两种趋势迫切需要新的网路技术:引入自动行动设备;开发更弹性的制造设备以满足消费者对个性化或配置产品不断增加的需求。


工厂和仓库环境中会使用无人搬运车(AGV)、协作机器人和其他类型的自主移动设备,以便快速提高效率和生产力。随着自动化设备接手执行单调的重复性任务,工人可以转而执行价值更高、更有趣且机器无法执行的工厂操作。


新一代自主行动装置(例如AGV)需要低延迟无线通讯网路连接来提供即时控制,并需要高频宽来传输来自多个感测器(例如LIDAR扫描器和摄影机)的讯号,且需要高抗扰度这是5G行动网路的特点。


工厂营运商将有线连接取代为无线连接之後,也获得了弹性,可以快速重新配置工厂设备,以满足消费者的新需求。电子商务的兴起提高了消费者的期??,他们希??购买的商品能够近??即时送达,且可挑选的商品目录比以往更广泛。更快速、更轻松地移动生产或制程设备,这种能力也在不断升值。固定的有线通讯基础设施不如无线网路弹性,後者支援从任意位置连接设备。无线网路减少了安装通讯电缆时的成本、麻烦和技术难度。


因此长远来看,在成熟的有线通讯技术之外,工厂营运商乐於接受无线控制网路带来的好处。但是,在不久的将来,产业会优先考虑对其而言最重要的要求,包括:


· 高可靠性和可用性


· 安全性


· 因应挑战性工业操作条件的耐用性


· 超低延迟


这些因素决定了4 mA至20 mA工厂通讯标准的使用期限。虽然工厂营运商希??替换4 mA至20 mA技术,但现在,他们倾向於针对有线工业乙太网路通讯的时间敏感性网路(TSN)标准,而不是无线技术。


TSN已成为工厂高频宽有线资料通讯的首选标准,因为它兼具可靠性、耐用性、高资料传输速率、低延迟(以微秒为测量单位),且易於与企业IT网路系统整合。


TSN规范是一项得到跨产业支援的标准,所以它快速建立了丰富的TSN元件和系统供应商生态系统,也包ADI含在内。


OpenRAN:非公共网路支援验证5G性能

的言论



图二 :  5G标准开发人员的目标之一是使无线网路在资料包传输方面达到99.9999%的可靠性,以期符合许多工业控制应用的要求。(source:Lanner Electronics)
图二 : 5G标准开发人员的目标之一是使无线网路在资料包传输方面达到99.9999%的可靠性,以期符合许多工业控制应用的要求。(source:Lanner Electronics)

除了推行TSN网路外,我们也在积极评估透过采用无线网路来改善工厂营运的范围。工业领域的一些早期采用者已开始测试、验证和评估工厂内5G网路系统的运行效果,同时使用新推出的TSN乙太网路来取代传统的4 mA至20 mA系统。这一项验证过程将能找到最合适的5G技术应用。


工厂营运商现在已开始测试5G技术的创新特性,例如大规模MIMO功能使用天线阵列在发射器和接收器之间提供多条物理传输路径。阵列可以配置为形成多个天线波束,以发送至多个接收器。如此便可采用通道加固、波束成型、快速通道评估和天线(空间)分集等技术,与使用4G行动网路相比,可以明显提高可靠性和降低延迟。


事实上,5G标准开发人员的目标之一是使无线网路在资料包传输方面达到99.9999%的可靠性,与有线乙太网路的可靠性相当,相当於资料封包的错误率为1:1,000,000。延迟达到1 ms也是可预期的,完全符合许多工业控制应用的要求。


在真实工厂环境中,通讯设备可能受到多个高振幅射频干扰源、瞬态电压事件、高温和其他干扰的影响,这种性能能否实现?


在验证5G设备的真实性能时,工厂系统设计人员有一个选择:利用行动网路服务提供商提供的5G覆盖。但是,5G标准也为实施私有系统或所谓的非公开网路(NPN)做了规定,例如覆盖工业园区或大型工厂的网路。不同的工业用户和用例会选择不同的公共网路或私人网路。


OpenRAN规范推动工厂5G网路部署

行动网路营运商制定开放式无线存取网路(OpenRAN)规范,这也推动了工厂的5G网路部署。除了传统服务於电信设备市场的提供商之外,更多供应商即将进入5G射频和核心设备市场。这有可能扩大可用设备的选择范围,满足与大众市场公共网路营运商不同的用例,鼓励工业市场供应商开发5G产品。


虽然目前有线工业乙太网路技术仍占主导,但可以想像,未来工厂内的AGV和机器人将透过5G网路发送和接收时间关键型和任务关键型资料负载5G网路的覆盖表示这一梦想已经成为现实,不再是理论上的可能性。


(本文作者Brendan O'Dowd为ADI工业自动化业务部总经理)


相关文章
由压力及应变管理提升高精度倾斜/角度感测性能
新型状态监测应用部署预测性维护功能
10BASE-T1L:将大数据分析范围扩大到工厂网路边缘
迈向「2050净零碳排」先求共识 国际供应链须应变创商机
Ethernet-APL:运用行动依据的情资推动流程最隹化
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新品
Platform Manager Devices
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:Power
Power Manager II Hercules Development Kit
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:Power
Processor PM Development Kit
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:Power
  相关新闻
» [安驰×ADI] 多叁数水质监测 打造精确稳定水质量测系统
» ADI荣获通用汽车杰出贡献奖 表彰供应链组织卓越表现
» 加速开发O-RAN解决方案ADI和Keysight建构测试平台
» 意法半导体宣布管理阶层异动
» IEKCQM:台须面对三大趋势来袭 加速打造强韧产业生态链
  相关产品
» ADI推出10Gbps iCoupler数位隔离器
» HOLTEK新推出高度集成低脚位MCU--HT66F2050/HT66F2040
» ADI推出长距离工业乙太网路产品 实现自动化应用最後一哩连接
» ROHM新型电源IC高耐压、输出大电流有助提升5G基地台和FA装置可靠效能
» 贸泽即日起供货ADI类比转数位转换器AD9083
  相关资源
» Power Management Solutions for Altera FPGAs
» MicroModule Power Products
» Wireless & RF Solutions
» Telecom, Datacom and Industrial Power Products
» Power Management for LEDs

AD


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2021 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29号11楼 / 电话 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw