5G專(zhuān)網(wǎng)與工業(yè)4.0的未來(lái)

推動(dòng)工業(yè)運營(yíng)現代化以支持工業(yè)4.0應用將會(huì )是一個(gè)非常復雜的挑戰。當工廠(chǎng)仍使用傳統的以太網(wǎng)設施將機器連接到中心位置時(shí)，面臨的挑戰尤為艱巨。在網(wǎng)絡(luò )設施已經(jīng)從有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )過(guò)渡到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的背景下，轉變會(huì )相對容易些，但是在這過(guò)程中，暴露出商用Wi-Fi和LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò )的局限性。這是因為工業(yè)4.0使用高度自動(dòng)化、智能和協(xié)作的信息物理系統，這些系統需要非常穩定、低延遲的無(wú)線(xiàn)連接。

結果就是，越來(lái)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(kāi)始轉向專(zhuān)網(wǎng)。他們正在遠離傳統的網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商，創(chuàng )建他們自己的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。

無(wú)線(xiàn)技術(shù)帶來(lái)的靈活性和性能

在過(guò)渡到無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)后，可根據需要靈活地重新配置、升級和更替設置，從而保證工廠(chǎng)順利、高效地運營(yíng)。在設計、部署和運營(yíng)私有網(wǎng)絡(luò )時(shí)，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、可靠的網(wǎng)絡(luò )連接覆蓋。由于數據不會(huì )通過(guò)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專(zhuān)有信息。運營(yíng)無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)還能簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )配置或功能，例如保護高層數據或支持特定數據速率，這些是商業(yè)網(wǎng)絡(luò )提供商無(wú)法提供的。

當前專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )中使用的無(wú)線(xiàn)技術(shù)多種多樣。一些應用采用相對簡(jiǎn)單的基于802.11的設置，而其他應用使用蜂窩網(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(huì )(FCC)授權將這一網(wǎng)絡(luò )用于商業(yè)用途。

5G可實(shí)現長(cháng)期增長(cháng)

隨著(zhù)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(zhuān)用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。工業(yè)自動(dòng)化是5G的重點(diǎn)之一，并且也是逐步推出的5G標準的重要組成部分。

在2019年，5G Release 15標準擴展了對目前工業(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(wú)線(xiàn)電(NR)，以此為更高級功能提供基礎。計劃于2020年發(fā)布的Release 16標準將通過(guò)引入超可靠低延遲通信(URLLC)為工業(yè)自動(dòng)化提供進(jìn)一步的支持。

借助URLLC，工廠(chǎng)車(chē)間的無(wú)線(xiàn)連接將變得異常穩定，并且可以以接近或低于一毫秒的端到端延遲速率運行。超高可靠性、高可用性和超低延遲的結合意味著(zhù)URLLC可以為使用人工智能、增強現實(shí)和先進(jìn)機器人技術(shù)的智能工廠(chǎng)提供支持。5G的URLLC功能使蜂窩網(wǎng)絡(luò )具備推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化更進(jìn)一步的能力。

得益于5G為工業(yè)自動(dòng)化提供的誘人承諾，包括德國和日本在內的多個(gè)國家已經(jīng)在這類(lèi)部署中分配頻譜以供5G專(zhuān)網(wǎng)使用。

需要的5G功能

5G標準通過(guò)兩種方式滿(mǎn)足工廠(chǎng)自動(dòng)化的需求——通過(guò)5G NR無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)和通過(guò)5G系統架構。在無(wú)線(xiàn)電通信中，靈活參數集、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)和頻譜結構的靈活性（包括工作在非授權的NR頻段）等特性能夠提高網(wǎng)絡(luò )的穩定性，并減少網(wǎng)絡(luò )延遲。在系統中，網(wǎng)絡(luò )切片、增強的安全性、全新身份驗證方法、易用的邊緣云部署以及支持時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )(TSN)等功能增強了5G對工廠(chǎng)自動(dòng)化的支持。

恩智浦觀(guān)點(diǎn)

恩智浦是工業(yè)自動(dòng)化專(zhuān)用5G網(wǎng)絡(luò )的堅定支持者。我們將5G視為工業(yè)運營(yíng)的未來(lái)，并正在努力實(shí)現這一未來(lái)。為此，我們依靠我們在工業(yè)應用領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識和領(lǐng)先地位。

恩智浦產(chǎn)品組合一直以來(lái)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(shí)還提供工業(yè)應用所需的可靠性和長(cháng)期可用性。擴展此功能以支持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。這個(gè)全新的5G系列基于我們現有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。結果就是，對于工業(yè)4.0等高級應用，我們優(yōu)化了從天線(xiàn)到處理器功能。我們還通過(guò)高度靈活、基于軟件的解決方案為其提供支持，并得到了軟件供應商生態(tài)系統的協(xié)助以提供完整的解決方案。

本文作者：Stuart Forbes

Stuart Forbes在半導體行業(yè)擁有36年的豐富經(jīng)驗。他目前是恩智浦邊緣處理產(chǎn)品管理團隊的成員，專(zhuān)門(mén)負責推廣Layerscape Access產(chǎn)品線(xiàn)。

要了解有關(guān)恩智浦5G路徑和工業(yè)應用中使用專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)：nxp.com/5g。