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    工業5G,這回真的來了!

    放大字體  縮小字體 發布日期:2022-05-31  來源:控制工程網  作者:石林才  瀏覽次數:16
      當您看到這個題目時,您可能會說,工業5G 不是早就有了嗎?5G 智慧工廠、5G 煉鋼這些都已經有實際案例了???
      確實,這些例子的確是5G 的工業應用場景,但這里的5G 采用的是和當前商用5G 同樣的技術,和我們今天說的工業5G 其實有很大的不同。
      5G 在工業的應用并不是工業5G。這一點需要從5G 的特征和標準開始說起。
      5G 有三個公認的主要應用場景: 增強型移動寬帶(eMBB)、超可靠低延遲通信(U R L LC)和大規模機器通信(mMTC)。三個應用場景分別服務于不同領域,eMBB 以帶寬為導向,如高清視頻,URLLC 支持工業物聯網應用的要求,mMTC 用于要求低功耗且具有大量連接設備的應用。
      雖然這三大應用場景已經十分明確,但單個無線網絡無法同時完全支持這三大場景,技術的發展總是需要一個不斷演進的過程。所以5G 標準采用分步制定的方法, 在2018 年凍結了5G 的第一套完整標準R15 版本, 主要對eMBB 做了規定,目的只是加大帶寬, 現在各大運營商部署的5G 基站和5G 手機都是基于這個版本的。而直到2020 年7 月凍結的R16 版本才對U R L LC 和mMTC 做出了規范。
      對于工業無線網絡而言,eMBB 并不能滿足要求,因為工業實時協議(如PROFINET IO)依賴于低延遲和高可靠性,如U R L LC 標準所述,而這只有在R16 版本才會具有??赡壳笆袌錾峡捎玫?G 技術都是對應于R15 版本的,那能否通過R15 版本的5G 傳輸工業實時協議,從而實現低延遲和高可靠性呢?
      然而,R15 版本的基礎架構無法傳輸基于幀的 O S I 模型的第 2 層通信, 僅支持上面的層,即帶有數據包(TC P 和 U DP) 的第 3 層, 這使得R15 5G 可以傳輸OP C UA 或MQT T 協議。但是, 目前使用最廣泛的現場總線( 如PROFINET)卻無法傳輸,因為它需要第 2 層連接,而只有R16 版的 5G 標準才支持該連接。
      那真的沒有辦法了嗎?
      確幸的是,工業自動化的頭部廠商西門子帶來了好消息。西門子近日宣布, P R O F I N E T I O 已經可以通過創新的傳輸技術在5G 網絡中使用。這是通過使用 V X L A N(虛擬可擴展局域網)協議實現的。V X L A N 是一種在第 3 層數據包中嵌入邏輯第 2 層通信的協議,這使得跨網絡邊界透明地傳輸第 2 層協議成為可能, 從而實現控制器和分布式 I/O 設備之間的5G PROFINET 實時通信。
      這種方法開辟了全新的可能性。例如, 多輛自動導引車 ( AGV ) 可以用一個S7-1500 控制器進行集中控制。PROFINET IO 用作 S7-1500 和 AGV 上的 E T 200S P 分布式 I /O 設備之間的協議。通信的核心是西門子的MUM856-1 5G 路由器連接的專用R15 5G 基礎設施。通過使用中央控制器和PROFINET IO 通信,AGV 上可使用分布式I /O 設備,而無需本地控制器,這樣就大大節省了空間和成本。
      由此可見,在5G R16 版本正式商用之前,西門子通過創新方法實現了R15 5G 網絡上直接傳輸PRPFINET 實時協議,從而實現了控制器和控制器、控制器和I/O 之間的端到端通信,這樣的5G 不僅能夠充分利用5G 網絡的高速、高帶寬和高可靠性的特性,而且能夠保證通信的實時性,從而滿足工業現場的通信網絡需求,這才是工業5G 的應有之義。
      為此,我們可以說,這一次,工業5G,能夠傳輸實時工業協議的5G,能夠保證實時性滿足工業現場控制應用的5G,真的來了!
     附:5G行業標準的4個階段
      ● 第一階段:當前階段,整個網絡建設都是基于國際標準的第一版標準——5G基礎標準R15,滿足5G三大應用場景中的增強移動寬帶場景(eMBB場景);
      ● 第二階段:5G完整標準R16聚焦完善的低時延、高可靠能力(URLLC場景);
      ● 第三階段:5G增強標準R17主要針對中高速大連接的物聯網場景(mMTC場景);
      ● 上述三個版本覆蓋了5G的三大應用場景以及基礎性問題;
      ● 第四階段:R18開啟5G的第二個階段即5.5G的標準(5G-Advanced),有5G與人工智能融合等全方位的能力提升和場景拓展。
     
     
    關鍵詞: 工業5G
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