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5G “加不动” 工业?工业5G,这回真的来了!

2022/6/8    来源:微信公众号《控制工程中文版》    作者:石林才      
关键字:5G  工业5G  工业互联网  
5G和工业5G有很大的差别,5G在工业的应用,并不等于是工业5G!5G “加不动” 工业,工业5G+工业互联网才能真正发挥作用!
       当您看到这个题目时,您可能会说,工业5G不是早就有了吗?5G智慧工厂、5G炼钢这些都已经有实际案例了啊?

       确实,这些例子的确是5G的工业应用场景,但这里的5G采用的是和当前商用5G同样的技术,和我们今天说的工业5G其实有很大的不同。

       5G在工业的应用并不是工业5G。这一点需要从5G的特征和标准开始说起。

       5G有三个公认的主要应用场景:增强型移动宽带(eMBB)、超可靠低延迟通信(URLLC)和大规模机器通信(mMTC)。三个应用场景分别服务于不同领域,eMBB以带宽为导向,如高清视频,URLLC支持工业物联网应用的要求,mMTC用于要求低功耗且具有大量连接设备的应用。

5G的主要应用场景

5G的主要应用场景

       虽然这三大应用场景已经十分明确,但单个无线网络无法同时完全支持这三大场景,技术的发展总是需要一个不断演进的过程。所以5G标准采用分步制定的方法,在2018年冻结了5G的第一套完整标准R15版本,主要对eMBB做了规定,目的只是加大带宽,现在各大运营商部署的5G基站和5G手机都是基于这个版本的。而直到2020年7月冻结的R16版本才对URLLC和mMTC做出了规范。

       对于工业无线网络而言,eMBB并不能满足要求,因为工业实时协议(如PROFINET IO)依赖于低延迟和高可靠性,如URLLC标准所述,而这只有在R16版本才会具有。可目前市场上可用的5G技术都是对应于R15版本的,那能否通过R15版本的5G传输工业实时协议,从而实现低延迟和高可靠性呢?

       然而,R15版本的基础架构无法传输基于帧的OSI模型的第2层通信,仅支持上面的层,即带有数据包(TCP和UDP)的第3层,这使得R15 5G可以传输OP CUA或MQTT协议。但是,目前使用最广泛的现场总线(如PROFINET)却无法传输,因为它需要第2层连接,而只有R16版的5G标准才支持该连接。

       那真的没有办法了吗?

       确幸的是,工业自动化的头部厂商西门子带来了好消息。西门子近日宣布,PROFINETIO已经可以通过创新的传输技术在5G网络中使用。这是通过使用VXLAN(虚拟可扩展局域网)协议实现的。VXLAN是一种在第3层数据包中嵌入逻辑第2层通信的协议,这使得跨网络边界透明地传输第2层协议成为可能,从而实现控制器和分布式I/O设备之间的5G PROFINET实时通信。

       这种方法开辟了全新的可能性。例如,多辆自动导引车(AGV)可以用一个S7-1500控制器进行集中控制。PROFINET IO用作S7-1500和AGV上的ET 200S P分布式I/O设备之间的协议。通信的核心是西门子的MUM856-1 5G路由器连接的专用R15 5G基础设施。通过使用中央控制器和PROFINET IO通信,AGV上可使用分布式I/O设备,而无需本地控制器,这样就大大节省了空间和成本。

       由此可见,在5G R16版本正式商用之前,西门子通过创新方法实现了R15 5G网络上直接传输PRPFINET实时协议,从而实现了控制器和控制器、控制器和I/O之间的端到端通信,这样的5G不仅能够充分利用5G网络的高速、高带宽和高可靠性的特性,而且能够保证通信的实时性,从而满足工业现场的通信网络需求,这才是工业5G的应有之义。

       为此,我们可以说,这一次,工业5G,能够传输实时工业协议的5G,能够保证实时性满足工业现场控制应用的5G,真的来了!

       附:5G行业标准的4个阶段

       ●第一阶段:当前阶段,整个网络建设都是基于国际标准的第一版标准——5G基础标准R15,满足5G三大应用场景中的增强移动宽带场景(eMBB场景);

       ●第二阶段:5G完整标准R16聚焦完善的低时延、高可靠能力(URLLC场景);

       ●第三阶段:5G增强标准R17主要针对中高速大连接的物联网场景(mMTC场景);

       ●上述三个版本覆盖了5G的三大应用场景以及基础性问题;

       ●第四阶段:R18开启5G的第二个阶段即5.5G的标准(5G-Advanced),有5G与人工智能融合等全方位的能力提升和场景拓展。
责任编辑:程玥
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