5G siete pre prepojený priemysel a automatizáciu (1), Prehľadové články, Rubriky,

Od 70. rokov 20. storočia sa mobilné bezdrôtové siete tešili enormnému nárastu výkonu s každou novou generáciou. V súčasnosti sa uvádza na trh 5. generácia štandardu mobilnej komunikácie (5G). Hlavnými výhodami 5G sú väčšia šírka pásma, väčšia spoľahlivosť, nižšie oneskorenie a nižšia spotreba energie. Zdá sa, že táto nová technológia je predurčená na použitie v priemyselných aplikáciách. Ich požiadavky na bezdrôtové siete sú odlišné od požiadaviek na verejné komerčné siete mobilných telefónov. Kľúčom k úspechu sú priemyselné súkromné 5G siete. No pre aplikácie vyžadujúce vzdialený prístup k vzdialeným technológiám alebo zariadeniam je správnou odpoveďou verejná 5G sieť.

S 5G bol prvýkrát vyvinutý nový štandard mobilnej komunikácie, ktorý zohľadnil prípady priemyselného využitia. Medzi základné charakteristiky 5G sietí patrí vylepšené mobilné širokopásmové pripojenie (z angl. Enhanced Mobile Broadband – eMBB), ultraspoľahlivá komunikácia s nízkym oneskorením (z angl. Ultra-reliable and Low Latency Communication – URLLC) a masívna komunikácia na úrovni strojov (z angl. Massive Machine Type Communication – mMTC). Tieto scenáre slúžia rôznym aplikačným oblastiam: eMBB je orientované na šírku pásma a URLLC podporuje požiadavky priemyselných aplikácií internetu vecí (IoT), ako je nízke oneskorenie s najlepšou možnou spoľahlivosťou. mMTC sa používa v aplikáciách, ktoré vyžadujú nízku spotrebu energie a obsahujú veľké množstvo pripojených zariadení.

Úplná implementácia týchto troch hlavných scenárov však nie je možná súčasne v rámci tej istej siete. Sieť môže byť navrhnutá a nakonfigurovaná len tak, aby plne podporovala jeden z uvedených scenárov. Napríklad môže ponúknuť buď najvyššiu možnú rýchlosť prenosu dát, alebo najnižšie možné oneskorenie. Oboje súčasne nie je možné.

A v tomto momente vstupuje do hry potreba rôznych implementačných prístupov pre 5G siete. Verejná sieť 5G je zvyčajne nastavená tak, aby poskytovala veľkú šírku pásma pre videotelefonovanie, streamovanie videa a iné aplikácie náročné na dáta. Veľká šírka pásma je kľúčovým argumentom, ktorý propagujú mobilní poskytovatelia zavádzajúci 5G v mnohých krajinách po celom svete.

Avšak pre väčšinu aplikácií v priemyselnom prostredí nehrá šírka pásma až takú podstatnú úlohu. Z pohľadu komunikácie sa v tomto prípade kladie dôraz hlavne na spoľahlivosť a ultrakrátke oneskorenie. Preto sú súkromné siete neoddeliteľnou súčasťou štandardu 5G. Umožňujú spoločnostiam vytvoriť si vlastné lokálne siete 5G a prispôsobiť ich svojim kritickým aplikáciám.

Čo je to vlastne priemyselné 5G?

5G je nový štandard mobilnej komunikácie, ktorý v závislosti od požiadaviek sľubuje enormnú šírku pásma v gigabitovom rozsahu, možnosti prenosu údajov v reálnom čase a vysoký počet účastníkov, pričom zároveň ponúka spoľahlivosť a bezpečnosť na vysokej úrovni. Na rozdiel od predchádzajúcich generácií mobilných komunikácií, ako sú 3G a 4G, 5G prvýkrát spĺňa požiadavky priemyselného sektora, čo znamená, že možno zaručiť inteligentnú bezdrôtovú komunikáciu medzi strojmi a aplikáciami. S priemyselným 5G riešením možno napríklad vytvoriť aj súkromné siete, ktoré spĺňajú všetky predpoklady na flexibilné a udržateľné sieťové pripojenia v mobilných alebo vysoko flexibilných aplikáciách.

Priemyselné 5G siete sú ideálne najmä pre koncepcie Priemyslu 4.0. Vďaka vysokej úrovni flexibility, všestrannosti, použiteľnosti a efektívnosti umožní 5G priniesť do reálnej praxe koncepty Priemyslu 4.0, inteligentných prevádzok a priemyselného internetu vecí (IIoT).

Vlastnosti technológie 5G

Priemyselné 5G ponúka používateľom úroveň výkonu, ktorá je mnohonásobne vyššia v porovnaní s predchádzajúcimi mobilnými štandardmi. Okrem spomenutých troch charakteristík má táto technológia vlastnosti, ako je komplexná konektivita pre IIoT a vyššia úroveň flexibility. Priemyselné 5G však neposkytuje všetky tieto superlatívy naraz. Namiesto toho umožňuje presne tieto vlastnosti priradiť príslušným oblastiam použitia a priradiť jednotlivé zdroje v súkromnej sieti 5G. Ponúka tak trojuholník funkcií, ktoré možno využiť v závislosti od aplikácie.

Dnes sa z dôvodu odlišných požiadaviek používajú rôzne bezdrôtové technológie (napríklad WLAN, WirelessHART, GSM, LTE) alebo aj komunikácia cez káblové spojenia, ale v budúcnosti bude namiesto nich možné nastaviť konzistentné súkromné siete 5G, ktoré budú prispôsobené príslušnej aplikácii.

Súkromné siete – príležitosť pre priemyselný sektor

Pre priemysel je schopnosť budovať súkromné siete, a teda schopnosť kontrolovať vlastnosti a spoľahlivosť samotnej 5G siete to, čo je na technológii 5G skutočne výnimočné.

V súkromnej 5G sieti je niekoľko antén pripojených k 5G základňovej stanici s cieľom pokryť napríklad priemyselnú prevádzku alebo súkromný pozemok. To znamená, že komunikačná infraštruktúra je úplne samostatná. Bezdrôtové zariadenia v aplikácii sa pripájajú k nezávislej bezdrôtovej sieti a nie k verejnej mobilnej sieti.

Výhody súkromnej siete spočívajú v tom, že spoločnosti môžu sledovať, ukladať, analyzovať, usmerňovať a konfigurovať dátovú prevádzku flexibilne tak, aby vyhovovala ich požiadavkám. Ponúka teda kľúčovú výhodu oproti predchádzajúcim bezdrôtovým riešeniam, ktoré využívajú bezlicenčné frekvenčné pásma založené na princípe najlepšieho úsilia a musia akceptovať straty výkonu, keď je frekvenčné spektrum silne obsadené.

Okrem tejto verzie úplne izolovanej súkromnej 5G siete existujú hybridné formy, v ktorých súkromné a verejné siete zdieľajú spoločné zdroje, ako je základňová stanica alebo úlohy riadenia siete. Súkromné základňové stanice možno tiež úplne integrovať do verejnej siete. Na zabezpečenie kvality služby sa v tomto prípade realizujú „virtuálne súkromné sieťové zdroje“, napríklad prostredníctvom segmentovania siete alebo prostredníctvom APN.

Priemyselné oblasti použitia 5G

V princípe existuje nekonečné množstvo mysliteľných aplikácií pre priemyselné 5G siete. Vďaka vysokej škálovateľnosti a prispôsobiteľnosti systému možno integrovať širokú škálu aplikácií so širokou škálou požiadaviek:

Automatizácia prevádzky – vzdialený servis, elektrické dopravníky jednokoľajového systému, riadenie a monitorovanie autonómneho systému, konektivita mobilných koncových zariadení, štandardizovaná konektivita pre senzorovú technológiu, integrácia strojov a systémov do sietí vyššej úrovne.
Energetika – monitorovanie a prepínanie činností v distribuovaných energetických sieťach.
Infraštruktúra – monitorovanie vo vodárenských sieťach a čističkách odpadových vôd, monitorovanie a riadenie v distribuovaných dopravných sieťach, dopravná signalizácia, video dohľad (verejná bezpečnosť).
Automatizácia procesov – preventívna údržba, sledovanie objektov, monitorovanie stavu zariadení, monitorovanie produktov, rozšírená realita, správa systémových technických prostriedkov, vzdialený servis, požiarne a plynové alarmy.