．5G 中的關鍵任務控制 - 工業自動化的未來

Ultra-Reliable 5G NR for Industrial IoT 

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Qualcomm developer network by Ana Schafer

讓我們再看看我在上一篇有關 5G 的文章中向您展示的圖表：

上次，我專注於增強型行動寬頻（eMBB）及其在消費者應用中所代表的創新。在本文中，當您開發用於關鍵任務控制的應用時，我將重點介紹 5G 的優勢。

工業自動化 - 比人類想像的還要快

eMBB 的應用案例（例如視訊串流和快速瀏覽）很重要，但並不總是關鍵任務。例如，如果網路延遲導致下載影像，或呈現網頁的時間增加了半秒鐘，則可能不會破壞消費者的體驗。但是，為了防止交通事故或運行工業機器人，半秒很重要。在這種情況下，延遲和故障是不可選擇的。

因此，負責 5G 規範的工程師超越了使用者應用案例，並設計了 5G NR（新無線電）來滿足或超過關鍵任務控制的要求。這些要求會影響，你在工業自動化等領域的開發工作，這是最難解決的用例之一。它們還會影響你在以下應用中的工作：

．智慧城市基礎設施

．自動導引車（AGV）

．機器人和無人機

．車輛安全相關和自主系統

．遠端醫療程序

諸如此類的應用在低可靠性（連接丟失）或高延遲（將數據包從一個點發送到另一個點的延遲）的情況下不會成功。

為什麼強調低延遲？因為工業 1.0（機械化），2.0（電氣化）和 3.0（數位化）依賴於人為因素來連接流程。工業 4.0 依靠 5G 透過將延遲延遲到幾分之一毫秒來連接它們。

增強的超可靠，低延遲通信（eURLLC）

為了提供關鍵任務控制所需的網路可靠性和可用性，即將推出的 5G NR 的 Rel-16 包括增強的超可靠，低延遲通信。 eURLLC 目的在確保「六分之九」的可靠性（即數據包丟失率低至 .0001％（10-6％，或每百萬個數據包一個））和延遲低於 1 毫秒。它還設計用於多連接性，以創建可確保可靠性的冗餘鏈路。

例如，為了實現這種超低延遲，5G NR允許可擴展的時隙持續時間降低至 125 微秒，是 4G LTE 的 1/8，如下所示。此可伸縮時隙持續時間的目標之一是減少等待傳輸，準備，傳輸，處理接收到的數據以及發送反饋的延遲。

適應工業自動化的需求

沒有人知道何時自動機將發送故障代碼，或何時觸發溫度感測器。為了支持像工業自動化這樣的關鍵任務應用，5G NR 包括用於在網路上，運行的所有其他數據和服務之間，傳輸高優先級消息的機制。

第一步是將現有的工業乙太網網路（例如 PROFINET 和EtherCAT）升級到無線 5G。為此，eURLLC 還整合了時間敏感網路（TSN），這是使機器同步的 IEEE 802.1 標準的集合。 TSN 提供確定性的數據包傳遞（即時數據包的已知傳輸時間），而不是乙太網典型的可變的盡力而為的傳輸時間。 5G 定義了提供乙太網功能，並將 TSN 系統連接到設備的 TSN 適配器。

另外，TSN可以在同一核心網絡基礎結構上移動關鍵任務控制流量和名義流量。

另一種技術是對正常流量進行打孔，並將其與任務關鍵型服務復用。它在常規的語音和數據服務中，偵聽計劃外的高優先級消息，並允許隨時傳輸這些消息。例如，在與安全相關的系統中，打孔將使命令可靠且無延遲地通過。 5G NR 框架允許名義流量在打孔後恢復，而不會因過多的重傳而導致更多延遲。

設備到設備的通信和頻譜共享

關鍵任務設備需要暫時將設備與設備（D2D）進行通信，並在它們暫時不在網路覆蓋範圍內時，直接交換即時資訊。作為 LTE Advanced Pro 的一部分，在蜂窩車輛到所有設備（C-V2X）中，示例了多連接性框架中的這種直接鏈接，並將其推廣到 5G 中。

此外，5G NR 中的新頻譜共享技術，可實現更可預測的服務品質（QoS）和 5G 節點之間的同步操作。它們為 URLLC 啟用了協作多點（CoMP），我們認為工業 IoT 應用（例如工廠自動化）將需要此功能。

下一步

簡而言之，在執行關鍵任務控制時，5G 的主要優勢在於設備與網絡之間的超可靠，低延遲連接。與以往相比，以更高的可用性和更少的延遲來規劃 5G 應用。

要瞭解有關 5G NR 在無法失敗的工業場景中的作用的更多資訊，請觀看我們長達 6 分鐘的影片，標題為「用於工業物聯網的超可靠 5G NR」。

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