Wpisz czego szukasz
i kliknij enter

Sieć 5G w przemyśle – pieśń przyszłości czy nowa rzeczywistość?

Kategoria

Udostępnij wpis

Ekspansja sieci 5G w przemyśle jest nieunikniona. Konieczność przesyłu coraz większej ilości danych sprawia, że LTE to już za mało. Jak przygotować się do przejścia na 5G i dlaczego w OT zwyczajnie się to opłaca?

Przemysł to dość konserwatywny obszar, jednak ośmielimy się powiedzieć, że jest to konserwatyzm racjonalny. Co to oznacza? Przemysł jest otwarty na zmiany – jednak pod warunkiem, że te zmiany przynoszą wymierną korzyść. Rozważając więc temat ekspansji sieci 5G w przemyśle, należy mieć na uwadze przede wszystkim korzyści, które technologia przyniesie.

Wolisz zdobywać wiedzę, słuchając?

Mamy dla Ciebie dobrą wiadomość! Pełne kompendium wiedzy na temat sieci 5G w przemyśle znajdziesz na naszym YouTubie w formie nagrania z webinaru, który poprowadził Dariusz Figiel, Menadżer Klienta Kluczowego w Tekniska.

Jakie wątpliwości budzi 5G w OT?

Mierząc się z tematem sieci 5G w środowisku przemysłowym, często spotykamy się z tymi samymi pytaniami i wątpliwościami. To właśnie te zagadnienia poruszymy i wyjaśnimy w artykule:

  • Jakie realne korzyści biznesowe przynosi 5G?
  • Gdzie są technologiczne korzyści NR?
  • Czy w obliczu wojny na Ukrainie i kryzysów (popandemicznego, energetycznego i kryzysu rynku komponentów elektronicznych) nie lepiej poczekać z 5G?
  • Czy przemysł rzeczywiście potrzebuje 5G?
  • Po co nam 5G, skoro w pełni nie wykorzystujemy możliwości technologii LTE?
  • Czy 5G to tylko przestrzeń rozrywki i futurystycznych wizji czy również biznesu?

5G – podstawowe informacje

Dokładnie 15 grudnia 2017 roku powstała pierwsza specyfikacja sieci 5G, z kolei już w czerwcu 2018 roku – powstała specyfikacja dla sieci niezależnych. 5G jest więc technologią stosunkowo młodą, rozwijającą się.

Dla wielu technologia 5G to rewolucja podobna w skutkach do wynalezienia maszyny parowej. Czy tak rzeczywiście będzie? Postaramy się częściowo odpowiedzieć na to zagadnienie.

Bez wątpienia jednak możemy podkreślić, że technologia 5g to przede wszystkim:

  • nowy interfejs radiowy (maksimum elastyczności dla różnych zakresów częstotliwości),
  • nowa architektura sieci,
  • nowe urządzenia,
  • nowe aplikacje: fragmentacja sieci (segmenty sieci wirtualnej), chmura z otwartym interfejsem radiowym.

Porównując technologię 5G do jej starszych odpowiedników, możemy wyszczególnić podstawowe różnice:

  • Sieć 3G/4G:
    • podstawowa usługa – transmisja mowy,
    • zbudowana na sprzętowych funkcjach sieciowych,
    • transmisja danych to atrakcyjny dodatek
    • modulacja, QAM16, 64, 256.
      .
  • Sieć 5G:
    • podstawowa usługa – transmisja danych,
    • funkcje sieciowe rezydują w oprogramowaniu jako funkcja sieci wirtualnej,
    • transmisja głosu jest tylko jedną z wielu usług,
    • QAM1024,
    • skalowalny OFDM.

5G – oczekiwania

Oczekiwania dla sieci 5G są bardzo wyśrubowane i w niektórych aspektach – niemal futurystyczne. Przyjrzyjmy się im:

  • Szybkość danych – do 20 Gb/s DL, do 10 Gb/s UL
  • Pojemność – 100 razy większa niż w LTE
  • Widmo – wysokie częstotliwości i elastyczność
  • Energia – -10% zużycia w stosunku do LTE
  • Małe opóźnienia – wynoszące 1 ms
  • Niezawodność – na poziomie 99,999%
  • Bateria – w przybliżeniu 10 lat
  • Liczba terminali – 100/m2
  • Lokalizacja z dokładnością do 0,5 m
  • Prędkość do 500 km/h w systemach mobilnych
  • Zasięg od nadajnika do 1 km
  • Zwiększenie sprawności energetycznej

Technologia 5G w Polsce

Jak sytuacja 5G wygląda w naszym kraju? W Polsce przewidziane są trzy zakresy częstotliwości dla obsługi 5G.

Pierwszym z nich jest tzw. częstotliwość telewizyjna, czyli 700 MHz (694-790 MHz). Charakteryzuje się ona bardzo dobrymi właściwościami propagacyjnymi wewnątrz budynków, przyzwoitymi parametrami, jeśli chodzi o zasięgi. Przepływność jest nieco gorsza niż w przypadku innych częstotliwości, jednak jest ona rekompensowana pozostałymi zaletami.

W ramach Unii Europejskiej praktycznie wszystkie kraje już sobie poradziły z tym, żeby zwolnić te pasma. W Polsce natomiast – jako kraju graniczącym z krajami niebędącymi członkami UE – zadanie to jest nieco utrudnione ze względu na konieczność przeprowadzenia odpowiednich uzgodnień między krajami.

Siecią 5G na częstotliwości telewizyjnej ma się docelowo zająć Operator Strategicznej Sieci Bezpieczeństwa (OSSB). Przewidziane są dwa bloki po 10 MHz dla segmentu obronności i bezpieczeństwa, oraz dwa bloki po 20 MHz dla spółek komercyjnych.

Drugim zakresem częstotliwości przewidzianym dla obsługi 5G jest przedział 3,6 GHz (3,40-3,80 GHz). Aukcja dla tych częstotliwości była przez długi czas wstrzymywana z uwagi na oczekiwanie uchwalenia ustawy o KSC. W chwili obecnej aukcja została wznowiona.

Jeśli chodzi o parametry tej częstotliwości, to oczywiście są gorsze wewnątrz budynku oraz pod względem dystansu, natomiast są bardzo dobre w zakresie prędkości i opóźnień, co daje bardzo duże szanse na jej wykorzystanie przy różnego rodzaju aplikacjach.

Trzecim zakresem częstotliwości przewidzianym dla 5G jest 26 GHz (24,25-27,50 GHz), jednak temat dystrybucji tego pasma nie został do chwili obecnej podjęty. Jest to sieć, która docelowo będzie występowała tylko i wyłącznie w dużych skupiskach, typu stadiony, dworce lotniska. Nie będzie to sieć funkcjonująca wszędzie.

Obecnie w 5G używane są częstotliwości 2100 MHz (przez Orange, T-Mobile i Play) oraz 2600 MHz (przez Plus). Częstotliwości te powstały z myślą o LTE, jednak obecnie wykorzystywane są przez operatorów z powodu nierozstrzygniętego przetargu na pasmo 3,4-3,8 GHz.

Klasyfikacja usług sieci 5G

Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU) sklasyfikował usługi sieci komórkowej 5G na trzy kategorie.

eMBB (enhanced Mobile Broadband) to rozszerzony, mobilny, szerokopasmowy dostęp do Internetu, który gwarantuje dostęp do wysokich prędkości, w tym również dla użytkowników stacjonarnych. Jego kluczowe zastosowania to: HD Voice, 3D/4K Video, biuro w chmurze Saas, cloud gaming (zdalne aplikacje serwerowe) oraz wirtualna i rozszerzona rzeczywistość.

Drugą kategorią jest mMTC (massive Machine Type Communications), czyli komunikacja pomiędzy maszynami, dla zastosowań Internetu Rzeczy, z możliwością obsłużenia do 1 mln urządzeń na km2. Jej kluczowe zastosowania to: Smart Home, Smart City, Intelligent Transportation, M2M oraz wirtualna i rozszerzona rzeczywistość.

Ostatnią kategorią jest URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications) – ultraniezawodna transmisja o niskich opóźnieniach, dla zastosowań wymagających bardzo niskich opóźnień (poniżej 1 ms) i/lub bardzo wysokiej niezawodności. Kluczowe zastosowania to: industry automation, zdalna chirurgia, inteligentne systemy transportowe, autonomiczne pojazdy, aplikacje o znaczeniu krytycznym, truck platooning i drones controle.

SCHEMAT Z 22:10 (czas filmu)

5G network slicing – realna korzyść biznesowa

Nasze rozważania rozpoczęliśmy od podkreślenia znaczenia korzyści, jakie 5G może przynieść dla środowiska przemysłowego. Przyjrzyjmy się więc network slicingowi – bardzo ciekawej funkcjonalności, którą oferują sieci 5G.

Od lat 80-tych XIX wieku armia szwajcarska zaczęła używać swoich charakterystycznych scyzoryków. Idea, która się za nimi kryła, jest prosta – miały one pomóc żołnierzom wykonywać wiele czynności przy pomocy jednego uniwersalnego narzędzia.

Ta sama idea zainspirowała twórców technologii 5G 130 lat później – stworzyć jeden elastyczny, uniwersalny produkt, który rozwiąże większość problemów komunikacyjnych.

Dzięki pojawiającym się możliwościom cięcia (inaczej slicingu) sieci, jakie oferują sieci oparte na chmurze, operatorzy telekomunikacyjni odnaleźli „swój szwajcarski scyzoryk do wszystkiego”.

Czym jest i jak działa network slicing?

Slicing sieci to specyficzna forma wirtualizacji, która umożliwia działanie wielu sieci logicznych na współużytkowanej infrastrukturze sieci fizycznej. Nie myślimy więc tutaj o elementach sieciowych jako dedykowanych, fizycznych serwerach – jak miało to miejsce w poprzednich generacjach 3G i 4G.

Celem dzielenia sieci jest umożliwienie partycjonowania sieci fizycznej na poziomie end-to-end, aby umożliwić optymalne grupowanie ruchu, izolację od innych dzierżawców i konfigurowanie zasobów na poziomie makro.

W 5G dysponujemy jedną zunifikowaną platformą sprzętową. Bazując na niej, możemy dostarczyć bardzo wiele różnorodnych usług.

Możemy logicznie wydzielić warstwy/plastry dla różnych przypadków użycia spełniających dużą ilość konkretnych wymagań. W związku z tym możemy zagwarantować specyficzne wymagania dla konkretnego użytkownika (klienta) lub dla konkretnej aplikacji.

Mogą to być na przykład wymagania dotyczące: przepustowości, dopuszczalnych opóźnień, poziomu bezpieczeństwa lub niezawodności. To wszystko możliwe jest do zrealizowania dzięki wirtualizacji.

SCHEMAT Z 30:32 (czas filmu)

Prywatny APN czy network slicing?

Choć działanie prywatnego APN-u jest większości dobrze znane, istnieje pewien problem, którego możesz nie być świadomy.

APN to wydzielone zasoby operatora – podsieć wykreowana dla konkretnego klienta, która ma zapewnić bezpieczną komunikację pomiędzy terminalami i zestawienie połączenia z siecią firmową. Jest identyfikowany swoją nazwą i oznacza zestaw informacji na temat adresacji IP i routingu. Stanowi odpowiednik VPN w klasycznej sieci LAN.

Ważne jest jednak to, że APN ma kontrolę tylko nad elementami znajdującymi się za bramą w sieci bazowej – nie ma żadnej kontroli nad elementami znajdującymi się przed bramą, np. radiową siecią dostępową.

Z kolei przy network slicingu możemy w pełni kontrolować konfigurację nie tylko ścieżki APN, ale także ścieżki dostępu radiowego – to bardzo istotna różnica między APN a network slicingiem.

QoS a network slicing

QoS jest technologią, która zarządza tylko niektórymi rodzajami ruchu danych w sieci i nadaje im priorytety w celu zmniejszenia utraty pakietów, opóźnień i sytuacji dla tego konkretnego typu ruchu sieciowego.

QoS ma bardzo podobne funkcjonalności do tych, które oferuje network slicing – jednak istotną różnicą jest fakt, że QoS nie może różnicować poziomu SLA w obrębie tej samej aplikacji (np. pomiędzy poszczególnymi urządzeniami końcowymi). Taka funkcjonalność dostępna jest w network slicingu.

Możemy więc stwierdzić, że network slicing to superset QoS i APN, łączący w sobie wszystkie funkcjonalności.

Prywatna sieć 5G?

Inną alternatywą na wykorzystanie sieci 5G są sieci prywatne – dedykowane oczywiście dla prywatnego użytku przez różne organizacje i firmy. Duże firmy mogą zbudować taką sieć, w pełni nią zarządzać i korzystać z wszystkich jej funkcjonalności.

Prywatne sieci 5G dostarczają dokładnie te same korzyści technologiczne, co sieć publiczna 5G, ale oferują ponadto:

  • znacznie większą kontrolę nad całością sieci,
  • większą elastyczność,
  • lepsze opcje zasięgu dla aplikacji zdalnych,
  • mniej wyzwań technicznych dla dużych przestrzeni wewnętrznych,
  • lepszy dostęp do współdzielonego widma.

Sieci 5G prywatne są więc idealną opcją do zastosowania w zakładach produkcyjnych czy u dostawców medialnych.

Prywatne sieci 5G w Polsce – przykłady

Obecnie wiele firm w Polsce pracuje nad wdrożeniem prywatnych sieci 5G, aby czerpać korzyści w zakresie bezpieczeństwa, kontroli, szybkości i czasu reakcji.

Dobrym przykładem całkowicie prywatnej sieci 5G w Polsce jest Nokia Bydgoszcz. Sieć służy tylko do komunikacji na terenie konkretnego zakładu i centrum badawczo-rozwojowego – sama w sobie jest bazą rozwojową rozwiązań przemysłu 4.0.

Prywatna platforma aplikacyjna zapewnia wysoką przepustowość, niewielkie opóźnienia i lokalne przetwarzanie brzegowe. W każdym z trzech budynków znajdują się dwie wewnętrzne stacje bazowe – jest też stacja zewnętrzna, która zapewnia zasięg poza budynkami.

W ramach projektu zrealizowane zostały następujące cele:

  • automatyzacja procesów produkcyjnych,
  • zarządzanie i monitorowanie urządzeń,
  • praca wewnątrzzakładowych pojazdów autonomicznych (Automated Guided Vehicle),
  • precyzyjna lokalizacja pojazdów autonomicznych (do 30 cm),
  • grupowa komunikacja głosowa i wideo,
  • wymiana danych pomiędzy liniami produkcyjnymi,
  • zdalna obsługa drona monitorującego.

Prywatne sieci 5G mogą być zastosowanie praktycznie wszędzie:

SCHEMAT Z 38:11 (czas filmu)

5G – rozwiązania dostępowe

W ofercie Tekniska można znaleźć szereg rozwiązań dostępowych 5G dla wielu branż – m.in. dla aplikacji Smart Factory, Smart Transportation czy Smart City.

Dla aplikacji Smart Factory sprawdzi się doskonale  z zaawansowaną bramą obliczeniową Edge. Urządzenie pracuje w technologii 5G w wariancie Non-Standalone (NSA) oraz Standalone (SA). Oferuje różne przepływności oraz równoległą obsługę LTE i 3G.

Urządzenie jest przygotowane pod wykonywanie różnorodnych działań związanych z przetwarzaniem danych – wyposażone jest w silny procesor, duże pamięci i szybki system ICR-Linux operating system. Użytkownicy mają możliwość tworzenia własnych modułów użytkownika i aplikacji, które będą obsługiwały różnego rodzaju funkcjonalności, które nie są standardowe dla urządzeń dostępowych.

Warto również zwrócić uwagę na obsługę GPS we wszystkich możliwych standardach, co pozwala na użycie urządzenia jako routera mobilnego.

W naszej ofercie można znaleźć również szereg rozwiązań dostępowych dla aplikacji Smart Transportation – zarówno kolejowego, jak i przemysłowego. Jednym z nich jest 5G CyBox RT 3-W marki ELTEC Elektronik, będącej częścią koncernu Westermo.

5G CyBox RT 3-W wykorzystuje jeden lub dwa moduły 5G WAN access. Obsługuje wszystkie dostępne w Polsce zakresy częstotliwości dla 5G, 4G i 3G. Posiada stosunkowo mocny procesor oraz oferuje możliwość stosowania do czterech kart SIM – dla każdego interfejsu 5G – co gwarantuje dużą redundancję i wysoki poziom bezpieczeństwa.

Te i wiele innych rozwiązań dostępowych 5G znajdziesz w ofercie Tekniska. Jeśli potrzebujesz pomocy w doborze odpowiedniego urządzenia, skontaktuj się z naszym inżynierami.

5G w OT – podsumowanie

Podsumowując nasze dzisiejsze rozważania – niezależnie od poziomu zaawansowania, 5G NR to nie tylko Nowe Radio, ale i Nowa Rzeczywistość.

Uniwersalność i funkcjonalność platformy 5G NR stworzy ogromną przestrzeń zastosowań w przemyśle, również w konserwatywnych obszarach.

Usługi sieci 5G mogą być personalizowane pod kątem konkretnej aplikacji lub systemu – i to najważniejsza przewaga technologii 5G. Dowolny zakład będzie mógł dysponować własnym wycinkiem sieci i w jego ramach konfigurować poziom i jakość usług, które konkretnym systemom będą świadczone.

Możemy więc stwierdzić, że przemysł, wybierając dowolną z usług 5G, będzie kierowany czynnikami, takimi jak:

  • zapewnienie ściśle zdefiniowanego SLA dla wybranego systemu lub aplikacji,
  • zapewnienie zdefiniowanego poziomu bezpieczeństwa świadczonych usług,
  • zapewnienie pełnej izolacji usług w ramach sieci prywatnej.

Możemy także domniemywać, że – w obliczu rozwoju i ekspansji technologii 5G w przemyśle – APN LTE nie wytrzyma konkurencji, nie oferując kontroli ruchu w sieci dostępowej, a sieci oparte o takie rozwiązanie zostaną uznane za „mało bezpieczne”. Z kolei QoS nie będzie już bezpiecznym sposobem na zagwarantowanie wybranych parametrów sieci.

Network slicing stworzy niespotykane dotychczas możliwości w zakresie jakości usług, prywatności, dostępności i niezawodności.

Możemy spodziewać się, że prywatne sieci 5G rozwiążą większość problemów dużych firm energetycznych, wydobywczych i produkcyjnych, a sieć LTE będzie działała równolegle do 5G, stanowiąc jej naturalne uzupełnienie

Głodny wiedzy? Odwiedź nas na Youtube! Znajdziesz tam darmowe kompendium wiedzy na temat transmisji danych i cyberbezpieczeństwa sieci przemysłowych!

Zobacz inne wpisy

Cyberbezpieczeństwo
Skaner podatności a wyższy poziom bezpieczeństwa sieci OT

Jak skaner podatności może podnieść poziom bezpieczeństwa Twojej sieci przemysłowej? Zacznijmy od podstaw! Poznaj najważniejsze korzyści i wymagania konieczne,
by przeprowadzić skuteczny skan podatności sieci OT.

Sieci przemysłowe
Lifting infrastruktury sieciowej. Wejdź w świat MPLS TP!

Niezawodna i bezpieczna transmisja danych to podstawa funkcjonowania Twojego przedsiębiorstwa? Zafunduj swojej sieci OT lifting z prawdziwego zdarzenia i wejdź w świat MPLS-TP!

Ta strona używa plików Cookie. Korzystając ze strony wyrażasz zgodę na używanie Cookie, zgodnie z aktualnymi ustawieniami używanej przeglądarki. Szczegóły znajdziesz w Polityce prywatności.