這周,世界移動通信大會MWC21在上海舉辦。作為通信領域年度性的盛會,MWC見證了全球移動通信的發(fā)展與變化,可以說是產(chǎn)業(yè)演進的風向標。
根據(jù)大會中最新披露的數(shù)據(jù),目前中國已經(jīng)建設近72萬座5G基站,5G基站數(shù)量全球領先。截至2020年底,全球5G連接數(shù)的75%以上來自中國。可以說,中國在5G取得的卓越成績舉世無雙。
隨著MWC的舉辦,5G的關注度又一次提升,5G融入千行百業(yè)的進程正在加速。
關于MWC上發(fā)布的最新觀點和產(chǎn)品,物聯(lián)網(wǎng)智庫此前已有多篇報道,本文就不再一一贅述。
MWC提供了從通信的視角看待5G對行業(yè)的賦能。
然而,更令我好奇的是,從各個行業(yè)的角度,他們又是如何看待5G的加入和應用。
尤其在工業(yè)領域,當工程師們進行技術評估時,必須針對特定應用,綜合考慮各種因素和可能性,比較和權衡各種無線通訊技術。
不夸張的說,幾乎沒有什么情況比工業(yè)無線通訊更復雜。
因此通過遠程訪談和資料匯總,本文嘗試呈現(xiàn)在工業(yè)領域,工程師們面對5G時的一些思考。
先說結論:
第一次,有大量的工業(yè)自動化工程師,推動著同一個通用無線標準à5G。
沒有單一的無線協(xié)議可以滿足所有應用,5G時代也不例外。
5G雖然目前能力有限,但各種增強功能正在路上,宜用動態(tài)的目光來看待她。
在本文的最后,我將送你兩份有價值的白皮書,一份是中國移動最新發(fā)布的《5G無線技術演進白皮書》,描繪了接下來5G國際標準的發(fā)展藍圖;另一份是愛立信發(fā)布的《5G時代的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)--通過蜂窩物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉型》。
01
工業(yè)無線,工業(yè)自動化的熱點領域
由于5G的加入,讓超高可靠與低時延的無線通訊有了更多選擇。
為了防止在眾多的工業(yè)無線通訊技術之間迷失,產(chǎn)生選擇困難癥。于是,有人畫了上面這幅決策樹。
工業(yè)無線的選型復雜性可見一斑。
下圖是在工業(yè)傳感網(wǎng)絡中,常見的幾種無線通訊和市場占比。
根據(jù)調研機構ON World的分析,在工業(yè)傳感網(wǎng)絡中,23%的企業(yè)使用WirelessHART,10%的企業(yè)使用ISA100.11a無線通訊標準,這些技術具備很強的抗干擾能力、超低功耗、支持實時通信等特征。
必須承認,工業(yè)無線,一直是工業(yè)自動化的一個熱點領域,工業(yè)無線產(chǎn)品被認為是新的發(fā)展支點。
在家庭和個人連接中,我們所熟悉的Wi-Fi、BLE和UWB,普遍難以滿足工業(yè)的嚴苛要求,比如低功耗、安全等級高、抗干擾性強等,使得為工業(yè)場景量身定制無線通訊技術,成為一種趨勢。
上圖中,很多基于802.15.4的技術,包括ISA100.11a、WirelessHART、Zigbee等,在工業(yè)應用中大放異彩。
尤其是最近幾年,上述幾種適合在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中使用,滿足工業(yè)設備之間近距離、低速率信息交互的無線通訊技術,市占率都取得了不錯的增長。
同時,工業(yè)自動化領域的無線通訊技術持續(xù)迭代,業(yè)界對于低功耗廣域網(wǎng)LPWAN的興趣在逐步提升。
ON World每兩年進行一次調查,最近一次該機構調研了全球273家工業(yè)自動化廠商中使用的無線技術,LPWAN的使用率翻了一番。
在工業(yè)落地生根的無線技術,雖然根據(jù)各自擅長的場景進行了優(yōu)化,但都具有很多共性:
低功耗:盡量降低無線傳輸中的功耗,節(jié)省電池電量。
低帶寬:大部分場景發(fā)送的數(shù)據(jù)量有限,而且?guī)挼透捉档凸摹?/p>
更新速率低:設備發(fā)送數(shù)據(jù)的間隔較長,目的同樣也是為了節(jié)省功耗。
雙向傳輸:數(shù)據(jù)的讀取和寫入同樣重要。
可靠性高:關鍵數(shù)據(jù)必須確保傳輸無誤。
安全等級高:只有特定的接收者才能解讀數(shù)據(jù)。
02
業(yè)界首次,圍繞無線標準形成合力
為了推進工業(yè)無線的發(fā)展,工業(yè)領域有很多成熟的無線通訊標準組織,典型的包括HART基金會、ISA協(xié)會、ODVA和Avnu聯(lián)盟,他們都在積極研究如何將現(xiàn)有通訊技術與5G結合使用。
我們依次來說。
HART是過程工業(yè)中規(guī)?;渴鸬耐ㄓ嵓夹g之一。HART通信基金會是一個國際非盈利性組織,是HART通信協(xié)議的技術所有者和標準修訂團隊。
WirelessHART是用于過程自動化的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡通信協(xié)議。除了保持現(xiàn)有HART設備、命令和工具的能力,它增加了HART協(xié)議的無線能力。
如今,WirelessHART擁有超過45,000個可運行的網(wǎng)絡,連接來自眾多廠商的數(shù)百萬個獨立設備。
在HART基金會的眼中,5G不是WirelessHART的替代者,而是神助攻。
有時,WirelessHART被應用于偏遠的石油或天然氣井場、壓縮機站或類似的場景,這些數(shù)據(jù)的遠程傳輸則要用到5G。
5G讓WirelessHART用戶的傳輸距離得以擴展,同時滿足工業(yè)環(huán)境的需求。5G與WirelessHART搭配使用的方案
類似的,其他組織也在考慮將自身的無線技術與5G無縫對接。
成立于1945年的ISA國際自動化協(xié)會,下屬的ISA100工業(yè)無線委員會主要定義工業(yè)環(huán)境下的無線系統(tǒng)相關規(guī)程和實現(xiàn)技術。ISA100與5G結合的思路與WirelessHART類似。
ODVA開放設備網(wǎng)供應商協(xié)會,是一個由全球知名的工業(yè)自動化公司組成的國際性協(xié)會。ODVA及其成員通過利用通用工業(yè)協(xié)議(CIP)共同支持網(wǎng)絡技術。
在2020年疫情之前舉辦的最后一場大型面對面年會中,ODVA重點討論了如何將5G、WiFi 6和EtherNet/IP進行融合。
眾多獨立的第三方組織,包括Avnu聯(lián)盟、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟等,紛紛積極參與TSN與5G的測試、推廣及產(chǎn)品認證等各項工作。
TSN(Time-Sensitive Networking)時間敏感網(wǎng)絡。因其標準的以太網(wǎng)架構和精準的流量調度能力,非常符合工業(yè)場景中確定時延、不被中斷、可靠傳輸?shù)囊蟆?/p>
TSN與5G的結合已有諸多成果,它們搭配使用可以在更廣范圍內實現(xiàn)“時鐘同步即服務”(Clock Synchronization as a Service)。
與此類似,正在琢磨著如何與5G接壤的通訊技術和相關組織,可以拉出一個長名單。
03
一個選項,但5G面對的并不是單選題
從更大視角來看,無線通訊只是工業(yè)通訊汪洋中的冰山一角,在2020年占比約為6%。
站在行業(yè)的角度,5G是一種選擇,但并不是唯一選擇。
作為其中的一個選項,5G所參與的并不是一道單選題。
行業(yè)用戶希望根本感受不到通訊技術之間的切換,而是一張網(wǎng)能夠解決通話、傳輸、控制等各種問題。
以煤礦行業(yè)為例,井下有上萬種設備,大約70%固定位置,30%可以移動。如果聯(lián)網(wǎng)問題全部用5G解決,花費的代價很大。如果使用“5G + WiFi 6 + 有線網(wǎng)絡”的組合方案,更具可行性,但這對企業(yè)整合各種技術與產(chǎn)品的能力提出了嚴苛的挑戰(zhàn)。
網(wǎng)絡同樣復雜的還有石油石化行業(yè)。
考慮到石油和天然氣企業(yè)廣泛的數(shù)字化要求,使用混合的網(wǎng)絡模型,將有線和無線結合、5G和其他無線技術結合,也是首選方案。
將油田和天然氣的傳輸需求劃分為上游、中游和下游三種形態(tài),提出針對性的混合模型。
在工廠自動化領域,情況同樣繁復。
車企是身先士卒的嘗鮮者,我們擇其一為例。
根據(jù)某車企的實測,5G URLLC(超可靠、低時延通信)的能力可以和PROFINET RT和PROFIsafe這樣的通訊技術相媲美。
我們都知道,PROFINET RT實時通信,適合周期性數(shù)據(jù)交換,還必須保證一定的實時性的場合。這里的實時性,一般要求循環(huán)周期小于10ms。
而PROFIsafe是一種安全通信協(xié)議,它將安全設備和標準設備的數(shù)據(jù)流整合在一起,使標準設備和安全設備能同時共用一條通信鏈路。
這個結論對于工業(yè)自動化有重要意義。它意味著此前只能通過有線手段完成的工業(yè)現(xiàn)場人機交互,現(xiàn)在可以通過無線方式進行。
在這個測試中,5G同樣只是團隊“成員”之一,與其他有線和無線網(wǎng)絡“隊友”,共同完成數(shù)據(jù)通訊任務。
----寫在最后----
5G的應用場景80%是面向各種產(chǎn)業(yè)。
根據(jù)最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2020年全球各類5G行業(yè)項目總數(shù)接近6000個,其中超過20個運營商發(fā)布了5G行業(yè)解決方案。
5G進入千行百業(yè)正在如火如荼的開展。
在行業(yè)用戶嘗試5G的過程中,現(xiàn)有5G網(wǎng)絡存在能力不足、難以滿足行業(yè)需求等問題尚待攻克。雖然5G目前能力有限,但各種增強功能正在路上,宜用動態(tài)的目光來看待她。
標簽: 工業(yè)自動化