magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

lid mauselectronicsA vezeték nélküli hálózatok ötödik generációja, vagyis az 5G – csaknem egy évtizede előkészítésben – 2019-ben végül valósággá válik. Az 5G hihetetlenül gyors sebessége, azonnali kommunikációs lehetősége és a mindent összekapcsoló képessége jelentős potenciállal rendelkezik.

 

 

 

Néhány elemző olyan messzire megy, hogy az 5G-t az emberiség történelme egyik legfontosabb fejleményének nevezi, mivel számos területet átalakít azáltal, hogy lehetővé teszi az innovatív alkalmazások széles skálájának megjelenését több szegmensben, beleértve az egészségügyet, az autóipart, intelligens városokat és az ipari automatizálást. Néhány elemző olyan messzire megy, hogy az 5G-t az emberiség történelme egyik legfontosabb fejleményének nevezi, mivel számos területet átalakít azáltal, hogy lehetővé teszi az innovatív alkalmazások széles skálájának megjelenését több szegmensben, beleértve az egészségügyet, az autóipart, intelligens városokat és az ipari automatizálást. A cikkben közelebbről megvizsgáljuk az 5G-t az ipari automatizálás (IA) összefüggésében, áttekintve, hogy miben különbözik a 4G-től, és hogyan fogja valójában beváltani a hozzá fűzött reményeket. Elemezzük, milyen kihívást jelent ez az új technológia a hálózati infrastruktúra-gyártók számára, és analizáljuk mi indokolja a bevezetés és a telepítés sürgősségét az ipari automatizálási berendezések beszállítói és ügyfelei között. A mobil sávszélességhez a való világ éhsége kielégíthetetlen, amit a közelmúltbeli fejlesztések, például a kibővített valóság, az autonóm járművek, és legjelentősebben a tárgyak internetének (IoT) exponenciális növekedése okoz. Az elemzők előrejelzései a csatlakoztatott eszközök várható számáról eltérőek, de mindannyian egyetértenek abban, hogy a növekedés hatalmas lesz. Egy újabb jelentés alapján, az Ericsson előrejelzése szerint a globális mobil adatforgalom összességében 39 százalékos éves növekedési ütemben (CAGR) változik, megközelítve a havi 107 exabájt (EB) emelkedést 2023 végéig. A jelenlegi 4G/LTE hálózatok gyorsan elérik a kapacitásuk felső határát, ebből adódóan nem tudják támogatni a növekvő igényszintet. A Nemzetközi Távközlési Unió (ITU) 2015-ben felismerve, hogy szükség van a mobilkommunikációs rendszerek forradalmára, meghatározta az 5G követelményeit az 5G az ITU-R IMT-2020 dokumentumban. Az ITU jelenleg a különböző szervezetekkel, köztük a 3GPP (3rd Generation Partnership Project) – szabványért felelős – iparági testülettel dolgozik együtt, hogy 2020-ig véglegesítse a technológiaszabványokat.

 

01mauselectronics

1. ábra  Az 5G kulcsfontosságú teljesítménymutatói az ITU-R szerint (Forrás: „5G Szövetség a kapcsolódó iparágak és az automatizálás számára” – 2. kiadás, fehér könyv, 5G ACIA, 2018. november – „5G Alliance for Connected Industries and Automation”)

 

Az 1. ábra az 5G technikai specifikáció összefoglalását tartalmazza, amely három fő felhasználási esetet azonosít az 5G-hez. A továbbfejlesztett mobil széles sáv (eMBB) rendkívül nagy adatátviteli sebességet biztosít (max.: 20 Gb/s), és a 4G-t jóval meghaladó nagyobb lefedettséget kínál. A kiterjedt gépi kommunikáció (mMTC) célja, hogy széles körű lefedettséget és mély beltéri áthatolást biztosítson több százezer IoT eszközhöz négyzetkilométerenként. Az mMTC-t úgy is tervezték, hogy alacsony szoftver- és hardver képességekkel rendelkező eszközök számára is mindenhol elérhető legyen, és támogassa az alacsony energiaigényű, akkumulátorkímélő megoldásokat. A rendkívül megbízható és kis késleltetésű kommunikáció (URLLC) könnyen megbirkózik a kritikus alkalmazásokkal, amelyek igényes követelményeket támasztanak a két végpont közötti késleltetés (≤1 ms), a megbízhatóság és a rendelkezésre állás tekintetében. A teljesítmény eléréséhez az 5G hálózatok és rendszerek tervezőinek forradalmi megközelítést kellett alkalmaznia, számos technológiát felhasználva. Az új spektrumopciók sokkal magasabb frekvencián használják a sávszélességet, mint a 4G, beleértve a 30 GHz-nél magasabb frekvenciákat is, ahol a spektrum kevésbé zsúfolt. Ezek a magasabb frekvenciák teszik lehetővé az 5G rendszereken keresztül továbbított adatok mennyiségének fokozatos növekedését. A Massive MIMO (többszörös bemenet, több kimenet) vagy antennamátrix-megoldás és a Beamforming (nyalábformálás) technikák együttesen lehetővé teszik, hogy az 5G méterenként több mint 1000 készülékkel támogasson többet, mint a 4G – ultragyors adatokat szolgáltasson, nagy pontossággal és kisebb késéssel sokkal több felhasználó számára. A hálózatszeletelés (Network Slicing) az 5G számos továbbfejlesztett hálózati menedzsmentfunkciója közül az egyik, ami lehetővé teszi az üzemeltetők számára, hogy alkalmazáshoz szabott szolgáltatásokat nyújtsanak. Az önjáró autók például rendkívül gyors, minimális késleltetésű kapcsolatokat igényelnek a valós idejű navigáció támogatására, ugyanakkor sok IoT érzékelő csomagokban küld adatokat, amelyek nagy sebességet és alacsonyabb szolgáltatási osztályt igényelnek. A felhő megvalósítása és a peremhálózati számítástechnika (Edge Computing) a felhő előnyeit nyújtja a rádióhálózatoknak, kielégítve az alacsony késleltetési követelményeket, közelebb hozva a tartalmat a rádióhoz.

 

2mauselectronics

2. ábra  Az Ipar 4.0 intelligens gyára (Forrás: „Az intelligens gyár érzékeny, adaptív, összekapcsolt gyártás” – Deloitte University Press)

 

5G és IA

Az alapvető változás, amelyet gyakran az Ipar 4.0-nak neveznek, a lendületes globális piacok igényein alapul. Az egyre versenyképesebb piacon való túlélés érdekében a gyártók igyekeznek javítani működésük hatékonyságát, miközben fenntartják a termelés minőségét. Ehhez az Ipar 4.0 intelligens gyármodell felé haladnak, ahol a rugalmas, moduláris és sokoldalú gyártási technikát ötvözik az emberi szakértelemmel az automatizálással. (2. ábra) Jelenleg a legtöbb gyár vezetékes kommunikációs protokollokat használ – mint például az ipari Ethernet, a Profinet és a CANbus – az érzékelők, működtetők és vezérlők összekapcsolására az automatizált rendszerekben. Azonban a vezetékes hálózatok nem támogatják az intelligens gyár követelményeit, amelyek erőteljes és hatékony vezeték nélküli kommunikációs szolgáltatásokat igényelnek, ahol a latencia, a rendelkezésre állás, a jitter és a determinizmus kulcsfontosságú. A 3. ábra szemlélteti, hogy a jövőbeli gyár legmagasabb szintű felhasználási esetei miként jelennek meg a 3GPP műszaki jelentés térképén az ITU specifikációjában meghatározott 5G szolgáltatási követelményeknek megfelelően. Az 5G mMTC – kiterjedt gépi kommunikáció – ideálisan megfelel a vezeték nélküli szenzorhálózatok (WSN) követelményeinek, amelyet egyre inkább a jövő gyárában alkalmaznak a gyártási folyamatok és a megfelelő paraméterek megfigyelésére. Az mMTC ideális, ha nagyszámú eszköz igényel összeköttetést, ahol a hosszú akkumulátor-élettartamé (és ezáltal az alacsony teljesítményű kommunikációé) a prioritás, míg a továbbított adatmennyiségek kisebbek lehetnek. Az érzékelők ellenőrzése egy dinamikus funkció – az egyszerű eszközöket központosított képességgel kell felügyelni, míg a kifinomultabb érzékelők tartalmazhatnak számítástechnikai képességeket, amelyek lehetővé teszik, hogy az érzékelőhálózaton belül monitoring képességgel rendelkezzenek, akár biztonsági célból, akár az automatizált folyamat internetes függőségének csökkentése érdekében. A felügyeleti opciók különböző változatai: a köd-modell számítástechnika (fog computing), a többszörös hozzáférésű peremhálózati számítástechnika (MEC) és a felhőalapú számítástechnika (4. ábra) – és mindezek támogatása az 5G technológia egyik alapvető feladata. A mozgásvezérlés és az ipari robotika ugyanakkor teljesen eltérő kommunikációs követelményekkel rendelkezik, ahol a pontosság és a valós idejű reagálás az URLCC által biztosított jellemzőket igényli. Az 5G felhőalapú és peremhálózati számítástechnikai képességei lehetővé teszik a felhő alapú robotmegoldások (Cloud Robotics) megjelenését, amely az új kommunikációs technológia egyik korai haszonélvezője.

 

3mauselectronics

3. ábra  A kiválasztott ipari felhasználási esetek áttekintése az alapszolgáltatási követelményeknek megfelelően (Forrás: „5G Szövetség a kapcsolódó iparágak és automatizálás számára” – 5G ACIA, 2018. november)

 

Az 5G kihívásai

Annak ellenére, hogy az 5G közel áll a megvalósuláshoz még nagyon sok problémát kell megoldani az értéklánc egészében. A hálózatüzemeltetők komoly befektetésekkel szembesülnek, mivel a 4G/LTE-ről az 5G-re való áttérés nem fokozatos lépés, mint a korábbi generációk esetében. Minden bázisállomáson változtatásokat kell végezni, és az antennák számát jelentősen meg kell növelni a kisebb 5G-os cellamérethez. Mivel a fenti költségek potenciálisan felmerülhetnek, mielőtt a valódi 5G bevételek elkezdenek áramlani, sok szolgáltató fokozatos megközelítést alkalmazhat az 5G hálózati telepítésre, hogy a meglévő 4G/LTE hálózatokat a lehető legtovább kihasználhassa.

 

4mauselectronics

4. ábra  A skálázható kiterjedt érzékelőhálózat (Forrás: 3GPP TR 22.804 V16.1.0 (2018-09))

 

Következtetés

A kihívások ellenére az iparág nyeresége jelentős lesz. A mobilszolgáltatók érdekeit képviselő szervezet, a GSMA szerint az 5G-kapcsolatok 2025-ig elérik az 1,1 milliárdot, ami a piaci szereplők bevételeit 2,5%-os éves növekedési ütemben növeli, és 2025-ben eléri az 1,3 billió dollárt. Az Ericsson azt jósolja, hogy az ICT szereplők 234 milliárd USD-t generálnak 5G gyártási bevételből. Ami a gyártó cégeket illeti, a PwC (Pricewaterhouse Coopers) jelentése szerint 2020-ig az európai vállalatok évente 140 milliárd eurót fektetnek be ipari internetes alkalmazásokba, és várhatóan átlagosan 18%-os hatékonyságjavulást érnek el a következő 5 évben. Bármi legyen is az értéklánc pozíciója, az 5G egy hihetetlenül nagy és gyorsan növekvő piac, amely jelentősen forradalmasítja az áruk és termékek gyártását, szállítását és szervizelését a teljes életciklus során, növelve a hatékonyságot, a minőségi szinteket és a választékot. Nem meglepő, hogy az IA berendezések beszállítói és ügyfelei már alig várják a megvalósítást.

 

Magyar nyelvű kapcsolat:
Maus Electronics Kft. – a Mouser (www.mausel.eu) hivatalos partnere
1034 Budapest, Bécsi út 100.
Tel.: +36 1 244 8412
Mobil: +36 20 777 1080
E-mail: hungary@mausel.eu
www.mausel.eu
hu.mouser.com



 

   
Advertisement