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推動工業(yè)運營現(xiàn)代化以支持工業(yè)4.0應用將會是一個非常復雜的挑戰(zhàn)。當工廠仍使用傳統(tǒng)的以太網設施將機器連接到中心位置時，面臨的挑戰(zhàn)尤為艱巨。在網絡設施已經從有線網絡過渡到無線網絡的背景下，轉變會相對容易些，但是在這過程中，暴露出商用Wi-Fi和LTE蜂窩網絡的局限性。這是因為工業(yè)4.0使用高度自動化、智能和協(xié)作的信息物理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)需要非常穩(wěn)定、低延遲的無線連接。
結果就是，越來越多的制造業(yè)、能源、采礦、配電、物流和其他領域的企業(yè)開始轉向專網。他們正在遠離傳統(tǒng)的網絡運營商，創(chuàng)建他們自己的無線網絡。
無線技術帶來的靈活性和性能
在過渡到無線專網后，可根據(jù)需要靈活地重新配置、升級和更替設置，從而保證工廠順利、高效地運營。在設計、部署和運營私有網絡時，還可以針對一系列特定需求進行優(yōu)化，例如覆蓋范圍、隱私安全和性能。即使在商業(yè)網絡連接受限的環(huán)境中，也能保證持續(xù)、可靠的網絡連接覆蓋。由于數(shù)據(jù)不會通過更易受到剽竊或攻擊的公共信道進行傳播，因此就能更好地保護專有信息。運營無線專網還能簡化網絡配置或功能，例如保護高層數(shù)據(jù)或支持特定數(shù)據(jù)速率，這些是商業(yè)網絡提供商無法提供的。
當前專用網絡中使用的無線技術多種多樣。一些應用采用相對簡單的基于802.11的設置，而其他應用使用蜂窩網絡協(xié)議，例如700 MHz LTE蜂窩網絡。2008年，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)授權將這一網絡用于商業(yè)用途。
5G可實現(xiàn)長期增長
隨著5G蜂窩網絡的普及，我們期望工業(yè)4.0依靠5G作為其專用無線網絡服務。工業(yè)自動化是5G的重點之一，并且也是逐步推出的5G標準的重要組成部分。
在2019年，5G Release 15標準擴展了對目前工業(yè)物聯(lián)網(IoT)中使用的低功耗廣域(LPWA)技術的支持，并引入了新無線電(NR)，以此為更高級功能提供基礎。計劃于2020年發(fā)布的Release 16標準將通過引入超可靠低延遲通信(URLLC)為工業(yè)自動化提供進一步的支持。
借助URLLC，工廠車間的無線連接將變得異常穩(wěn)定，并且可以以接近或低于一毫秒的端到端延遲速率運行。超高可靠性、高可用性和超低延遲的結合意味著URLLC可以為使用人工智能、增強現(xiàn)實和先進機器人技術的智能工廠提供支持。5G的URLLC功能使蜂窩網絡具備推動工業(yè)自動化更進一步的能力。
得益于5G為工業(yè)自動化提供的誘人承諾，包括德國和日本在內的多個國家已經在這類部署中分配頻譜以供5G專網使用。
需要的5G功能
5G標準通過兩種方式滿足工廠自動化的需求——通過5G NR無線電通信技術和通過5G系統(tǒng)架構。在無線電通信中，靈活參數(shù)集、空間分集、多點協(xié)作(CoMP)操作、精確到厘米的定位、服務質量(QoS)和頻譜結構的靈活性（包括工作在非授權的NR頻段）等特性能夠提高網絡的穩(wěn)定性，并減少網絡延遲。在系統(tǒng)中，網絡切片、增強的安全性、全新身份驗證方法、易用的邊緣云部署以及支持時間敏感網絡(TSN)等功能增強了5G對工廠自動化的支持。
恩智浦觀點
恩智浦是工業(yè)自動化專用5G網絡的堅定支持者。我們將5G視為工業(yè)運營的未來，并正在努力實現(xiàn)這一未來。為此，我們依靠我們在工業(yè)應用領域的專業(yè)知識和領先地位。
恩智浦產品組合一直以來都立足于工業(yè)網絡和控制領域。我們行業(yè)領先的Layerscape LS1043、LS1028和i.MX系列支持高級連接，同時還提供工業(yè)應用所需的可靠性和長期可用性。擴展此功能以支持5G連接是合理的下一步。
2019年10月，恩智浦推出全新Layerscape Access完全可編程基帶產品系列，面向5G Access Edge系統(tǒng)。這個全新的5G系列基于我們現(xiàn)有Layerscape處理器、面向5G蜂窩基站的Airfast系列射頻多芯片模塊以及EdgeVerse解決方案組合。結果就是，對于工業(yè)4.0等高級應用，我們優(yōu)化了從天線到處理器功能。我們還通過高度靈活、基于軟件的解決方案為其提供支持，并得到了軟件供應商生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)助以提供完整的解決方案。
要了解有關恩智浦5G路徑和工業(yè)應用中使用專用無線網絡的更多信息，請訪問：nxp.com/5g。
本文作者：Stuart Forbes
Stuart Forbes在半導體行業(yè)擁有36年的豐富經驗。他目前是恩智浦邊緣處理產品管理團隊的成員，專門負責推廣Layerscape Access產品線。
