如今，OT 环境可以从 5G 集成中获取哪些信息
为了真正实现数字化转型、工业自动化以及推动工厂效率的实时应用，制造业正在探索整合 5G 和 TSN（时间敏感网络）的可能性。
在去年的一篇博客中，我们首次描述了 5G 将 TSN（时间敏感网络）的实时功能引入无线网络以 支持工业通信的可能性。
作为复习，TSN 引入了服务质量、可靠性和配置机制。借助 TSN，不同类型的数据流量可以共享同一网络—同时在特定时间范围内保持可靠的吞吐量。
将 5G 与 TSN 结合在一起可以为完全互联的工业环境创造新的机会，使运营商能够深入了解实时工厂运营情况，从而优化资源并提高效率和生产力。
但有三个障碍阻碍了 5G-TSN 统一，我们在最近的另一篇博客中对此进行了介绍。
为了结束我们的 5G-TSN 博客系列（至少目前），我们’重新审视 5G 集成水平以及’今天就有可能’的世界。
探索 5G 集成的三个层次
在工业自动化中需要考虑不同级别的 5G 集成。随着每个级别的增加，复杂性也随之增加，但同时增强了’通过 5G 和 TSN 可以实现。
非公共通信
5G 融合的第一层是实现非公共（私人）通信和连接的 5G 网络。这可以通过两种方式实现：
- 通过 网络切片其中网络提供商提供具有一定服务质量 (QoS) 保证的网络切片。一些 “租户” 访问网络，每个都有自己的段。
- 通过 加班所有权，可以使用自己的授权频率建立 5G 核心网络。
例如，对于需要监控和配置远程站的工厂来说，建立使用 5G 的私人通信网络通常是一个很好的解决方案。也许他们需要确保某件设备正常工作或获取性能或功能的状态更新。
通过 5G 集成，设备始终可访问且可见，并且 可靠的连接 可在长距离内维持。通常，这种部署用于通过 5G 作为第二渠道来监控基本信息。延迟不是一个考虑因素。
传感器到云的无缝通信
更高水平的 5G 集成可实现 无缝传感器到云通信 通过 5G 链路提供保证的带宽和时间同步。
这里的重点是 可靠的服务 和 低延迟。无缝时间同步利用 URLLC（超可靠低延迟通信）标准的一部分进行时间敏感通信，确保保证带宽和以太网协议数据单元（PDU）和用户平面功能（UPF）数据传输。
工业通信通过 OSI 模型第 2 层内的以太网协议进行，而基于 IP 的通信发生在第 3 层。通常，工业协议使用第 2 层寻址来实现 PLC 与传感器或执行器之间的通信。SCADA 和监控应用程序使用第 3 层寻址。这种集成程度使得能够在同一个 5G 网络上实现两种类型的寻址。
由于传感器与云的无缝集成 保证带宽，它’非常适合必须同时运行多个关键任务系统的情况。例如：打开 IP 摄像机进行视觉图像捕捉的情况’不会干扰预测性维护数据的流动。
时间同步的支持赋予所有数据相对的意义，对于任何类型的数据分析来说都是必要的。考虑一条包括五个带有流量计的站点的长管道。您想知道： 不同站点的流量变化时间差是多少？这些测量结果与管道模型一致吗？
要回答这些问题，您必须首先了解与每个流量计相关的时间（同步）。因为您了解数据的捕获时间，所以您可以更好地理解数据告诉您的内容。无缝时间同步也非常适合那些严重依赖将过程数据无缝移动到云端以便更好地分析和理解的应用程序，例如预测性维护。
确定性通信
5G 集成中最复杂—但最具潜力—的层次是 确定性的。在这些情况下，双向流动的数据必须具有保证的延迟水平，以确保它准时到达目的地。
确定性通信关注的重点是高度可靠的服务和超低延迟，通过时间感知整形/时间调度和帧抢占，完全遵循URLLC的时间敏感通信要求。
这将使工厂能够操作虚拟化 PLC，或操作带有传感器和执行器的 PLC，这些 PLC 100% 依赖 5G 连接，而不是 5G 和无线连接的混合。另一个用例可能是允许 PLC 无线控制机械臂的控制回路。
5G-TSN 的当前和未来将带来哪些可能’
截至目前，通过 5G 实现确定性通信还’不可能。虽然’距离实现商业化还很远，但该行业正在取得长足进步。
然而，我们可以充满信心地说，无缝的传感器到云通信正在发展，并且很快就能实现。
事实上，Belden 目前正在开发架构，通过集成 5G 和 TSN 实现无缝的有线和无线集成，帮助制造工厂构建未来。当这些创新成为可能时，这些公司将远远领先于同行，因为他们可以以具有成本效益的方式利用其提供的机会。
详细了解 Belden’的 TSN 解决方案。
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关于作者
Lukas Bechtel 自 2012 年起就职于 Belden，从测试自动化工程师晋升为 CTO 办公室的技术架构师。 他还是埃斯林根大学的教员和研究员，在那里他为学生讲授 IT 和网络安全以及工业网络，同时研究工业 4.0、无线通信和工业通信与安全等领域。