OT环境能够如何从当今的5G集成中获益
为了真正实现数字化转型、工业自动化和实时应用以提高工厂效率，制造业正在探索集成5G和TSN（时间敏感网络）的可能性。
在去年的一篇博客中，我们首次说明了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。
我们来回顾一下，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，同时都能在特定时间范围内保持可靠的吞吐量。
将5G和TSN相结合可以为完全连接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，从而能够优化资源并提高效率和生产力。
但是有三个障碍阻碍了5G-TSN的结合，我们在最近的另一篇博客中对此进行了介绍。
作为我们的5G-TSN博客系列（至少目前）终章，我们将研究5G集成水平以及当今世界存在的可能性。
探索3个级别的5G集成
在工业自动化中，需要考虑不同级别的5G集成。每个级别都会带来更多的复杂性，但每个级别都能通过5G和TSN增强潜能。
非公共通信
5G集成的第一级是支持非公共（专用）通信和连接的5G网络。可以通过两种方式实现：
- 通过 网络切片，网络提供商提供具有特定服务质量（QoS）保证的网络切片。几个“租户”都能访问网络，每个租户都有自己的网段。
- 借助OT所有权，您可以使用自己的许可频率建立5G核心网络。
例如，对于需要监控和配置远程站点的工厂来说，建立具有5G的专用通信网络通常是一个很好的解决方案。这些工厂可能需要确保某一台设备正常工作或需要获取有关性能或功能的状态更新。
通过5G集成，设备始终保持可访问且可见，并且可以在很长的距离范围保持可靠的连接 。通常，此部署用于通过5G作为第二个通道监控基本信息。延迟不是考虑因素。
传感器到云的无缝通信
下一级别的5G集成可实现传感器到云的无缝通信 ，以通过5G链路提供有保证的带宽和时间同步。
此时关注的重点是可靠服务和低延迟。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）以及用户面功能（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和监控应用使用第3层寻址。这种集成级别支持在同一5G网络上实现两种类型的寻址。
由于传感器到云的无缝集成保证了带宽，因此它非常适合必须同时运行多个任务关键型系统的情况。示例情景为：打开IP摄像头进行视觉图像采集不会干扰预测性维护数据流。
时间同步支持赋予所有数据相对意义，并且对于任何类型的数据分析都是必需的。例如一条长距离管道，其中包括五个带流量计的站点。您想知道： 不同站点的流速变化之间的时差是多少？这些测量值是否与管道的模型一致？
要回答这些问题，您必须首先了解与每个流量计相关的计时（同步）。由于您了解采集数据的时间，因此可以更好地了解数据告诉您的内容。无缝时间同步也非常适合严重依赖将过程数据无缝移动到云以更好地分析和理解的应用，例如预测性维护。
确定性通信
最复杂但最具潜力的5G集成级别是 确定性级别。在此类情况下，双向流动的数据必须具有保证的延迟级别，以确保其准时到达目的地。
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，也就是带有传感器和执行器，并且100%依赖于5G连接的PLC，而不是5G和无线连接的混合。另一个用例就是支持PLC无线控制机械臂的一种控制回路。
5G-TSN为现在和未来带来的可能性
截至今天，通过5G进行确定性通信仍未实现。尽管这种通信距离商业化尚远，但已经取得了强劲进展。
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，旨在通过集成5G和TSN实现无缝有线和无线集成，帮助制造工厂构建未来。当这些创新成为可能时，这些公司就能够以具有成本效益的方式利用其提供的机会，从而远远领先于同行。
了解有关 Belden的TSN解决方案的更多信息。
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关于作者
Lukas Bechtel自2012年开始就职于Belden，从测试自动化工程师逐步晋升为我们CTO办公室的技术架构师。他还是埃斯林根大学的教师和研究员，在那里他向学生教授IT和网络安全以及工业网络，同时研究工业4.0、无线通信以及工业通信与安全等领域。