Задачи 5G в IoT
Это первая часть серии из трех частей, в которой будут рассмотрены вопросы 5G и LPWAN и их влияние на Промышленный IoT.
- В первой части рассматривается вопрос «что такое 5G» в отношении IIoT?
- Часть вторая развеет несколько мифов о 5G и LPWAN
- В третьей части будет идти речь о том, какие новые возможности, архитектуры и приложения позволят использовать технологии 5G и LPWAN.
В 2019 году технология 5G поднялась на вершину новейших технологий в Gartner Hype Cycle. Это означает, что мы находимся на пике любопытства, волнения и растерянности в отношении того, что представляет собой эта технология, как она будет использоваться и когда она будет готова. В этой статье мы поможем уменьшить путаницу с сетями 5G и маломощными глобальными сетями (LPWAN).
В мире промышленного IoT 5G и ее известный конкурент LPWAN LoRaWAN будут ключевыми игроками в обеспечении и ускорении развертывания IoT.
Давайте начнем с 5G. 5G представляет пятое поколение сотовых технологий. Если вы немного запутались в новостях о 5G и о том, что он может делать, скорее всего, потому, что 5G предоставляет ряд различных возможностей, предназначенных для нескольких вариантов использования, которые станут доступны в разные моменты на протяжении жизненного цикла 5G.
Проще говоря, разделим 5G на три сегмента:
- 5G для большей скорости
- 5G для сверхнизкой задержки
- 5G и LPWAN для подключенных устройств с низким энергопотреблением и низкой скоростью
5G для скорости
Давайте начнем с самого простого для понимания варианта использования 5G - скорости. 5G обеспечивает в 10-100 раз сильную пропускную способность по сравнению с LTE четвертого поколения. По словам Fierce Wireless, который неустанно измеряет производительность операторов США, современные сети 4G LTE в США имеют фактическую среднюю пропускную способность, колеблющуюся в диапазоне 25 Мбит / с. С 5G теоретические скорости начинаются около 1 Гбит / с, с возможностью достигать 10 Гбит / с с помощью агрегации полос. Полевые результаты на рынках раннего развертывания уже опубликовали результаты от сотен Мбит / с до 1,2 Гбит / с.
Если мы думаем только о влиянии 5G на рынок сотовых телефонов, это не так уж и интересно. Более высокая скорость приятна, когда вы загружаете пять сезонов «Силиконовой долины». Но самая медленная часть вашего портативного устройства - это человеческий интерфейс - способность ваших глаз и ушей потреблять данные, или ваших пальцев или голоса для их воспроизведения. Этот вариант использования вряд ли требует гигабитных скоростей. Но если вместо этого мы рассмотрим такие вещи, как замена оптоволокна 5G, предоставляя гигабитные и дополнительные соединения с предприятиями, домами, системами видеонаблюдения, удаленными узлами, транспортными развязками, и все это с нулевой стоимостью проводки, вы можете представить, как будут появляться новые приложения, а также исчезать существующие.
5G для сверхнизкой задержки
Задержка представляет собой время между инициированием запроса данных и получением ответа. Текущее состояние задержки LTE в США составляет от 40 до 60 миллисекунд. Это достаточно быстро для интерфейса human-device для приложений, которые мы используем сегодня. Но 5G обещает снизить задержку до 1 миллисекунды. Этот уровень задержки открывает двери для новых вариантов использования в реальном времени. Игровому сообществу это понравится. Новые приложения появятся там, где в реальном времени необходимы человеческие связи. Хотите записать джем-сейшн в реальном времени между музыкантами в Нью-Йорке, Лос-Анджелесе и Чикаго? Теперь они смогут выступать вместе «вживую» онлайн, как если бы они все стояли вместе на одной сцене.
Но настоящая магия будет в приложениях управления машинами и движением, где все происходит быстрее, требуется точность, и многое может произойти за 50 миллисекунд. Рои дронов смогут общаться вместе в режиме реального времени. Высокоскоростное управление движением в автоматизации и производстве больше не будет привязано дорогостоящими в установке кабелями данных. Устранение задержки между нашим физическим и цифровым мирами позволит создавать новые приложения дополненной реальности, где мы сможем накладывать цифровую информацию на наш собственный опыт в режиме реального времени.
Однако, есть и некоторые предостережения касательно этого преимущества 5G. Вы получите эффект сверхнизкой задержки только в том случае, если вы обслуживаете 5G в высокочастотных полосах «миллиметрового диапазона» спектра 5G. Это частоты 24 ГГц и выше. Проблема заключается в том, что с ростом частоты дальность и способность преодолевать препятствия снижаются. Итак, если вы планируете построить высокотехнологичную фабрику 5G, вам нужно будет работать с вашим оператором, чтобы установить комплект антенн 5G миллиметрового диапазона на вашем предприятии. Если вы находитесь в густонаселенном городе, крупные операторы, вероятно, будут вкладывать средства в развертывание миллиметрового диапазона. Если вы находитесь в сельской местности с низкой плотностью населения, вы вряд ли получите возможность наслаждаться низким уровнем задержки.
Много написано о том, как 5G будет включать автономные транспортные средства. Это может быть правдой, но я могу забегать наперед. Низкая задержка, безусловно, имеет решающее значение для высокоскоростного управления движением. Если вы знаете свою задержку и скорость, вы можете легко рассчитать буферную зону или предел погрешности, необходимые для обеспечения положительного результата. Но более важным, чем задержка, является другое понятие, называемое «детерминизмом». Если задержка может составлять 1, 5 или 10 мс, трудно воспользоваться чем-то большим, чем самый худший случай задержки системы. Наилучшие приложения для преимуществ сверхнизкой задержки 5G будут в приложениях с фиксированной площадкой, где может быть гарантирована сетевая инфраструктура миллиметрового диапазона.
5G и LPWAN для устройств с низкими энергопотреблением и скоростью
Если вы слышали о LTE категории M1 и узкополосном IoT (NB-IoT), они тоже являются частью семейства 5G. По иронии судьбы, Cat M1 и NB-IoT совсем не о скорости. Напротив, речь идет о замедлении связи для увеличения дальности и снижения энергопотребления. Этот набор технологий 5G позволяет нам интегрировать беспроводную связь в небольшие устройства со сверхнизким энергопотреблением. Эти устройства могут работать от батареи или даже от технологий сбора енергии. Датчики на дорогах, в мостах и полях являются для нас возможностью соединять наши физические и цифровые миры.
5G категории M1 и NB-IoT - не единственные технологии, предназначенные для подключения датчиков малой мощности. Конкурирующая технология LoRaWAN использует нелицензионный спектр для того же приложения. LoRaWAN использует нелицензированные низкочастотные диапазоны (915 МГц в Северной Америке) и передовые беспроводные технологии для достижения хорошего диапазона и связи с низким энергопотреблением для очень низкоскоростных устройств. LoRaWAN, 5G категории M1 и NB-IoT будут конкурировать за многие из тех же беспроводных датчиков с низким энергопотреблением.
5G и LPWAN будут внедрять технологии дальнейшего роста IIoT, что повлечет постоянный рост их использования. Некоторые из его преимуществ придут раньше, чем другие. Категории M1, NB-IoT и LoRaWAN готовы к рынку сегодня. Некоторые функции будут внедряться на разных рынках и с разной скоростью. И все же другим потребуются годы, чтобы понять, что сейчас самое время начать представлять и оценивать, как и когда эти технологии повлияют на ваши продукты, услуги и операции.