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发布日期: 2020年12月15日

专用的5G网络助力互联工业

第四次工业革命(又称工业4.0)——包括从5G到物联网(IoT)、人工智能(AI)、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)和区块链等现代的智能技术,有望加快各种可能的转型和自动化。但是,如果没有满足以下三大要求的网络连接基础设施,这场革命就无法从希望变成现实,并随之带来实实在在的商业效益:

  • 大规模(全球性)的连接,支持无缝移动
  • 工业级服务质量(QoS)
  • 空前的运营和维护(O&M)自动化

5G专用无线网络,也被称为非公共网络(NPN),适合支持许多不同工业部门的企业需求。5G与前几代移动网络的主要区别之一是,它非常侧重于大规模机器类通信(mMTC)和物联网(IoT)。这些技术有望在机器、人和物体之间实现强大的连接,这种连接通常被称为人机界面(HMI)。

5G网络部署模式

在部署专用无线网络时,需要考虑很多因素,包括频率的选择、网络的所有者和运营商、器件的可用性、经济可行性等。根据具体的运营、连接和移动要求,企业可以灵活选择以下两种5G网络部署模式:

  • 独立组网:将5G专用无线网络部署为一个完全隔离的网络。所有网络功能都位于企业驻地内(如图1所示)。
    Figure 1. Standalone 5G deployment model.
    图1:独立组网的5G部署模式。
  • 与公共网络结合:将5G专用网络和公共无线网络结合起来部署。这种模式的三种不同配置包括无线接入网共享、RAN共享和控制面共享,完全由移动公网运营商(又称公共MNO)托管(如图2所示)。
    Figure 2. 5G model combining both 5G private and public wireless networks.
    图2:将5G专用网络和公共无线网络相结合的5G部署模式。

此外,如图3所示,企业可以灵活地在其内部以下各个网络域之间部署5G连接:

  • 运营技术(OT)生产域,如包括机器人、传感器等的生产车间
  • 信息技术(IT)企业域,如语音/视频/数据系统、WAN等
  • 公共网络域,如PLMN、互联网等

Figure 3. Options for deploying 5G connectivity across the enterprise.

        图3:在整个企业内部署5G连接的方案。

网络切片的作用

可以通过部署网络切片功能来实现私有网络,以及由移动公网运营商托管的公共网络。网络切片是5G技术的一个关键特征。通过它,移动公网运营商可以提供定制的网络,使企业能够不同程度地隔离各种类型的服务流量以及与这些服务相关联的网络功能。

一个网络切片可以通过一个或多个供应商的设备提供完备的网络功能,包括无线接入网、传输网和核心网功能。单个网络可以支持一个或多个网络切片。网络切片将促进和加快在移动运营商和企业之间形成新的业务关系和业务模式。然而,与任何新技术一样,它会给相关各方带来新的挑战。

严格的QoS和实时的O&M自动化要求

部署5G专用无线网络的企业将面临严格的QoS和实时的O&M自动化要求。

需要严格的QoS要求是因为OT域对管理危险环境、保证人员安全和健康、支持遥控操作等有独特的要求。例如,像运动控制和移动机器人这样的生产制造用例需要1 ms(或更少)的超低延迟和高达99.999999%的高可用性。

必须对专用网络进行测试和监测,以满足不同类型流量的严格SLA和低延迟(传输时间)QoS要求。这包括多种流量行为——从确定性流量到不确定性和突发流量,从周期消息到非周期消息,以及从小数据量到大数据量。

前所未有的实时O&M自动化对企业也同样至关重要。其目标是在可行的情况下实现自动化,以便能够在没有人工干预或人工干预很少的情况下运营网络。这不仅可以降低运营成本,还可以防止发生紧急情况,减少停机时间,提高生产率等。O&M自动化包括故障、配置、计费、性能和安全管理(FCAPS)活动。

实时的服务保障数据输入对于进行O&M自动化以及在企业网络中实现闭环控制或自动化至关重要。通过收集服务保障数据,包括来自传感器、执行器和其它网络设备的数据,可以实现360度的态势感知,帮助企业了解、甚至预测异常情况会如何影响自己的网络,并迅速解决问题。这方面的例子包括可穿戴设备和防护设备的安全监测、通过视频传输帮助工人远离危险环境,以及通过预测性维护减少停机时间。

5G企业专用网络将迎来更多发展

在这篇博客中,我介绍了助力互联工业的5G无线网络,并讨论了连接性、QoS和自动化,以及测试、监测和保障的重要性。在后续博客中,我将分享对于QoS功能要求、数据流量特征、可靠性参数(如可用性)、虚拟化和容器化(云原生)部署的挑战等问题的更多看法。此外,我还将讨论在企业专用无线网络中支持实时保障,从而实现运维自动化的重要性。

 

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