汽車PCB工業互聯網技術之5G URLLC
雖然工業互聯網并不止是有“網”,但“網絡連接”對于工業互聯網而言至關重要。
在工業互聯網的網絡連接中,工廠的廠內網絡將扮演非常重要的角色。
廠內網絡既有有線接入網,也有無線接入網。5G URLLC是后者的一種很被運營商看好的技術。
5G URLLC是5G的三大應用場景之一,URLLC即超高可靠與低時延通信。
可見,在全球移動通信業界的設想中,5G URLLC具備高可靠、低時延、極高的可用性等全新特性。
有了上述新的可謂“極致”的特性,5G URLLC被業界廣泛認為可以應用于工業控制、工廠自動化、智能電網、設備、車聯網通訊、遠程手術等場景。
2016年初,3GPP啟動了5G技術標準由的制定,其中,計劃到2019年底完成的R16版標準(5G第二階段標準),就包含5G URLLC系統的標準化。
5G URLLC的主要技術特點如下:
在時延和可靠性方面,相比之前的蜂窩移動通信技術,5G URLLC有了極大程度的提升。
5G URLLC技術,實現了基站與終端間,上下行均為0.5毫秒的用戶面時延。
該時延是指:成功傳送應用層IP數據包/消息所花費的時間,具體是從發送方5G無線協議層入口點,經由5G無線傳輸,到接收方5G無線協議層出口點的時間。
其中,時延來自于上行鏈路和下行鏈路兩個方向,5G URLLC實現低時延的主要技術包括:
① 引入更小的時間資源單位,如mini-slot;
② 上行接入采用免調度許可的機制,終端可直接接入信道;
③ 支持異步過程,以節省上行時間同步開銷;
④ 采用快速自動請求重傳(HARQ)和快速動態調度等。
目前,5G URLLC的可靠性指標為:用戶面時延1ms內,一次傳送 32字節包的可靠性為99.999%。
據悉,在5G標準最終制定完成時,上述的可靠性指標有望從5個9實現進一步的提升。
此外,如果時延允許,5G URLLC還可以采用重傳機制,進一步提高成功率。
在提升系統的可靠性能方面,5G URLLC采用的技術包括:
① 采用更魯棒的多天線發射分集機制;
② 采用魯棒性強的編碼和調制階數(MCS選擇),以降低誤碼率;
③ 采用超級魯棒性信道狀態估計。
此外,5G URLLC還支持基于IEEE 1588 v2的同步技術。
在“運動控制場”景下,5G URLLC可以在由50個到100個設備所組成的通信組中,通過無線接口實現亞微秒級別的高精度時間同步。
那么,汽車PCB廠告訴你,有了上述主要的、優秀的技術特點,5G URLLC將具備在哪些適用場景得到應用的潛力?
自從3GPP對5G技術進行標準化的一開始,西門子、博世等工業企業就積極參與其中,提出了從運動控制、控制設備互聯、移動的生產設備、增強現實等5G技術在工廠生產區內部的諸多應用場景以及相應的需求。
從以前到現在,工廠的生產線是相對穩定、長期不變的,因此,工廠廠區內對無線網絡的需求不強烈,或者對于無線網絡在帶寬、時延、可靠程度的需求的指標較低。
但是,在未來的“智能工廠”甚至“智慧工廠”中,情況可能會發生重大變化。未來工廠所需要的靈活性、移動性和多用途適用性,只有諸如5G URLLC這樣的無線連接才能同時提供。
一是5G URLLC使能工廠生產的“柔性化”:
在“制造自動化”的控制系統中,典型的閉環控制過程周期低至毫秒級別,同時對可靠性也有極高的要求。
在未來的“智能工廠”甚至“智慧工廠”中,靜態的按既定工序/流程的工業制造系統,將會越來越多地被新型的“模塊化”生產系統取代,從而提供更高的靈活性和多用途適應性。
5G URLLC技術在滿足高可靠、低時延需求的基礎上,將帶來生產設備無線連接的靈活性,使得工廠生產系統的“模塊化”以及“柔性制造”成為可能,有望極大程度地降低生產線重組的時間開銷及成本。
二是5G URLLC使能工廠的工業增強現實及遠程控制:
比如,采用增強現實技術,對生產任務進行分步指引,指導工廠工作人員現場手動裝配過程,可以快速滿足新生產任務的需求。
又如,在惡劣的工作環境下,可以基于增強現實應用實現人機遠程交互與控制,用工業機器人代替人的現場參與。
5G URLLC的低時延、高可靠、高速率特性,具備使得上述應用成為現實的潛力。
三是5G URLLC使能工廠在生產設備、移動機器人、AGV等之間實現“無縫”協作:
在未來的“智能工廠”甚至“智慧工廠”中,移動機器人、AGV起到日益重要的作用。
在具體的生產過程中,要求這些智能設備間實現“密切協同”以及“無碰撞作業”,需要以無線方式,低時延、高可靠的進行實時數據交換,以大幅提升制造業效率。
這些設備間的精密協作的實現,5G URLLC技術或將扮演至關重要的角色。
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