5G LAN的“一小步”,工业互联网IT/OT融合的“一大步”
作者 | 物联网智库2022-11-03

近日,R16标准进一步支持5G LAN的功能引入,打开了工业IT与OT的融合通路,令5G+工业互联网向低成本、易部署迈进,加速5G规模化普及。

智次方

2020年7月3日,国际标准组织3GPP官宣了5G R16标准的冻结,对超可靠低时延通信(URLLC)做了全球统一的标准支持,将端到端的时延压缩至5毫秒以下,同时还定义了5G LAN这一推动5G向垂直行业扩展的重要加速剂,一举拉开了“工业5G时代”的大幕。

顺势而动,5G的易部署、低时延、高可靠、大带宽、广连接特性,可以逐一击破传统制造业转型所遇到的布线繁琐、通信环境复杂易造成干扰、对时延与稳定性更加敏感等痛点。反之,工厂里遍布的产线、设备与机器在智能化升级后所产生的海量数据也为5G行业应用提供了优渥的成长环境。

然而,5G在工业制造领域大刀阔斧地进行改革之初,也面临着高成本、难上量的挑战,直至R16标准进一步支持5G LAN的功能引入,才打开了工业IT与OT的融合通路,令5G+工业互联网向低成本、易部署迈进,加速5G规模化普及。

“一劳永逸”,5G LAN的神奇魔法

在5G的“春风”尚未吹向产业应用之际,工厂的网联化、数字化转型大多依赖“有线+WiFi”的组合来为终端设备提供通信保障,而其局限性也显而易见——一方面是工厂环境复杂,有线网络路由难规划、部署成本高,而且易造成线缆过多、混乱;另一方面是WiFi网络抗干扰性与移动性差,同时基于WiFi的网络环境也不具备边缘能力,无法承担部署在边缘节点的潜在故障分析、数据快速回传等工作。

5G LAN的“一小步”,工业互联网IT/OT融合的“一大步”

具体来看,依靠有线网络连接的工厂内,每个工作台或每一条产线上的通信网络信号都是提前根据终端类型、数量进行了合理分配,以确保带宽、传输速率等满足系统要求,这也就意味着,无论是产线亦或单一操作台都很难根据生产需求进行灵活调整、配置,这显然无法适应市场的柔性生产发展趋势。

而5G则像是一把锋利的剪刀,成功为工业制造完成了“剪辫子”的转变。

但在R15时期,5G网络依靠IP寻址的三层协议,不直接支撑二层协议,而5G行业终端也仅支持三层IP网络接入,需要通过引入AR路由器来配置虚拟二层网络,才能实现工业设备的5G无线接入,不仅组网复杂,同时配置VPN隧道、改造成本较高,导致5G应用难以在工业场景中规模化复制。

正因如此,彼时的5G CPE等设备的部署与应用均停留在边缘辅助的应用场景中,并没有真正进入工业控制领域,也就是人们常说的限制在了IT网络层,并未与OT融合,这也导致部署5G网络并不是工厂的刚需,进而影响5G终端的规模上量与成本下探,如此往复便形成恶性循环。

而在进入R16时期后,基于5G终端接入能力和5G网络提供的私有移动LAN服务——5G LAN,一举打通了工业IT与OT融合的“任督二脉”,不需要新增AR路由器等隧道设备,使5G直接进入到工厂内网,同时支持用户移动性、细分子网,以及基于子网的管理能力,实现极简网络和灵活的配置,跟工业网络之间形成融合。

具体而言,5G LAN通过为企业的终端建 “群”,并绕经业务服务器,为群内终端提供终端互通或终端隔离等灵活的通信服务。LAN内可以支持基于IP 或Ethernet的点对点、点对多点的通信模式。

在10月27日举行的“5G LAN赋能工业互联网IT/OT深度融合”主题直播上,移远通信产品经理胡勇华直言,5G LAN是实现IT与OT融合的基础技术保障。

以工厂天车控制为例,在使用5G LAN后,无需AR路由器在中间进行报文转换,即可通过5G核心网UPF将控制平台的指令下发至基站,进而传输至CPE设备,再反应给PLC进行天车动作的控制,在此过程中,整个传输通道都是按照PLC工业控制的二层报文协议在进行转发,不要进行繁杂的传输隧道配置,实现了控制室与远端生产现场的互联互通。

5G LAN商用引爆5G工业互联网热潮

总结来看,在网络部署阶段,一方面,5G LAN实现了运营商网络与工厂内网的解耦,显著节约5G工业互联网建网成本;另一方面,5G LAN支持5G原生二层组网,可保持企业原有组网不变,大幅降低工业产线5G化改造难度。在实际应用场景中,5G LAN可以保持企业IP自主分配,减免隧道设备配置,实现了设备即插即用。在通信能力方面,5G LAN可以实现局部最优通信、本地交换时延最优、网络负荷最优,进一步降低工业互联网端到端时延。

正如移远通信产品经理胡勇华所言,5G引入局域网能力是后续构建移动工业互联网的基础要求,5G LAN无需增加AR路由器来完成层二到层三的转换,无需运营商网络配置隧道,实现了运营商网络与企业网络解耦,以5G LAN一张工业互联网简化了网络架构、节约了部署成本。

5G LAN的“一小步”,工业互联网IT/OT融合的“一大步”

而作为全球领先的物联网整体解决方案供应商,移远通信也率先布局5G LAN,多款基于紫光展锐V516芯片平台开发的模组已实现商用,包括RG500U、RG200U、RM500U等LGA、M.2、Mini PCIe封装模组。在V516多项5G R16关键技术的加持下,除了5G LAN,移远5G模组还支持CAG、网络切片、uRLLC等特性,可靠性达99.99%,并支持毫秒级空口时延以及精度达1us的5G网络高精度授时,可满足智能电网差动保护、工业制造高精度机器协作、仓储物流多车协同以及工业局域网等诸多行业应用的需求。

5G LAN的“一小步”,工业互联网IT/OT融合的“一大步”

其中,基于移远5G LAN模组,浙江宁波某企业聚焦汽车零部件制造领域,完成了全省首个5G LAN工业互联网商用测试,对其精密压铸件制造工厂进行升级,构建了5G全连接工厂,打造了柔性编排工业现场网,实现下挂设备即插即用、动态产线调整等,使工厂产线调整效率提升70%,从7天压缩至2天;MES组网交付效率翻倍,从6个月缩减至3个月;年均可节约隧道配置维护工作约750人天

同时,在某汽车品牌的制造工厂内,移远帮助其将5G LAN能力融入汽车生产内网,为冲压车间和焊接车间的工业相机场景“剪辫子”,解决了Andon系统柔性化问题,减少产线调整的停线时间、提升生产效率,也可以延用原PLC、服务器组网规划和IP配置,实现网络即插即用,快速响应。

此外,像工厂遍布全球的某老牌制造企业,除了要求工厂使用效率高外,还要综合考虑产品交付周期、整体利润率等多个方面。而在其无锡分公司的“5G+开发系统自动化”柔性产线项目中,借助移远通信的5G LAN模组,工厂实现了更加快速的产线换线能力,跨品种的整线换型能够控制在10分钟以内,这也意味着工厂可以更加自如地应对小批量多品种的制造订单,随着产线柔性提升,1条5G柔性生产线在能力上可以代替3条传统U型线,同时还提高了产品交付能力、上市时间,将客户最小订单数量降低为1pcs。在内部资源利用方面,得益于5G LAN的灵活部署特性,占地面积约4000平方米的工厂能够支持上百个产品家族、10000+型号产品的生产,而这无疑也将极大地提升企业自身的利润率以及市场占有率。

更重要的是,在工业领域之外,5G LAN也在凭借其低成本、易部署、低时延等优势探索更多应用场景。目前,移远通信还参与到了某智慧楼宇项目中,从楼控自动化系统切入,实现了终端设备的互通联动。此外,移远通信还在规划配网线路5G差动保护试点项目,进一步拓展5G LAN的应用场景。

写在最后

此前,业界一致认为,5G标准演进分为两个阶段,第一阶段包括R15、R16和R17,第二阶段包括R18、R19和R20。今年6月,5G R17标准宣布冻结,这也意味着5G技术演进的第一阶段圆满结束。

如果将5G应用比喻为一片亟待探索的深海,每一次技术演进之下的关键特性都像是海面上的冰山,其所蕴藏的价值正在随着产业发展逐步推移、露出水面。而5G LAN作为R16标准定义的关键特性之一,其对于“5G工业时代”的颠覆性意义也在逐步量化,成为工厂降本增效的重要推力。而移远通信作为最早一批布局5G LAN的先行者,也将持续探索其在更多场景中的应用价值。


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2022-11-03