5G 精確計時如何改變我們的自動化世界

　　當你聽到“自動化”這個詞時會想到什么? 你們中的一些人可能會立即想象一排機械臂沿著裝配線用于制造汽車。 其他人可能會想到自動駕駛汽車本身，甚至是當您將卡插入 ATM 時在金融機構發(fā)生的一系列電子交易。

　　5G 網絡和自動化系統

　　今天，自動化無處不在。我們生活在一個更基本的過程比以往任何時候都更少依賴人工輸入的世界。隨著自動化幾乎涵蓋所有已知的工業(yè)部門，我們看到機器決策和行動在娛樂、交通、制造、公共安全、農業(yè)、自然資源勘探等眾多領域的影響。

　　在 5G 網絡部署的最初幾年，人們非常關注 5G 網絡如何為消費者服務。然而，企業(yè)和工業(yè)用例的新連接需求可能與消費者用例的需求大不相同。數據速率和吞吐量可以作為互聯網瀏覽和視頻流等消費者用例的主要基準，但企業(yè)和工業(yè)部門的要求可以比這些簡單的連接類型更進一步——更深入到更深層次的業(yè)務流程自動化.幸運的是，5G 專為這些新的更深層次的精度而設計。

　　在許多情況下，自動化系統需要極其精確的時間來確保一致的操作。想想拍攝充滿爆炸和汽車追逐的大預算動作序列所需的精細攝像機移動，或縣監(jiān)獄中的自動鎖定機制，或石油和天然氣行業(yè)現代鉆井平臺使用的精密鉆孔技術。所有聯鎖機制和數據供應都必須非�？焖俚剡M行，必須同步，并且必須以極高的可靠性交付。在某些情況下，此類系統的精度要求可能接近一微秒 (1usec) 或更快。

　　在 5G 之前的網絡世界中，能夠以滿足其中一些新要求的方式交付數據一直具有挑戰(zhàn)性。然而，5G 旨在實現幫助各種企業(yè)和行業(yè)進行數字化轉型的愿景。一般來說，5G 已經標準化，可以以峰值理論速度提供高達 10 Gb/秒的數據，網絡延遲低至 1 毫秒 (msec)，每平方公里多達 100 萬臺設備 - 五個 9 (99.999 %)的正常運行時間可靠性。然而，基于 5G 的精密計時系統可能會進一步推動這些通用規(guī)范的界限。

　　在我們最新的白皮書“了解 5G 和時間關鍵型服務”中，5G Americas 探討了 5G 網絡中精確計時的未來機會，以及它們如何開始解決時間關鍵型服務的一些最具挑戰(zhàn)性的基本要求。與構成眾多授時系統基礎的基于衛(wèi)星的精度相比，5G 網絡提供了獨特的能力：提供微秒級精度的室內覆蓋和無線授時。

　　例如，在商業(yè)銀行業(yè)務中，資產交換和高頻交易通常需要 1 微秒到 1 毫秒的時間精度，具體取決于監(jiān)管標準和政府制定的其他因素。 對于某些精確計時解決方案(如全球導航衛(wèi)星系統 (GNSS))，這些通常是極具挑戰(zhàn)性的用例，因為它們通常是室內部署。 使用小型蜂窩技術可以更成功地在室內交付 5G 網絡。

　　另一個示例是具有多個需要彼此相位同步的發(fā)電機的電網應用。 這需要在每個變電站進行非常精確的計時。 雖然這些室外系統通常使用 GNSS，但 5G 網絡可能能夠提供可靠的備份解決方案，從而提高電網的彈性。

　　5G 和精確計時

　　精密計時的一個巨大領域涉及制造�，F代工廠操作多種類型的機器，這些機器需要與工廠系統的其他部分完全協調工作——現代網絡必須考慮到大量遺留機器和系統以實現互操作。從歷史上看，精確計時系統一直依賴 GNSS 和其他系統來提供所需的計時精度，但是已經開發(fā)了具有不同精度的不同計時協議和來源。

　　此外，不同級別的定時精度也會影響系統中可以成功同步的用戶設備的數量。用戶特定的時鐘同步精度級別不僅將決定同步設備的數量，還決定服務區(qū)域和可以使用精確定時的場景類型。正如您在下面看到的，時鐘的準確性將影響系統完全同步其所有相關部分的能力。

　　鑒于所有這些復雜性，5G 網絡現在正在得到增強，能夠解決許多新的垂直行業(yè)和工業(yè)任務關鍵型用例。從第三代合作伙伴項目 (3GPP) 第 16 版開始并在第 17 版中進一步增強，已經創(chuàng)建了超可靠低延遲通信 (URLLC) 和時間敏感網絡 (TSN) 標準中的技術，以專門解決這些工業(yè)垂直用例需要。

　　尋找工業(yè)和自動化解決方案的勢頭無處不在，因為電氣和電子工程師協會時間敏感網絡 (IEEE 802.1 TSN) 標準為工廠提供了一種潛在的融合網絡技術，以在延遲敏感的工業(yè)應用中實現確定性和低延遲通信。由于能夠為智能工廠提供靈活的無線數據訪問和全面連接，IEEE 802.1 TSN 看起來像是對精確時間協議 (PTP) 或其變體(例如需要有線以太網連接的 IEEE 802.1AS)的有吸引力的補充。

　　結論

　　總體而言，我們剛剛開始利用 5G 網絡在精確計時和計時即服務 (TaaS) 方面必須提供的功能。在接下來的幾年里，隨著業(yè)務需求的充實和基于 5G 的計時系統集成到流程中，我們可以看到許多新的大門隨著自動化打開。我們只是在一些偉大的事情的風口浪尖上。讓我們看看未來會帶來什么。