5G 精確計(jì)時(shí)如何改變我們的自動(dòng)化世界

　　當(dāng)你聽(tīng)到“自動(dòng)化”這個(gè)詞時(shí)會(huì)想到什么? 你們中的一些人可能會(huì)立即想象一排機(jī)械臂沿著裝配線用于制造汽車(chē)。 其他人可能會(huì)想到自動(dòng)駕駛汽車(chē)本身，甚至是當(dāng)您將卡插入 ATM 時(shí)在金融機(jī)構(gòu)發(fā)生的一系列電子交易。

　　5G 網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化系統(tǒng)

　　今天，自動(dòng)化無(wú)處不在。我們生活在一個(gè)更基本的過(guò)程比以往任何時(shí)候都更少依賴(lài)人工輸入的世界。隨著自動(dòng)化幾乎涵蓋所有已知的工業(yè)部門(mén)，我們看到機(jī)器決策和行動(dòng)在娛樂(lè)、交通、制造、公共安全、農(nóng)業(yè)、自然資源勘探等眾多領(lǐng)域的影響。

　　在 5G 網(wǎng)絡(luò)部署的最初幾年，人們非常關(guān)注 5G 網(wǎng)絡(luò)如何為消費(fèi)者服務(wù)。然而，企業(yè)和工業(yè)用例的新連接需求可能與消費(fèi)者用例的需求大不相同。數(shù)據(jù)速率和吞吐量可以作為互聯(lián)網(wǎng)瀏覽和視頻流等消費(fèi)者用例的主要基準(zhǔn)，但企業(yè)和工業(yè)部門(mén)的要求可以比這些簡(jiǎn)單的連接類(lèi)型更進(jìn)一步——更深入到更深層次的業(yè)務(wù)流程自動(dòng)化.幸運(yùn)的是，5G 專(zhuān)為這些新的更深層次的精度而設(shè)計(jì)。

　　在許多情況下，自動(dòng)化系統(tǒng)需要極其精確的時(shí)間來(lái)確保一致的操作。想想拍攝充滿(mǎn)爆炸和汽車(chē)追逐的大預(yù)算動(dòng)作序列所需的精細(xì)攝像機(jī)移動(dòng)，或縣監(jiān)獄中的自動(dòng)鎖定機(jī)制，或石油和天然氣行業(yè)現(xiàn)代鉆井平臺(tái)使用的精密鉆孔技術(shù)。所有聯(lián)鎖機(jī)制和數(shù)據(jù)供應(yīng)都必須非常快速地進(jìn)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(lèi)系統(tǒng)的精度要求可能接近一微秒 (1usec) 或更快。

　　在 5G 之前的網(wǎng)絡(luò)世界中，能夠以滿(mǎn)足其中一些新要求的方式交付數(shù)據(jù)一直具有挑戰(zhàn)性。然而，5G 旨在實(shí)現(xiàn)幫助各種企業(yè)和行業(yè)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的愿景。一般來(lái)說(shuō)，5G 已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，可以以峰值理論速度提供高達(dá) 10 Gb/秒的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)延遲低至 1 毫秒 (msec)，每平方公里多達(dá) 100 萬(wàn)臺(tái)設(shè)備 - 五個(gè) 9 (99.999 %)的正常運(yùn)行時(shí)間可靠性。然而，基于 5G 的精密計(jì)時(shí)系統(tǒng)可能會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)這些通用規(guī)范的界限。

　　在我們最新的白皮書(shū)“了解 5G 和時(shí)間關(guān)鍵型服務(wù)”中，5G Americas 探討了 5G 網(wǎng)絡(luò)中精確計(jì)時(shí)的未來(lái)機(jī)會(huì)，以及它們?nèi)绾伍_(kāi)始解決時(shí)間關(guān)鍵型服務(wù)的一些最具挑戰(zhàn)性的基本要求。與構(gòu)成眾多授時(shí)系統(tǒng)基礎(chǔ)的基于衛(wèi)星的精度相比，5G 網(wǎng)絡(luò)提供了獨(dú)特的能力：提供微秒級(jí)精度的室內(nèi)覆蓋和無(wú)線授時(shí)。

　　例如，在商業(yè)銀行業(yè)務(wù)中，資產(chǎn)交換和高頻交易通常需要 1 微秒到 1 毫秒的時(shí)間精度，具體取決于監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)和政府制定的其他因素。 對(duì)于某些精確計(jì)時(shí)解決方案(如全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS))，這些通常是極具挑戰(zhàn)性的用例，因?yàn)樗鼈兺ǔＪ鞘覂?nèi)部署。 使用小型蜂窩技術(shù)可以更成功地在室內(nèi)交付 5G 網(wǎng)絡(luò)。

　　另一個(gè)示例是具有多個(gè)需要彼此相位同步的發(fā)電機(jī)的電網(wǎng)應(yīng)用。 這需要在每個(gè)變電站進(jìn)行非常精確的計(jì)時(shí)。 雖然這些室外系統(tǒng)通常使用 GNSS，但 5G 網(wǎng)絡(luò)可能能夠提供可靠的備份解決方案，從而提高電網(wǎng)的彈性。

　　5G 和精確計(jì)時(shí)

　　精密計(jì)時(shí)的一個(gè)巨大領(lǐng)域涉及制造。現(xiàn)代工廠操作多種類(lèi)型的機(jī)器，這些機(jī)器需要與工廠系統(tǒng)的其他部分完全協(xié)調(diào)工作——現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)必須考慮到大量遺留機(jī)器和系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)互操作。從歷史上看，精確計(jì)時(shí)系統(tǒng)一直依賴(lài) GNSS 和其他系統(tǒng)來(lái)提供所需的計(jì)時(shí)精度，但是已經(jīng)開(kāi)發(fā)了具有不同精度的不同計(jì)時(shí)協(xié)議和來(lái)源。

　　此外，不同級(jí)別的定時(shí)精度也會(huì)影響系統(tǒng)中可以成功同步的用戶(hù)設(shè)備的數(shù)量。用戶(hù)特定的時(shí)鐘同步精度級(jí)別不僅將決定同步設(shè)備的數(shù)量，還決定服務(wù)區(qū)域和可以使用精確定時(shí)的場(chǎng)景類(lèi)型。正如您在下面看到的，時(shí)鐘的準(zhǔn)確性將影響系統(tǒng)完全同步其所有相關(guān)部分的能力。

　　鑒于所有這些復(fù)雜性，5G 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在正在得到增強(qiáng)，能夠解決許多新的垂直行業(yè)和工業(yè)任務(wù)關(guān)鍵型用例。從第三代合作伙伴項(xiàng)目 (3GPP) 第 16 版開(kāi)始并在第 17 版中進(jìn)一步增強(qiáng)，已經(jīng)創(chuàng)建了超可靠低延遲通信 (URLLC) 和時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)，以專(zhuān)門(mén)解決這些工業(yè)垂直用例需要。

　　尋找工業(yè)和自動(dòng)化解決方案的勢(shì)頭無(wú)處不在，因?yàn)殡姎夂碗娮庸こ處焻f(xié)會(huì)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (IEEE 802.1 TSN) 標(biāo)準(zhǔn)為工廠提供了一種潛在的融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以在延遲敏感的工業(yè)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)確定性和低延遲通信。由于能夠?yàn)橹悄芄�廠提供靈活的無(wú)線數(shù)據(jù)訪問(wèn)和全面連接，IEEE 802.1 TSN 看起來(lái)像是對(duì)精確時(shí)間協(xié)議 (PTP) 或其變體(例如需要有線以太網(wǎng)連接的 IEEE 802.1AS)的有吸引力的補(bǔ)充。

　　結(jié)論

　　總體而言，我們剛剛開(kāi)始利用 5G 網(wǎng)絡(luò)在精確計(jì)時(shí)和計(jì)時(shí)即服務(wù) (TaaS) 方面必須提供的功能。在接下來(lái)的幾年里，隨著業(yè)務(wù)需求的充實(shí)和基于 5G 的計(jì)時(shí)系統(tǒng)集成到流程中，我們可以看到許多新的大門(mén)隨著自動(dòng)化打開(kāi)。我們只是在一些偉大的事情的風(fēng)口浪尖上。讓我們看看未來(lái)會(huì)帶來(lái)什么。