Transformación digital mediante 5G independiente (SA)

La colaboración entre Rockwell Automation y Nokia es fundamental para la transformación digital de las redes industriales mediante la tecnología inalámbrica privada. Juntos, mejoramos la conectividad industrial, la eficiencia operativa y la personalización y seguridad de las redes. La combinación de las soluciones de automatización industrial de Rockwell Automation y las tecnologías inalámbricas de Nokia respalda tecnologías emergentes como la Internet industrial de las cosas (IIoT), la realidad aumentada (AR) y la inteligencia artificial (AI). Estas capacidades son esenciales para las industrias que buscan innovar y mantenerse competitivas.

Un enfoque clave actual para Nokia y Rockwell Automation es el uso de espectro con licencia o con licencia ligera como habilitador del rendimiento y la robustez de las redes celulares privadas. En Estados Unidos, el Citizens Broadband Radio Service (CBRS) proporciona 150 MHz de espectro con licencia ligera para su uso con redes LTE y 5G privadas. Este espectro se puede solicitar en incrementos de 10 MHz y utilizar sin costo alguno. Además, se puede adquirir acceso garantizado a hasta 20 MHz de espectro mediante Priority Access Licenses (PAL). La 5G privada está validada y lista para uso industrial hoy en día, y un número cada vez mayor de clientes confía en 5G. Por lo tanto, la adopción de 5G independiente (SA) y CBRS es un tema más candente que nunca.

Nokia y Rockwell Automation se han unido para evaluar las redes 5G SA privadas que utilizan el espectro CBRS para el control industrial en tiempo real con protocolos EtherNet/IP™. Esta asociación tecnológica mejora la conectividad industrial, aprovechando las robustas tecnologías 4G LTE y 5G de Nokia para optimizar las operaciones de fabricación con conectividad confiable y de alta velocidad. Dado que EtherNet/IP™ se transporta a través de TCP/IP, se pueden admitir múltiples dispositivos de automatización detrás de un solo enrutador inalámbrico, sin ninguno de los túneles especiales o equipos adicionales que se requieren actualmente para otros protocolos Ethernet.

Al integrar la experiencia en automatización industrial de Rockwell Automation con la experiencia en tecnología inalámbrica de Nokia, la colaboración mejora la eficiencia operativa mediante una mayor automatización, la recopilación de dato en tiempo real y el análisis. Esta sinergia agiliza los procesos, reduce el tiempo improductivo y aumenta la eficiencia general. Además, la asociación tecnológica ayuda a garantizar una infraestructura de red segura y dedicada, crucial para las aplicaciones industriales.

La ilustración anterior es una representación simplificada del banco de pruebas que se utilizó para las pruebas de colaboración. Representa un caso de uso de aplicación de activos industriales estacionarios sin cables, que consta de:

• Un controlador de área con un controlador de seguridad GuardLogix®
• Dos áreas distribuidas con E/S estándar y de seguridad FLEX 5000®, que representan skids, máquinas o equipos

(Nota: el propósito del controlador de seguridad en cada área distribuida era recopilar únicamente los datos de telemetría del banco de pruebas).

Se utilizó una solución privada de Nokia, que constaba de:

• Red de acceso por radio (RAN) 5G, 3GPP Release 15, 5G SA y funcionamiento en la banda de espectro n48 (CBRS). Unidad de banda base Nokia AirScale, dos unidades de radio AirScale AZQC.
• Núcleo 5G (5GC) en funcionamiento en el servidor Mission-Critical Industrial Edge (MXIE) DAC en planta
• Dos routers industriales 5G SA FRRO501c (en la terminología celular, equipos de usuario o UEs)

Las pruebas se realizaron de acuerdo con un plan de pruebas bien establecido proporcionado por Rockwell Automation con criterios estrictos de éxito de cero fallos de conexión durante un período de prueba limitado de 3 h. El plan de pruebas incluyó una serie de casos de prueba para establecer conexiones de E/S estándar y de seguridad EtherNet/IP confiables (CIP Safety™) desde el controlador de área GuardLogix® a la izquierda, con varios ajustes de intervalo solicitado entre paquetes (RPI), a través del núcleo 5G y RAN hasta las E/S estándar y de seguridad FLEX 5000 en las áreas 1 y 2 a la derecha. El RPI es el período en el que el controlador y los módulos de E/S distribuidos intercambian dato en tiempo real.

La prueba demostró exitosamente que el estado actual de la 5G industrial (3GPP Release 15, SA, en planta, espectro CBRS) tiene una latencia y un jitter lo suficientemente bajos como para admitir ajustes de RPI mejores que los ajustes predeterminados de Rockwell Automation para conexiones de E/S estándar y de seguridad EtherNet/IP. Estos ajustes de RPI admitirán muchas aplicaciones de activos industriales estacionarios sin cables (skids, máquinas o equipos) que utilizan comunicaciones de E/S estándar y de seguridad EtherNet/IP. Es importante destacar que, aparte de la asignación típica de direcciones IP y la configuración de red, no se requirió ajuste ni configuración especial en el equipo de Nokia; todo funcionó “listo para usar”.

El uso del espectro CBRS ayuda a garantizar la operación sin interferencias para equipos críticos de automatización, manteniendo el rendimiento ininterrumpido. Una red privada con hardware en planta mantiene los datos en planta, minimizando la latencia y mejorando la privacidad y la seguridad. Además, la red celular privada utiliza tarjetas SIM, lo que simplifica la administración de dispositivos en su red.

Las redes 5G autónomas (SA) operan sin una red LTE heredada, lo que reduce costos y complejidad a la vez que proporciona conexiones más rápidas. Como resultado, el uso de 5G para todo el tráfico de la red (control más dato de usuario) reduce considerablemente los tiempos de conexión inicial y traspaso. Para los casos de uso que requieren tanto 5G como LTE, LTE se puede integrar con redes 5G SA.

Los casos clave de uso para 5G SA privada incluyen:

• Conectividad de extremo a nube: La conectividad de alta velocidad y baja latencia de 5G permite la transmisión de dato en tiempo real y cobertura confiable para aplicaciones de IA y ML.
• Aplicaciones para trabajadores conectados: La excelente cobertura y ancho de banda de 5G mejoran las herramientas móviles como analítica, gemelos digitales y RA.
• Aplicaciones para activos móviles: Los tiempos de traspaso rápidos y la baja latencia de 5G SA mejoran la conectividad para Vehículos Guiados Automatizados (AGV) y Robots Móviles Autónomos (AMR).
• Activos industriales estacionarios sin cables: 5G reduce la necesidad de comunicaciones cableadas, aumentando la agilidad y reduciendo el tiempo de reconfiguración de las operaciones industriales.

Fuera de EE.UU., las redes inalámbricas privadas industriales suelen utilizar espectro licenciado. El rendimiento observado con CBRS es coherente con los resultados utilizando otras bandas licenciadas sub-6 GHz como las que se emplean en otros países, haciendo que estos hallazgos sean aplicables a nivel mundial.

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