Transformation numérique grâce à la 5G autonome (SA)

La collaboration entre Rockwell Automation et Nokia est essentielle pour la transformation numérique des réseaux industriels via le sans fil privé. Ensemble, nous améliorons la connectivité industrielle, l'efficacité opérationnelle, ainsi que la personnalisation et la sécurité des réseaux. L'association des solutions d'automatisation industrielle de Rockwell Automation et des technologies sans fil de Nokia prend en charge les technologies émergentes telles que l'Internet industriel des objets (IIoT), la réalité augmentée (RA) et l'intelligence artificielle (IA). Ces capacités sont vitales pour les industries qui souhaitent innover et rester compétitives.

L'un des axes actuels majeurs de Nokia et Rockwell Automation est l'utilisation du spectre sous licence ou à licence légère comme catalyseur des performances et de la robustesse des réseaux cellulaires privés. Aux États-Unis, le Citizens Broadband Radio Service (CBRS) fournit 150 MHz de spectre à licence légère pour une utilisation avec les réseaux LTE et 5G privés. Ce spectre peut être demandé par incréments de 10 MHz et utilisé gratuitement. De plus, un accès garanti à un spectre allant jusqu'à 20 MHz peut être acheté via des licences d'accès prioritaire (PAL). La 5G privée est validée et prête pour une utilisation industrielle aujourd'hui, avec un nombre croissant de clients qui font confiance à la 5G. Par conséquent, l'adoption de la 5G autonome (SA) et du CBRS est un sujet plus brûlant que jamais.

Nokia et Rockwell Automation se sont associés pour évaluer les réseaux 5G SA privés utilisant le spectre CBRS pour la commande industrielle en temps réel avec les protocoles EtherNet,IP™. Ce partenariat technologique améliore la connectivité industrielle, en tirant parti des technologies 4G LTE et 5G robustes de Nokia pour optimiser les opérations de fabrication avec une connectivité fiable et à haute vitesse. Étant donné que EtherNet,IP™ est transporté sur TCP/IP, plusieurs dispositifs d'automatisation peuvent être pris en charge derrière un seul routeur sans fil, sans aucun des tunnels spéciaux ou équipements supplémentaires actuellement requis pour d'autres protocoles Ethernet industriels.

En intégrant l'expertise en automatisation industrielle de Rockwell Automation à l'expertise en technologie sans fil de Nokia, la collaboration améliore l'efficacité opérationnelle grâce à une automatisation accrue, à la collecte de donnée temps réel et à l'analyse. Cette synergie rationalise les processus, réduit les temps d'arrêt et augmente l'efficacité globale. De plus, le partenariat technologique contribue à garantir une infrastructure réseau sécurisée et dédiée, cruciale pour les applications industrielles.

L'illustration ci-dessus est une représentation simplifiée du banc d'essai utilisé pour les tests collaboratifs. Elle représente un cas d'utilisation d'application d'actif industriel stationnaire sans fil, composé de :

• Un automate de zone avec un automate de sécurité GuardLogix®
• Deux zones distribuées avec des E/S standard et de sécurité FLEX 5000®, représentant des skids, des machines ou des équipements

(Remarque : l'objectif de l'automate de sécurité dans chaque zone distribuée était uniquement de collecter les données de télémétrie du banc d'essai).

Une solution privée Nokia a été utilisée, comprenant :

• Réseau d'accès radio 5G (RAN), 3GPP Release 15, 5G SA et fonctionnement dans la bande spectrale n48 (CBRS). Unité de traitement de base AirScale de Nokia, deux unités radio AirScale AZQC (RUs).
• Cœur 5G (5GC) fonctionnant dans le serveur MXIE (Mission-Critical Industrial Edge) DAC sur site
• Deux routeurs industriels 5G SA FRRO501c (en termes cellulaires, équipement utilisateur ou UE)

Les tests ont été réalisés selon un plan de test bien établi fourni par Rockwell Automation avec des critères de réussite stricts, à savoir zéro défaut de connexion sur une période de test limitée à 3 h. Le plan de test comprenait une série de scénarios de test pour établir des connexions d'E/S standard et de sécurité (CIP Safety™) EtherNet,IP™ fiables à partir de l'automate GuardLogix® sur la gauche, avec divers réglages d'intervalle de paquets requis (RPI), sur le cœur et le RAN 5G vers les E/S standard et de sécurité FLEX 5000 dans les zones 1 et 2 à droite. Le RPI est la période à laquelle l'automate et les modules d'E/S distribuées échangent des données.

Le test a démontré avec succès que l'état actuel de la 5G industrielle (3GPP release-15, SA, sur site, spectre CBRS) présente une latence et une gigue suffisamment faibles pour prendre en charge des réglages RPI meilleurs que les réglages par défaut de Rockwell Automation pour les connexions EtherNet,IP™ standard et E/S de sécurité. Ces réglages RPI prendront en charge de nombreuses applications d'actifs industriels stationnaires sans fil (skids, machines ou équipements) qui utilisent les communications EtherNet,IP™ standard et E/S de sécurité. Il est important de noter qu'en dehors de l'attribution d'adresse IP typique et de la configuration du réseau, aucun réglage ou configuration spéciale n'était nécessaire sur l'équipement Nokia : tout fonctionnait « tel quel ».

L'utilisation du spectre CBRS permet d'assurer un fonctionnement sans interférences pour les équipements d'automatisation critiques, en maintenant des performances ininterrompues. Un réseau privé avec du matériel sur site conserve les données sur place, minimisant la latence et améliorant la confidentialité et la sécurité. De plus, le réseau cellulaire privé utilise des cartes SIM, ce qui simplifie la gestion des dispositifs sur votre réseau.

Les réseaux 5G autonomes (SA) fonctionnent sans réseau LTE existant, ce qui réduit les coûts et la complexité tout en fournissant des connexions plus rapides. Par conséquent, l'utilisation de la 5G pour tout le trafic réseau (données de contrôle et utilisateur) réduit considérablement les temps de connexion et de transfert initiaux. Pour les cas d'utilisation nécessitant à la fois la 5G et la LTE, la LTE peut être intégrée aux réseaux 5G SA.

Les cas d'utilisation clés de la 5G SA privée incluent :

• Connectivité de la périphérie au cloud : la connectivité 5G à faible latence et à haute vitesse permet la transmission de donnée temps réel et une couverture fiable pour les applications d'IA et d'apprentissage automatique.
• Applications pour travailleurs connectés : la couverture et la bande passante excellentes de la 5G améliorent les outils mobiles tels que l'analyse, les jumeaux numériques et la réalité augmentée.
• Applications pour actifs mobiles : les temps de transfert rapides et la faible latence de la 5G SA améliorent la connectivité pour les véhicules à guidage automatique (AGV) et les robots mobiles autonomes (AMR).
• Actifs industriels stationnaires sans fil : la 5G réduit le besoin de communications câblées, augmentant l'agilité et réduisant le temps de rééquipement pour les opérations industrielles.

En dehors des États-Unis, les réseaux sans fil privés industriels utilisent souvent des spectres sous licence. Les performances observées avec CBRS sont cohérentes avec les résultats obtenus avec d'autres bandes sous licence inférieures à 6 GHz utilisées dans d'autres pays, ce qui rend ces conclusions applicables à l'échelle mondiale.

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