Trasformazione digitale attraverso 5G standalone (SA)

La collaborazione tra Rockwell Automation e Nokia è fondamentale per la trasformazione digitale delle reti industriali attraverso il wireless privato. Insieme, miglioriamo la connettività industriale, l'efficienza operativa e aumentiamo la personalizzazione e la sicurezza delle reti. La combinazione delle soluzioni di automazione industriale di Rockwell Automation e delle tecnologie wireless di Nokia supporta tecnologie emergenti come Industrial Internet of Things (IIoT), realtà aumentata (AR) e intelligenza artificiale (AI). Queste capacità sono fondamentali per le industrie che cercano di innovare e rimanere competitive.

Un aspetto fondamentale su cui si stanno concentrando Nokia e Rockwell Automation è l'uso di spettro con licenza o leggermente con licenza come fattore abilitante per le prestazioni e la robustezza delle reti cellulari private. Negli Stati Uniti, il Citizens Broadband Radio Service (CBRS) fornisce 150 MHz di spettro leggermente con licenza per l'uso con reti LTE e 5G private. Questo spettro può essere richiesto in incrementi di 10 MHz e utilizzato gratuitamente. Inoltre, è possibile acquistare l'accesso garantito fino a 20 MHz di spettro tramite le Priority Access Licenses (PAL). Il 5G privato è convalidato e pronto per l'uso industriale oggi, con un numero crescente di clienti che si fida del 5G. Di conseguenza, l'adozione del 5G standalone (SA) e del CBRS è un argomento più attuale che mai.

Nokia e Rockwell Automation hanno collaborato per valutare le reti 5G SA private che utilizzano lo spettro CBRS per il controllo industriale in tempo reale con i protocolli EtherNet/IP™. Questa collaborazione tecnologica migliora la connettività industriale, sfruttando le robuste tecnologie 4G LTE e 5G di Nokia per ottimizzare le operazioni di produzione con una connettività affidabile e ad alta velocità. Poiché EtherNet/IP™ viene trasportato su TCP/IP, è possibile supportare più dispositivi di automazione dietro un unico router wireless, senza la necessità di tunneling speciale o di apparecchiature aggiuntive attualmente richieste per altri protocolli Ethernet industriali.

Integrando l'esperienza nell'automazione industriale di Rockwell Automation con l'esperienza nella tecnologia wireless di Nokia, la collaborazione migliora l'efficienza operativa attraverso una maggiore automazione, la raccolta e l'analisi di dati in tempo reale. Questa sinergia semplifica i processi, riduce i tempi di fermo e aumenta l'efficienza complessiva. Inoltre, la partnership tecnologica contribuisce a garantire un'infrastruttura di rete sicura e dedicata, fondamentale per le applicazioni industriali.

L'illustrazione sopra riportata è una rappresentazione semplificata del banco di prova utilizzato per i test collaborativi. Rappresenta un caso d'uso di un'applicazione industriale fissa senza cavi, costituita da:

• Un controllore di area con un controllore di sicurezza GuardLogix®
• Due aree distribuite con I/O standard e di sicurezza FLEX 5000®, che rappresentano skid, macchine o apparecchiature

(Nota: lo scopo del controllore di sicurezza in ogni area distribuita era solo quello di raccogliere i dati di telemetria del banco di prova).

È stata utilizzata una soluzione privata di Nokia, che comprendeva:

• Rete di accesso radio 5G (RAN), 3GPP Release 15, 5G SA e funzionante nella banda di spettro n48 (CBRS). Unità di base Nokia AirScale baseband unit (BBU), due unità radio AirScale AZQC (RU).
• Core 5G (5GC) funzionante nel server DAC on-premise Mission-Critical Industrial Edge (MXIE)
• Due router industriali 5G SA FRRO501c (in gergo cellulare, user equipment o UE)

I test sono stati eseguiti secondo un piano di test ben definito fornito da Rockwell Automation con rigorosi criteri di successo, ovvero zero errori di connessione in un periodo di prova limitato a 3 ore. Il piano di test includeva una serie di casi di test per stabilire connessioni I/O affidabili EtherNet/IP standard e di sicurezza (CIP Safety™) dal controllore di area GuardLogix® a sinistra, con varie impostazioni di intervallo di pacchetto richiesto (RPI), sul core e sulla RAN 5G fino all'I/O standard e di sicurezza FLEX 5000 nelle aree 1 e 2 a destra. L'RPI è il periodo in cui il controllore e i moduli I/O distribuiti scambiano dati.

Il test ha dimostrato con successo che lo stato attuale del 5G industriale (3GPP release-15, SA, on-premise, spettro CBRS) ha una latenza e un jitter sufficientemente bassi per supportare le impostazioni RPI migliori rispetto alle impostazioni predefinite di Rockwell Automation per le connessioni EtherNet/IP standard e I/O di sicurezza. Queste impostazioni RPI supporteranno molte applicazioni di asset industriali fissi senza cavi (skid, macchine o apparecchiature) che utilizzano comunicazioni EtherNet/IP standard e I/O di sicurezza. È importante sottolineare che, a parte l'assegnazione tipica degli indirizzi IP e la configurazione della rete, non è stata necessaria alcuna messa a punto o configurazione speciale sulle apparecchiature Nokia; tutto ha funzionato “out of the box”.

L'utilizzo dello spettro CBRS contribuisce a garantire il funzionamento senza interferenze delle apparecchiature di automazione critiche, mantenendo prestazioni ininterrotte. Una rete privata con hardware in sede mantiene i dati in sede, riducendo al minimo la latenza e migliorando la privacy e la sicurezza. Inoltre, la rete cellulare privata utilizza schede SIM, semplificando la gestione dei dispositivi sulla rete.

Le reti 5G Standalone (SA) funzionano senza una rete LTE preesistente, riducendo i costi e la complessità e garantendo connessioni più veloci. Di conseguenza, l'utilizzo del 5G per tutto il traffico sulla rete (controllo più dati utente) riduce notevolmente i tempi di connessione iniziale e di handover. Per i casi d'uso che richiedono sia il 5G che l'LTE, l'LTE può essere integrato con le reti 5G SA.

I principali casi d'uso per il 5G privato SA includono:

• Connettività edge-to-cloud: la connettività 5G a bassa latenza e ad alta velocità consente la trasmissione di dati in tempo reale e una copertura affidabile per applicazioni di AI e ML.
• Applicazioni per lavoratori connessi: l'eccellente copertura e la larghezza di banda del 5G migliorano strumenti mobili come analytics, digital twin e realtà aumentata.
• Applicazioni per asset mobili: i tempi di handover rapidi e la bassa latenza del 5G SA migliorano la connettività per veicoli a guida automatica (AGV) e robot mobili autonomi (AMR).
• Asset industriali fissi senza cavi: il 5G riduce la necessità di comunicazioni cablate, aumentando l'agilità e riducendo i tempi di riconfigurazione per le operazioni industriali.

Al di fuori degli Stati Uniti, le reti wireless private industriali utilizzano spesso spettro con licenza. Le prestazioni osservate con il CBRS sono coerenti con i risultati ottenuti utilizzando altre bande sub-6 GHz con licenza, come avviene in altri paesi, rendendo questi risultati applicabili a livello globale.

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