Transformação digital por meio do 5G autônomo (SA)

A colaboração entre a Rockwell Automation e a Nokia é fundamental para a transformação digital das redes industriais por meio de redes sem fio privadas. Juntos, aprimoramos a conectividade industrial, melhoramos a eficiência operacional e aumentamos a personalização e a segurança da rede. A combinação das soluções de automação industrial da Rockwell Automation e das tecnologias sem fio da Nokia suporta tecnologias emergentes, como Internet das coisas industrial (IIoT), realidade aumentada (AR) e inteligência artificial (IA). Esses recursos são vitais para indústrias que buscam inovar e se manter competitivas.

Um foco atual importante para a Nokia e a Rockwell Automation é o uso de espectro licenciado ou levemente licenciado como um facilitador para o desempenho e a robustez de redes celulares privadas. Nos Estados Unidos, o Citizens Broadband Radio Service (CBRS) fornece 150 MHz de espectro levemente licenciado para uso com redes privadas LTE e 5G. Esse espectro pode ser solicitado em incrementos de 10 MHz e usado sem custo. Além disso, o acesso garantido a até 20 MHz de espectro pode ser adquirido por meio de Priority Access Licenses (PALs). O 5G privado é validado e está pronto para uso industrial hoje, com um número crescente de clientes confiando no 5G. Consequentemente, a adoção do 5G autônomo (SA) e do CBRS é um tópico mais quente do que nunca.

A Nokia e a Rockwell Automation se uniram para avaliar redes privadas 5G SA usando espectro CBRS para controle industrial em tempo real com protocolos EtherNet/IP™. Essa parceria tecnológica aprimora a conectividade industrial, aproveitando as tecnologias robustas 4G LTE e 5G da Nokia para otimizar as operações de produção com conectividade confiável e de alta velocidade. Como o EtherNet/IP™ é transportado por TCP/IP, vários dispositivos de automação podem ser suportados por trás de um único roteador sem fio, sem nenhum dos túneis especiais ou equipamentos extras que são atualmente necessários para outros protocolos Ethernet industriais.

Ao integrar a experiência em automação industrial da Rockwell Automation com a experiência em tecnologia sem fio da Nokia, a colaboração melhora a eficiência operacional por meio de maior automação, coleta de dado em tempo real e análise. Essa sinergia simplifica os processos, reduz o tempo de parada não programada e aumenta a eficiência geral. Além disso, a parceria tecnológica ajuda a garantir uma infraestrutura de rede segura e dedicada, crucial para aplicações industriais.

A ilustração acima é uma representação simplificada do ambiente de teste que foi usado para o teste colaborativo. Ela representa um caso de uso de aplicação de ativo industrial estacionário sem cabos, consistindo em:

• Um controlador de área com um controlador de segurança GuardLogix®
• Duas áreas distribuídas com E/S padrão e de segurança FLEX 5000®, representando skids, máquinas ou equipamentos

(Observação: o objetivo do controlador de segurança em cada área distribuída era coletar apenas dados de telemetria do ambiente de teste).

Foi usada uma solução privada da Nokia, composta por:

• Rede de acesso de rádio (RAN) 5G, 3GPP Release 15, 5G SA e operando na banda de espectro n48 (CBRS). Unidade de banda base Nokia AirScale (BBU), duas unidades de rádio AirScale AZQC (RUs).
• Núcleo 5G (5GC) operando no servidor DAC no local Mission-Critical Industrial Edge (MXIE)
• Dois roteadores industriais 5G SA FRRO501c (em termos celulares, equipamento do usuário ou UEs)

Os testes foram realizados de acordo com um plano de teste bem estabelecido fornecido pela Rockwell Automation com critérios rigorosos de sucesso de zero falhas de conexão durante um período de teste limitado de 3 horas. O plano de teste incluiu uma série de casos de teste para estabelecer conexões de E/S padrão e de segurança EtherNet/IP (CIP Safety™) confiáveis a partir do controlador de área GuardLogix® à esquerda, com vários ajustes de intervalo do pacote requisitado (RPI), sobre o núcleo 5G e RAN para o padrão FLEX 5000 e E/S de segurança nas áreas 1 e 2 à direita. O RPI é o período em que o controlador e os módulos de E/S distribuída trocam dados.

O teste demonstrou com sucesso que o estado atual do 5G industrial (3GPP release-15, SA, no local, espectro CBRS) tem latência e jitter baixos o suficiente para suportar configurações de RPI melhores do que as configurações padrão da Rockwell Automation para conexões EtherNet/IP padrão e de E/S de segurança. Essas configurações de RPI suportarão muitas aplicações industriais estacionárias sem fio (skids, máquinas ou equipamentos) que usam comunicações de E/S padrão e de segurança EtherNet/IP. É importante ressaltar que, além da atribuição típica de endereço IP e configuração de rede, nenhum ajuste ou configuração especial foi necessário no equipamento Nokia; tudo funcionou “pronto para usar”.

O uso do espectro CBRS ajuda a garantir uma operação sem interferências para equipamentos de automação críticos, mantendo desempenho ininterrupto. Uma rede privada com hardware no local mantém os dados nas instalações, minimizando a latência e aprimorando a privacidade e a segurança. Além disso, a rede celular privada usa cartões SIM, simplificando a gestão de dispositivos em sua rede.

As redes 5G autônomas (SA) operam sem uma rede LTE legada, reduzindo custos e complexidade, ao mesmo tempo em que fornecem conexões mais rápidas. Como resultado, o uso do 5G para todo o tráfego da rede (controle + dados do usuário) reduz significativamente os tempos de conexão inicial e de transferência. Para casos de uso que exigem tanto 5G quanto LTE, o LTE pode ser integrado com redes 5G SA.

Os principais casos de uso para o 5G SA privado incluem:

• Conectividade de borda para nuvem: a conectividade de baixa latência e alta velocidade do 5G permite a transmissão de dado em tempo real e cobertura confiável para aplicativos de IA e ML.
• Aplicativos de trabalhador conectado: a excelente cobertura e largura de banda do 5G aprimoram ferramentas móveis como análise, gêmeos digitais e AR.
• Aplicativos de ativos móveis: os tempos de transferência rápida e baixa latência do 5G SA melhoram a conectividade para veículos guiados automatizados (AGVs) e robôs móveis autônomos (AMRs).
• Ativos industriais estacionários sem fio: o 5G reduz a necessidade de comunicações com fio, aumentando a agilidade e reduzindo o tempo de reconfiguração para operações industriais.

Fora dos EUA, as redes sem fio industriais privadas geralmente usam espectro licenciado. O desempenho observado com o CBRS é consistente com os resultados usando outras faixas licenciadas sub-6 GHz, como as usadas em outros países, tornando essas descobertas aplicáveis globalmente.

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