Przemysł 4.0 i sieć 5G. Jakie korzyści niesie to połączenie?

Przeczytaj także: Polska gospodarka cyfrowa: ile jest warta?

Wprowadzenie sieci 5G ma przełożyć się m.in. na większą elastyczność reagowania na zmiany rynkowe, zaowocować intensywnym rozwojem e-commerce i zredefiniować procesy sprzedażowe. Mówi się również, że duże korzyści z jej wdrożenia powinny być widoczne także w rolnictwie, ekologii, administracji publicznej czy też w nowych modelach pracy i rozrywki. Nie jest też dużym zaskoczeniem, że sieć 5G wywrzeć ma przemożny wpływ na Przemysł 4.0.

Czwarta rewolucja przemysłowa i łączność mobilna

Trzecia rewolucja przemysłowa, naznaczona przez komputery i Internet, wywarła ogromny wpływ na przedsiębiorstwa usługowe, takie jak przykładowo bankowość i media. Jednak branże wykorzystujące ciężki sprzęt, linie produkcyjne i obróbkę materiałów nie mogły w pełni skorzystać z jej dobrodziejstw. Wszystko ma się jednak zmienić wraz z czwartą rewolucją przemysłową, czyli Przemysłem 4.0, który wykorzysta cyfryzację i automatyzację do zrównoważonego pozyskiwania zasobów, a następnie przenoszenia ich na rynek produkcyjny, energetyczny, oraz usług dotyczących wszystkich aspektów nowego, opartego na technologii świata.

Przemysł 4.0 napędzany jest przez komunikację mobilną, począwszy od standardowej (dostarczanej przez operatorów) technologii 4G pozwalającej na bezprzewodową łączność między urządzeniami (ang. D2D – device-to-device communication) oraz tworzenie prywatnych sieci LTE aż po migrację do 5G w miarę pojawiania się potrzeb biznesowych.

Jest to o tyle istotne, że sieci kablowe i Wi-Fi, sprawdzają się w warunkach biurowych, nie są natomiast mobilne, co czyni je nieodpowiednimi do zastosowań przemysłowych, w których to tysiące maszyn oraz jeżdżących robotów muszą nieć zagwarantowany stabilny i nieprzerwany dostęp do sieci. Sieci komórkowe nowych generacji mają natomiast większą pojemność, co pozwala na obsługę nawet do miliona urządzeń na kilometr kwadratowy. Gwarantują również lepszy zasięg i mniej "martwych punktów" oraz stabilne i nieprzerwane połączenie poruszającym się po fabryce użytkownikom i robotom, również w trudnych warunkach radiowych. Równie ważne jest zapewnienie niskich opóźnień, które ma zasadnicze znaczenie dla łączności między maszynami (D2D, device-to-device communication), kiedy to między momentem wydania polecenia a reakcją nie może być praktycznie żadnych różnic czasowych.

Jakie są więc główne korzyści płynące z wykorzystania sieci 5G w Przemyśle 4.0?

• Wysoka prędkość i wydajność
  5G może pochwalić się znacznie wyższymi prędkościami i przepustowością niż 4G. Zrozumienie dlaczego tak się dzieje, pozwoli lepiej wyjaśnić, w jaki sposób 5G będzie bardziej zrównoważone niż poprzednie generacje sieci komórkowych.
  Technologie mobilne wykorzystują fale radiowe do przesyłania danych. Można o nich pomyśleć jak o falach na morzu, które różnią się częstotliwością i amplitudą (wysokością). Sygnał cyfrowy jest kodowany poprzez wprowadzenie niewielkich zmian w kształcie fal. 5G może być wdrożone w dowolnej części pasma (od 400 MHz do 90 GHz). Na wyższych częstotliwościach rządy mogą przydzielać operatorom szerszy zakres częstotliwości, co umożliwia przesyłanie większej ilości danych. Na przykład, podczas gdy na niższych częstotliwościach pasma dostępne dla poszczególnych operatorów mają zwykle szerokość 10-20 MHz, na wyższych częstotliwościach osiągają one zakres nawet 1-2 GHz.
• Niezawodność, niskie opóźnienia
  Jedna ze kluczowych funkcjonalności 5G to ultra niezawodność oraz niskie opóźnienia, co jest krytyczne w takich zastosowaniach, jak np. zdalna operacja chirurgiczna serca lub autonomiczne samochody, kiedy kilka milisekund opóźnienia może zaważyć na ludzkim życiu. Niskie opóźnienia umożliwiają sterowanie na odległość robotami lub pojazdami, a nawet ich autonomiczną pracę dzięki szybkiej i niezawodnej komunikacji między nimi. Wyobraźmy sobie operatora zdalnie sterującego pojazdem, który przewozi w porcie kontener. Musi mieć on taką samą lub nawet lepszą kontrolę niż w przypadku fizycznego sterowania pojazdem, bez opóźnień w mechanizmach kierowania lub hamowania.
• Większe zrównoważenie
  Sieć 5G może przesyłać nawet 100 razy więcej danych wykorzystując taką samą ilość energii niż w przypadku sieci wcześniejszych generacji. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu wyższego zakresu częstotliwości do bardziej efektywnej transmisji danych, a także dzięki udoskonaleniom w konstrukcji sprzętu. Badania przeprowadzone przez Nokię wspólnie z Telefónica wykazały, że sieci 5G są do 90 proc. bardziej energooszczędne niż obecne sieci. Co więcej, istnieje również efekt wspomagający. GSMA, organizacja branżowa zrzeszająca operatorów komórkowych, oraz Carbon Trust stwierdziły, że dzięki cyfryzacji i automatyzacji, 5G może potencjalnie zmniejszyć emisję energii w innych sektorach aż o 10-krotność emisji wytwarzanej przez same sieci komórkowe.

5G otwiera nowe możliwości

Sieć 5G nie tylko oferuje szybsze połączenie, większą przepustowość, niezawodność oraz mniejsze opóźnienia, ale stanowi w zasadzie całkowitą redefinicję sieci. Jako taka, zawiera nowe funkcje, które znacznie rozszerzają jej możliwości usługowe.

• Network slicing
  W poprzednich generacjach tradycyjna sieć typu end-to-end zapewniała taką samą usługę wszystkim użytkownikom. Jeśli klient operatora, na przykład policja lub straż pożarna, wymagał gwarantowanego poziomu usług dla danej aplikacji, jedyną opcją było stworzenie nowej, fizycznej sieci lub wdrożenie wirtualnej sieci prywatnej. 5G zmienia ten stan rzeczy dzięki wprowadzeniu network slicingu. Dzięki temu operatorzy mogą tworzyć wirtualne, niezależne sieci na bazie istniejącej infrastruktury. Niezależnie od tego, czy chodzi o podłączenie telefonu do szerokopasmowego łącza mobilnego, czy też robota do aplikacji automatyzacyjnej, operator może zagwarantować szybkość, niskie opóźnienia, niezawodność i odpowiednie poziomy bezpieczeństwa usług dla danego wycinka, tak jakby była to odrębna sieć. Taki wycinek jest niezależny od dostawcy sprzętu i może obejmować sieć radiową dostarczaną przez jednego dostawcę, oraz pozostałe elemementy infrastruktury innego producenta. Oznacza to, że może być stosowany praktycznie wszędzie.
• Przetwarzanie brzegowe (Edge Computing)
  Jeśli znajdujesz się właśnie w autonomicznym samochodzie, a inny pojazd traci kontrolę i kieruje się w Twoją stronę, nie chcesz, aby Twój samochód wysyłał dane do zdalnego serwera w chmurze, zanim zapobiegnie kolizji. Chcesz, aby analiza sytuacji była wykonywana jak najbliżej Ciebie, by informacja co robić dalej dotarła z jak najmniejszym opóźnieniem. Właśnie tym jest przetwarzanie brzegowe, które oferuje możliwości pracy w chmurze na "krawędzi" sieci. W warunkach przemysłowych, gdzie obliczenia brzegowe są już powszechnie stosowane w prywatnych sieciach mobilnych 4G, operatorzy magazynów i fabryk mogą obniżyć koszty, przenosząc sporą część mocy obliczeniowej robotów do sieci, co oznacza, że same roboty mogą być lżejsze, bardziej zwrotne, zużywać mniej energii i być po prostu tańsze.
• Internet rzeczy
  Połączone przez sieci komórkowe, urządzenia będące częścią Internetu rzeczy (IoT) są obecnie coraz bardziej powszechne: rozpoczynając od inteligentnych lodówek bądź żarówek, aż po rozwiązania transportowe. Systemy czujników, na bieżąco monitorują temperaturę ładunku np. transportowanych szczepionek na COVID-19 pomagając w utrzymaniu właściwej temperatury na każdym etapie dostawy. Urządzenia IoT są wdrażane w celu monitorowania upraw, kwasowości gleby, temperatury i nawadniania oraz pomagają rolnikom podejmować odpowiednie decyzje. Sektory takie jak służba zdrowia, produkcja czy inteligentne miasta wykorzystują je już na szeroką skalę.