工业运营商需要5G URLLC以及他们如何实现

3GPP 的超可靠低延迟通信 （URLLC） 将提供低于 1 毫秒的延迟和 6 个九的可靠性 （99.9999%）。这足以“切断”关键自动化、制造、运输和其他几代人依赖昂贵、故障布线的应用程序的电源线。

随着这些束缚的移除，从协作机器人（co-bots）到全自动驾驶汽车，一种新的无线启用用例成为可能。

然而，最近一项名为“ 5G 边缘云基础设施：适用于 vRAN、工业和汽车应用”的研究报告称，这些行业中 58% 的受访者希望在加入无线潮流之前看到 5G 得到验证。

您不能责怪自动化、制造和运输等关键行业的运营商在向新的网络技术过渡时小心翼翼。对于 5G，问题仍然多于答案，特别是关于如何在多年来依赖私有 LTE 部署的工业环境中实施这些网络。

“5G 架构和 LTE 之间的根本区别在于，5G 是作为一种虚拟化边缘技术启用的，”风河公司首席技术官 Paul Miller 说。“使用 LTE，通常您将部署一个单片设备来在端点托管该射频实体。这意味着您不能在其上放置第三方应用程序。

“在关键用例中，您需要在这些实体之间建立实时连接或近乎实时的连接，”他继续说道。“遍历网络的核心会带来太多的延迟。这些场景意味着管理这些设备的应用程序需要部署在边缘节点中。

“因此，如果您需要将 URLLC 用于避免车辆对车辆事故或工厂和仓库内的自动机械等应用，则需要向 5G 演进。”

5G网络切片的演进与优势

要在关键和非关键领域实现 5G 网络的愿景，需要在多个技术领域取得进展。这些包括：

动态频谱共享 （DSS）允许拥有大量 4G 投资的运营商通过在 4G 和 5G 系统之间共享现有频谱，更有效地将其基础设施过渡到 5G。

毫米波投资和 3GPP 第 16 版的发布使移动性在 5G 标准中成为现实，并促进了下一代用户设备 （UE） 的开发，该设备可以利用此带宽可能实现的数据速率

独立 （SA）支持下一代使用案例，其中 5G 核心网络和无线电基础设施可以完全独立于 4G LTE 进行部署。

O-RAN希望在开放标准之上将虚拟化扩展到 5G 无线接入网络 （RAN），从而通过规模经济推动 RAN 技术的灵活性和成本效率。

5G 网络最大的架构差异是核心网络从集中位置移动到边缘的分布式点。网络功能虚拟化 （NFV） 和软件定义网络 （SDN） 技术使使用标准网络硬件实现这一目标成为可能，这意味着编排和管理应用程序可以在依赖它们的端点上或附近运行。

因此，与回传到集中式核心网络相关的延迟可以减少到 URLLC 的亚毫秒延迟。这种拓扑结构还意味着可以将网络服务和资源划分为为特定用例保留的“切片”。然后，这些切片可以为特定领域的运营商提供对应用程序和网络性能的洞察，以实现持续改进。

“网络切片是将网络的一部分从核心转移到边缘并将其专用于某些应用程序的想法，例如工业应用程序，”米勒说。“它仅适用于 5G。工业部门将成为网络切片的消费者。

“大量的分析和数据将从这种新范式中获取，”他继续说道。“由于能够监控这些超实时应用程序或监控整个网络在每个步骤中的延迟，因此网络会产生大量新的分析数据，可以帮助人们更好地操作和维护这些环境。

他继续说道：“您不仅可以查看基础设施，还可以查看在边缘设备本身中贡献数据的应用程序。通过引入人工智能算法并在分析平台上运行它们，您可以构建新的应用程序来执行预测性中断预防等工作。”

过渡到 5G 的冷硬（软件）事实

当然，安装或更换物理网络设备是一项成本高昂且耗时的工作，尤其是在工业环境中，这些环境可能会在系统停机期间遭受生产力、收入或安全损失，或者对更新旧设备表现出固有的阻力。

此外，行业专家预计支持 3GPP 第 16 版（定义非公共网络 （NPN） 功能的 5G 标准的一部分）的所有功能的芯片组和基础设施至少在未来一年内不会变得强大或无处不在。

需要一个过渡步骤。

“我不认为这是一种淘汰和替换的方法，”MulTITech 战略发展副总裁 Daniel Quant 说。“人们将从 4G 开始，通过集中化并将其封装在软件中使其变得非常易于使用，然后使用超大规模器或 Kubernetes 或 Docker 容器开始在边缘计算机上运行 5G 工作负载。”

据 Quant 称，能够运行 5G 工作负载的过渡性边缘计算设备已经以AWS Snowcone等设备的形式提供。

“你有处理能力，你可以把你的核心网络放在这个上面，你可以在上面连接基站，你可以把它放在你的房子里，你可以把它放在商业大楼里，你可以把它放在矿井里或一家工厂，”Quant 解释说。“而您创建的是一个完全独立的网络部署。这正是他们创建 Snowcone 的目的：能够部署您自己的 CBRS，完全在本地网络。

“这就是许多这些超可靠的低延迟特性的体现。”

Snowcone 是一款 4.5 磅的小型坚固立方体，配备双处理器、4 GB 内存、8 TB 存储、可信平台模块 （TPM） 安全芯片、Wi-Fi 或有线 10 GbE 网络访问功能，并且可以由USB-C 电缆或电池。换句话说，操作员可以将一个立方体放到工厂车间，将其连接到本地网络，然后开始在“边缘云”中本地托管应用程序。

因为这些基于 Snowcone 的“边缘云”可以直接插入工业级本地“基站”，如 MulTITech MulTIConnect rCell 600 系列，将整个核心网络带到工厂车间。因此，数据可以以 URLLC 的速度和确定性从工厂车间的一侧共享到另一侧，而无需触及核心网络的传统元素，甚至无需离开工厂环境。

亚马逊并不是唯一一家制造此类设备的公司。Quant 指出，MulTITech 是微软 Azure Edge 生态系统的 CBRS/私有 LTE 基础设施的认证供应商。

通过 5G 测试证明范式转变

传统蜂窝网络的关闭，再加上 5G 提供的超可靠性、低延迟和更低的每 GB 成本，意味着每个依赖蜂窝技术的组织迟早都会经历网络转型。网络测试在所有这些部署中都至关重要，但在安全和安全关键行业中，它可能是开发生命周期中最重要的阶段。

3GPP 和 O-RAN 联盟、5G-ACIA、PTCRB 和 GCF 等实体正在为 RAN 和 UE 定义测试计划。目前，这些测试主要集中在确保空中接口标准在设备、gNodeB （gNB） 无线电节点等中正确实施。

当然，是德科技 5G/6G 项目经理 Roger Nichols 说，现在还为时过早。

“现在 Rel-16 已经完成，对 RAN 和用户设备的测试能力和验证的要求和需求正在增长，”Nichols 观察到。“更有趣的是端到端测试。整个系统在正常负载和极端情况下如何工作？系统将如何处理 gNB 或其他网络实体的停机时间？新软件加载后如何验证系统？

“认识到延迟和可靠性受到整个网络影响的关键是：容量/负载、UE 性能、RAN 性能、干扰、网络架构、特定应用的分布式计算等，”Nichols 继续说道。“必须考虑所有因素，以实现能够满足移动边缘计算和 5G 独有的其他功能需求的网络。”

根据 Nichols 的说法，测试 5G 空中接口的系统可用于验证 URLLC 功能，但必须能够解决空中接口协议中的快速状态转换。URLLC 通信使这一点变得复杂，因为它的自包含子帧和动态时分双工 （TDD） 占空比增加了对架构和协议栈性能的需求。

为了测试这些设备以及整个网络在各种负载下的运行情况，是德科技提供了 LoadCore 5G 核心测试软件。该解决方案现在被用于测试 SA 5G 网络。

“我们必须能够测试 RAN 内外的网络性能，”Nichols 解释说。“这些需求需要新的思考，因为系统本身必须满足网络运营商和客户之间的某种服务水平协议 （SLA）。此类测试将需要在网络和应用程序级别进行更高级别的功能测试。

“我们的用户设备仿真 （UEE） 系统必须仿真许多对这些 URLLC 功能有不同要求的 UE，”他继续说道。“LoadCore 现在可用于测试 SA 网络，这对于 5G 三角的 ［工业物联网］“角落”的完整 5G 实施是必要的。”

是德科技一直积极参与制定 3GPP、GCF、PTCRB、O-RAN 以及 5G-ACIA UE 和 gNB 测试计划。努力制定 5G 路线图可以让客户放心，他们在开发基础设施上的投资在这个功能快速变化和标准本身不断发展的时期不会浪费。

5G：另外 28%

令人惊讶的是，在前面提到的同一项研究中，约 28% 的关键行业受访者表示他们已经在支持 5G 架构。那么，这 28% 的 58% 是什么？

“这 28% 的人通常是早期采用者和市场先行者，”风河公司首席技术官 Paul Miller 说。“他们看到了技术的价值，并倾向于测试和部署它。然而，大多数人希望看到它得到证实。他们不一定反对它或认为技术有问题，他们只是想验证这确实是一个可靠且经过验证的解决方案，并且它将真正产生预期的价值。

“我们预计，随着早期采用者在这一领域取得成功，竞争压力就会出现，”米勒继续说道。“早期采用者将体验到更低的运营成本、更高的利润率、更大的灵活性和更快的上市时间。然后我们将看到“给我看”的人群也转向执行。

“这是一种典型的、健康的新技术、早期采用者范式。”

审核编辑：郭婷