5, 6, eller begge?

5G eller Wi-Fi 6 – hvilken teknologi bruger morgendagens industri til at kommunikere trådløst med?
5G vil forandre verden! Vi hører og læser om 5G overalt. Men hvad med WLAN? Hvad med Wi-Fi 6? Er IEEE med IEEE 802.11ax standarden et scoop for fremtidens WLAN? Eller vil 5G være den fremtidige trådløse standard til Industrial Internet og Things (IIoT)?

Trådløs kommunikation i industrien er bestemt ikke noget nyt.  Mange virksomheder i alle dele af industrien har i mere end 15 år med succes anvendt Industrial WLAN (IWLAN) fra Siemens til trådløs kommunikation i industrielle applikationer.

 

IWLAN opfylder med sine iFeatures alle de nødvendige krav – inklusive trådløse sikkerhedsapplikationer. IWLAN bruges endda også til forlystelser i store forlystelsesparker i hele verden – ikke kun fordi personsikkerhed spiller en stor rolle, men også af økonomiske årsager, og det lægger op til, at kommunikationen skal være trådløs.

Udover WLAN er 5G nu også kommet på banen som en ny trådløs teknologi. Den nye 5G-mobile, trådløse kommunikationsstandard kan potentielt revolutionere digitaliseringen med Industrial Internet of Things (IIoT) og edge/cloud computing.  Den danske regering har allerede sat kursen ved at tildele en industriel frekvens til private 5G-netværk.  Nu er spørgsmålet, om 5G erstatter WLAN i fremtidens industrielle applikationer, eller om de kommer til at være der begge to.

 

Lige nu er der stadig mange åbne spørgsmål med 5G, som WLAN allerede har løst.  Man skal heller ikke undervurdere, at 5G p.t. kræver et større teknisk arbejde, og at implementeringen går hånd i hånd med en større kompleksitet. Det er uundgåeligt, at det medfører større omkostninger.

 

I sidste ende er det altid kunden, der afgør, hvilken løsning man vil bruge. En industriel applikation med automatiske transportsystemer (AGV’er) kan implementeres teknologisk med begge løsninger. Men hvis sikkerhedsaspektet med PROFINET-standarden, hvor PROFIsafe er et ufravigeligt krav, så kan man p.t. kun anvende et industrielt, trådløst LAN. Det er kun IWLAN, der allerede opfylder forudsætninger for realtids-adfærd.

 

Som leverandør af industrielle kommunikationsnetværk er Siemens strategi inden for industrielle, trådløse netværk klar. Investering i industriel 5G på basis af stabile standarder samt fortsat investering i IWLAN (p.t. med Wi-Fi 6).  Private 5G-frekvenser til industriel brug er ikke tilgængelig overalt i verden, og applikationer med WLAN kan ofte også køre mere omkostningseffektivt.

Og nu til sammenligningen mellem 5 og 6

Lad os først overveje ’5’, eller mere præcist 5G:  5G’s potentiale står klart for smartphone-brugere, fordi det er muligt at se film i 4K-opløsning stort set hvor som helst.   For industrien derimod, betyder det meget mere:  Det er en milepæl på vej mod Industri 4.0 med smarte fabrikker, der opnår større fleksibilitet og produktivitet takket være digitalisering fra ende til anden og Industrial Internet of Things (IIoT).

 

5G er 10-20 gange hurtigere end det nuværende LTE og bruger kun en tusindedel af energien pr. transmitteret bit.  Derudover åbner meget hurtige reaktionstider og en meget høj kommunikationsstabilitet for hidtil usete muligheder i industrien.  Men det er ikke alle disse features, der kan bruges til fulde på samme tid.  I industrielle applikationer fokuserer man primært på muligheden for realtid og stabilitet, mens private brugere er mere interesserede i store datamængder.  Det er det, der adskiller en industriel profil fra en offentlig.

Den offentlige profil er allerede dækket ind via 3GPP (3. Generation Partnership Project). 3GPP er ansvarlig for udviklingen af den mobile, trådløse kommunikationsstandard.  Førhen tog man kun hensyn til de krav, der opstod fra den traditionelle, mobile, trådløse kommunikation, og teknologien udviklede sig tilsvarende.  Med 5G adresserer man nu også det industrielle kommunikationsmarked. Herunder også krav, der kommer fra fx autonom kørsel. Den industrielle profil mangler stadig de funktioner, der betyder meget i industrielle applikationer, fx hurtige reaktionstider og en ekstrem høj stabilitet. Det kommer først med release 16 af 5G-standarden.

Udover den industrielle profil er en privat 5G industriel frekvens også afgørende for at bruge 5G i industrien. Dermed kan virksomheder opsætte deres egne, selvstyrende, private 5G-virksomhedsnetværk.  Virksomhederne kan tilpasse dem fleksibelt i overensstemmelse med deres krav og også holde fast i en fuld kontrol over datasikkerheden. Tyskland og få andre lande har anerkendt dette og har forpligtet sig til industriel og trådløs kommunikation ved at tildele private frekvenser (3,7-3,8 GHz i Tyskland).

 

Anvendelsen af 5G i industrien kræver både private frekvenser og at man implementerer den industrielle profil i 5G-standarden. En ’ægte industriel 5G’ er derfor ikke mulig, før 2023, da det kræver release 16/17. Derfor skal man stadig implementere standardiseringen i de tilhørende chipsæt.

Lad os nu kigge på ’6’, eller mere præcist- Wi-Fi 6. Trådløse netværk, fx WLAN, udvikler sig hastigt og er drevet af kravene fra de forskellige brugere. Den nuværende IEEE 802.11ax-standard, også kaldet Wi-Fi 6, er den første WLAN-standard med det primære formål at øge en ligelig håndtering af enheder og at distribuere bruttokapaciteten på mere retfærdig vis.  Samtidig er der forbedringer på vej, der bidrager til energieffektiv drift. Det betyder, at applikationer i IIoT-miljøet, fx mobile enheder, kan drage fordel af en længere batterilevetid. Men de sparsomme frekvensbånd på 2,4 og 5 GHz er i stigende grad fyldt op i WLAN, da de kan bruges næsten overalt uden en licens eller er gratis.  Hvis man lavede en trådløs feltanalyse i en industriel virksomhed i dag, ville man finde et stort antal kendte, men også mange tidligere ukendte WLAN-enheder.  Anlægsoperatørerne skal derfor få mest muligt ud af WLAN-teknologien gennem optimal kanalplanlægning.  Det gælder også for 5G i fremtiden.

Ved at anvende spektret mere effektivt opnår man med Wi-Fi 6 et mindre pres på og en større ydeevne i de industrielle applikationer. Samtidig kan man opnå de nødvendige svartider i industrien på pålidelig vis ved hjælp af specielle industrielle forbedringer (såkaldte iFeatures) – selv med WLAN.

 

Uanset om vi taler om 5G eller Wi-Fi 6 som tillæg til hurtigere reaktionstider, så er udsving en meget vigtig faktor, når det drejer sig om anvendelsen af trådløse teknologier i industrien. Mens reaktionstiderne er et udslag af teknologien og de kan beregnes, så opstår udsving dynamisk afhængig af eksterne, uberegnelige faktorer.  Inden for netværksteknologi refererer udsving til variationen i datapakkernes transporttid.  I industrielle applikationer, der er lavet til forudbestemte handlinger, skal man altid tænke udsving ind som et worst case-scenarie.

 

Industriel 5G og industriel WLAN med IEEE 802.11ax vil være oppe på niveau i fremtiden, når det kommer til både reaktionstid og udsving. Applikationer med industriel WLAN kan allerede implementeres i dag, og i fremtiden kan de nemt migreres med industriel 5G, hvis det er nødvendigt.

Konklusion

Det er et faktum, at med 5G release 16/17 og Wi-Fi 6 kan vi gøre kommunikationen på fabrikkerne trådløs i fremtiden.  Disse to nye teknologier er i samme liga, når det handler om korte svartider. I dag er omkostningerne til et industrielt 5G-virksomhedsnetværk stadig betragteligt højere end til en Wi-Fi 6-løsning på grund af større investeringer i infrastruktur. På mellemlang sigt vil omkostningerne dog falde, da teknologien følger med inden for mange andre mere prisfølsomme områder (biler, landbrugsmaskiner, mobiltelefoner).  Det er de industrielle udbyderes opgave at honorere de store krav fra industrikunderne med hensyn til temperaturområde, modstandsdygtighed over for rystelser og langsigtet tilgængelighed.  Derudover skal vi som producent tage udfordringen op med at fjerne kompleksiteten fra industriel 5G og de private trådløse netværk – og gøre det nemmere for vores kunder at bruge teknologien.  Vi støtter migreringen fra industrielt WLAN til industriel 5G gennem design af vores enheder. Det betyder, at hvis man installerer en industriel Wi-Fi 6-klient i dit AGV, så kan du fx nemt konvertere dit AGV til industriel 5G i 2023 ved at erstatte et slutprodukt med Wi-Fi 6 med 5G.  Og hvis din applikation er programmeret tilsvarende, fx med OPC UA (her er der også sikkerhedsfunktioner), så kan du anvende begge teknologier samtidig, uden at skulle skifte brugerprogram. Du skifter egentlig bare ’motoren’.

 

Svaret på ’5G eller Wi-Fi 6 – hvilken teknologi bruger morgendagens industri til at transmittere med?’ er: Til syvende og sidst er det dig, der bestemmer!

Industrial Security

For at beskytte anlæg, systemer, maskiner og netværk mod cybertrusler er det nødvendigt at implementere – og løbende vedligeholde – et holistisk og moderne industrielt sikkerhedskoncept. Produkter og løsninger fra Siemens udgør kun en del af sådan et koncept. Du kan få mere at vide om industrielle security-tiltag, som kan være relevante, her.