Nowe technologie w kontekście 5G

Często słyszy się sformułowanie “Cutting-edge technology” określające urządzenia lub osiągnięcia technologiczne, które wykorzystują najnowsze i zaawansowane rozwiązania informatyczne. Innymi słowy, technologia na pograniczu wiedzy. 

Zdecydowanie takim mianem można nazwać zastosowanie sieci 5G (ważne: zastosowanie, a nie samą sieć) w przemyśle i logistyce w naszym kraju. Aktualnie nie ma żadnej innej realnej alternatywy dla sieci bezprzewodowej, która niesie za sobą takie obietnice jak technologia sieci 5G:

* rozszerzony mobilny szerokopasmowy dostęp do internetu (ang. Enhanced Mobile Broadband, eMBB), obietnica: pobieranie danych z przepływnością nawet do 20 Gbps;

* ultraniezawodna komunikacja o niskich opóźnieniach (ang. Ultra Reliable Low Latency Communications, URLLC), obietnica: minimalnego opóźnienia w interfejsie radiowym, nawet poniżej 1 milisekundy o niezawodności 99% i mam nadzieję, że jeszcze parę “9” po przecinku;

* masowa komunikacja pomiędzy maszynami (ang. Massive Machine Type Communications, mMTC) - obietnica obsługi nawet do 1 miliona urządzeń podłączonych do internetu, które są zlokalizowane na 1 kilometrze kwadratowym;

Parametry powyższe nie są zapewniane przez aktualnie dostępną konsumencką sieć 5G (stan na listopad 2021), która jest dostępna u wielu operatorów, choćby z uwagi na częstotliwości, które nie były przewidziane dla tej technologii. Operatorzy używają obecnie przyznanych im częstotliwości do realizowania sieci 5G, co również nie pozwala jej osiągnąć docelowych parametrów. Mówimy tu jednak o przełomie, który ma nastąpić od 2023 roku i możliwości zastosowania sieci 5G jako sieci prywatnej na częstotliwościach 3400– 3800 MHz. Oznacza to, że przedsiębiorcy będą mogli używać sieci 5G na licencjonowanej częstotliwości jako sieci prywatnej dla wybranego obszaru swojej firmy. Uważamy, że możliwość ta to rzeczywisty przełom technologiczny, stąd odwołanie do “cutting-edge technology” dla przemysłu 4.0 i logistyki w naszym kraju. Oto poniższe argumenty, które zweryfikowaliśmy podczas wyników testów jakie przeprowadzaliśmy podczas obecności w programie akceleracji S5 Łódzkiej Specjalnej Strefy Ekonomicznej. Testy przeprowadziliśmy na sieci 5G firmy Polkomtel w zastosowaniu do sterowania, monitoringu i zapewnienia systemów bezpieczeństwa dla autonomicznego wózka widłowego.

1.   Niskie opóźnienia w interfejsie radiowym sieci 5G

Niskie opóźnienie wynika nie tylko z wysokiej jakości sprzętu dostawców, czy też samej specyfikacji technicznej nowej technologii łącza bezprzewodowego 5G, ale przede wszystkim z faktu, że jest to sieć na paśmie licencjonowanym. Oznacza to, że pasmo nie zostanie zakłócone przez inne sygnały, jak to ma często miejsce w przypadku wifi. W tym ostatnim przypadku notorycznie obserwujemy u klientów nakładanie się różnych częstotliwości sieci (kanałów sieci), powodujące ich wzajemne zakłócanie działania, potęgowane jeszcze dodatkowo przez np. beacony i inne urządzenia pracujące na częstotliwości sieci WiFi. Tymczasem w przypadku 5G pracujemy na licencjonowanym paśmie przyznawanym bezpośrednio przez Urząd Komunikacji Elektronicznej i chronionym przez szereg przepisów prawa telekomunikacyjnego.

Sieci wifi to bardzo dobre rozwiązania i zapewne na długo jeszcze zostaną z nami, jednak nadchodząca zmiana jest już widoczna. Szczególnie w odniesieniu do usług krytycznych. Warto też od razu rozprawić się z mitem szybkość transferu 5G jako głównym atutem tej sieci. Tak szybkość jest ważna, ale pamiętajmy o czymś jeszcze. Wszystkie wifi jako sieci nielicencjonowane muszą korzystać z procedury „listen before talk”, czyli najpierw sprawdzają dostępność kanału a potem przekazują wiadomość. Dla robotyki to kolosalna różnica, gdzie istotna jest szybkość w pętli sterowania robotem, a szczególnie 2 tonowym autonomicznym wózków widłowym jadącym 10 km/h ma ogromne znaczenie. 

2.  Wysoka niezawodność sieci 5G pozwala na użycie jej w krytycznych systemach bezpieczeństwa.

Nasze testy prowadziliśmy z wykorzystaniem autonomicznego wózka widłowego. Maszyna, która sama w sobie waży ponad tonę, przewozi ładunki, a przede wszystkim pracuje wśród ludzi to ogromna odpowiedzialność i wyzwanie dla systemów bezpieczeństwa oraz łączności.

Każda maszyna/linia produkcyjna wprowadzana na teren Polski lub każda maszyna, która jest produkowana bądź znacząco modernizowana/modyfikowana na terenie Polski, musi posiadać oznaczenie CE. Wystawienie deklaracji CE wymaga przygotowania odpowiedniej analizy bezpieczeństwa sporządzonej na podstawie analizy ryzyka. W szacowaniu analizy ryzyka wystąpienia wypadku pod uwagę są brane wszystkie elementy mające wpływ na bezpieczeństwo, w tym niezawodna łączność bezprzewodowa. Sieć 5G jako jedna z sieci transmisji bezprzewodowej pozwoliła oszacować ryzyko na poziomie umożliwiającym wykorzystanie jej do systemów bezpieczeństwa robotów samojezdnych. Wynika to z wysokiej niezawodności sieci, jak i sprzętu realizującego taką transmisję. Nasza analiza ryzyk wymagała by ważący 2 tony (łącznie z paletą) wózek zatrzymywał się natychmiastowo przy użyciu wirtualnego przycisku alarmowego „STOP”. W środowisku przemysłowym znaczenie mają ułamki sekund. Standardowa prędkość wózka w magazynie to zazwyczaj 8-10 km/h, więc choćby dodatkowe 50ms na transfer sygnału to może być już zbyt wiele by uniknąć wypadku. A według naszych obserwacji gdy wózek akurat przełączał się między routerami wifi potrafiło trwać to o wiele dłużej. Właśnie ryzyko zbyt częstego zatrzymywania się wózka widłowego z powodu zbyt wolnej komunikacji z siecią wifi jest istotną trudnością we wdrażaniu AGV (Automated Guided Vehicles). Nawet najkrótsza utrata dostępności sygnału natychmiast uruchamia procedury bezpieczeństwa i natychmiastowe zatrzymanie.

3.  Private network 5G dla biznesu już w 2023

Żadna inna z aktualnie dostępnych sieci bezprzewodowych nie oferuje tak szybkich czasów reakcji jak 5G. Pętla sterowania (przesył sygnału i jego przetworzenie przez wszystkie elementy zaangażowane w dany proces) wymusza możliwie najmniejsze opóźnienia w przesyle danych. Dlatego tak istotne jest uruchomienie możliwości tworzenia prywatnych sieci 5G.

Urząd Komunikacji Elektronicznej pracuje nad bym do końca przyszłego roku opublikować jasne i proste zasady komercyjnego przyznawania dostępu do częstotliwości 3400– 3800 MHz 5G przedsiębiorcom. 

“Chcemy aby każdy przedsiębiorca mógł w bardzo prosty sposób wnioskować tzn. np. wypełnić kwestionariusz i przesłać go do UKE” – potwierdził Jacek Oko prezes UKE na spotkaniu 5G Summit organizowanym przez Łódzką Specjalną Strefę Ekonomiczną.

Dzięki temu firmy zyskają możliwość stworzenia na danym obszarze np. w swojego zakładu produkcyjnego czy magazynu prywatnej sieci (private 5G network). Umożliwi to zastąpienie dotychczasowych wifi przez bardzo wysokiej jakości łączność bezprzewodową. Co więcej parametry i niezawodność sieci 5G pozwalają na poważnie myśleć o tym, że zastąpi ona również dotychczasowe połączenia kablowe np. Ethernet. To ważne bo coraz więcej maszyn w magazynach, to poruszające się swobodnie roboty co wyklucza komunikację z wykorzystaniem przewodów.

Podsumowanie

Producenci sprzętu są już na te zmiany gotowi. Obecny na 5G Summit Martin Mellor, country manager Ericsson na Polskę zapewnił nas, że firma posiada w ofercie odpowiedni sprzęt dla prywatnych sieci 5G. Analogiczne zapewnienie usłyszeliśmy od przedstawicieli wiodącego operatora sieci komórkowej, który jest przygotowany na wprowadzenie usługi prywatnej sieci 5G, gdy tylko regulator - UKE rozpoczęcie wydawanie pozwoleń na użycie sieci 5G na terenie zakładów przemysłowych. Bez wątpienia rewolucja przemysłowa 4.0 dzieję się tu i teraz w oparciu o cutting-edge technology - sieć 5G.