通过5G独立组网（SA）实现数字化转型

Rockwell Automation与诺基亚的合作对于通过私有无线网络实现工业网络的数字化转型至关重要。我们共同提升了工业连接性、运营效率，并增强了网络定制化和安全性。Rockwell Automation的工业自动化解决方案与诺基亚的无线技术相结合，支持工业物联网（IIoT）、增强现实（AR）和人工智能（AI）等新兴技术。这些能力对于寻求创新和保持竞争力的行业至关重要。

诺基亚和Rockwell Automation目前的一个重点是使用许可频谱或轻许可频谱作为私有蜂窝网络性能和稳健性的推动因素。在美国，公民宽带无线电服务（CBRS）为私有LTE和5G网络提供150MHz的轻许可频谱。该频谱可按10MHz的增量申请使用，且无需付费。此外，还可通过优先接入许可（PAL）购买最多20MHz的频谱保证接入。私有5G已验证并可用于工业应用，越来越多的客户信任5G。因此，5G独立组网（SA）和CBRS的采用比以往任何时候都更受关注。

诺基亚与Rockwell Automation合作，评估了利用CBRS频谱的私有5G SA网络，通过EtherNet/IP™协议实现实时工业控制。这一技术合作伙伴关系增强了工业连接性，利用诺基亚强大的4G LTE和5G技术，通过高速且可靠的连接优化制造运营。由于EtherNet/IP™通过TCP/IP传输，因此可在单个无线路由器后支持多个自动化设备，无需其他工业以太网协议当前所需的任何特殊隧道或额外设备。

通过将Rockwell Automation的工业自动化专业知识与诺基亚的无线技术专业知识相结合，这一合作通过更高程度的自动化、实时数据收集和分析提升了运营效率。这种协同效应简化了流程，减少了停机时间并提升了整体效率。此外，这一技术合作关系有助于确保安全且专用的网络基础设施，这对于工业应用至关重要。

上图是用于协同测试的测试平台的简化示意图。它代表了一个非束缚的固定工业资产应用案例，包括：

• 一个带有 GuardLogix® 安全控制器的区域控制器
• 两个分布式区域，配备 FLEX 5000® 标准和安全输入/输出，代表成套设备、机器或自动化设备

（注：每个分布式区域中的安全控制器仅用于收集测试平台遥测数据）。

采用了诺基亚的私有解决方案，包括：

• 5G 无线接入网络（RAN），3GPP Release 15，5G SA，运行于 n48 频谱带（CBRS）。Nokia AirScale 基带单元（BBU），两台 AZQC AirScale 无线单元（RU）。
• 5G 核心网（5GC），运行在 DAC 现场 Mission-Critical Industrial Edge（MXIE）服务器上
• 两台 FRRO501c 工业 5G SA 路由器（在蜂窝通信中称为用户设备或 UE）

测试按照 Rockwell Automation 提供的成熟测试计划进行，严格的成功标准是在有限的 3 h 测试期间零连接故障。测试计划包括一系列测试用例，以建立从左侧 GuardLogix® 区域控制器通过 5G 核心和 RAN 到右侧区域 1 和 2 的 FLEX 5000® 标准和安全输入/输出的可靠 EtherNet/IP™ 标准和安全（CIP Safety™）输入/输出连接，并采用多种请求包间隔（RPI）设置。RPI 是控制器与分布式输入/输出模块交换数据的周期。

测试成功证明，当前工业 5G（3GPP Release 15、SA、现场部署、CBRS 频谱）具备足够低的延迟和抖动，能够支持比 Rockwell Automation 的 EtherNet/IP™ 标准和安全输入/输出连接默认设置更优的 RPI 设置。这些 RPI 设置将支持许多采用 EtherNet/IP™ 标准和安全输入/输出通信的非束缚固定工业资产应用（成套设备、机器或自动化设备）。重要的是，除常规 IP 地址分配和网络设置外，诺基亚设备无需特殊调优或配置；所有设备均可“开箱即用”。

使用 CBRS 频谱有助于确保关键自动化设备的无干扰运行，保持不间断性能。配备现场硬件的专用网络可将数据保留在本地，最大限度地减少延迟并提升隐私和安全性。此外，专用蜂窝网络采用 SIM 卡，简化了网络内设备管理。

独立（SA）5G 网络无需传统 LTE 网络即可运行，从而降低成本和复杂性，并提供更快的连接速度。因此，使用 5G 处理所有网络流量（控制 + 用户数据）可大幅缩短初始连接和切换时间。对于既需 5G 又需 LTE 的用例，LTE 可与 5G SA 网络集成。

私有 5G SA 的主要用例包括：

• 边缘到云连接：5G 的低延迟和高速连接支持实时数据传输，并为人工智能和机器学习应用提供可靠覆盖。
• 互联工人应用：5G 出色的覆盖和带宽提升了分析、数字孪生和 AR 等移动工具的能力。
• 移动资产应用：5G SA 的快速切换时间和低延迟提升了自动导引车（AGV）和自主移动机器人（AMR）的连接性。
• 非束缚固定工业资产：5G 减少了对有线通信的需求，提高了敏捷性，缩短了工业运营的重新配置时间。

在美国以外，工业私有无线网络通常采用许可频谱。使用 CBRS 所观察到的性能与其他国家采用的其他许可 6 GHz 以下频段的结果一致，使这些发现具有全球适用性。

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