5G 边缘计算:如何为工业 4.0 搭建舞台

物联网 (IoT) 在功能上彻底改变了制造和生产部门。通过IoT 工业技术通过 5G 边缘计算,工厂车间将体验到更高的效率、更高的精度和优化的性能,同时提高安全性。5G 边缘计算为以下领域的下一步发展创造了机遇 工业IoT在功能上为 工业 4.0.

虽然很多人都知道 5G 和边缘计算是两种独立的技术,但并非所有人都了解两者是如何相互交织在一起的。同样,有些人忽视了将边缘计算和 5G 结合在一起的潜在优势,包括 5G 边缘计算为早期采用者提供的优势。

5G 边缘计算为工业IoT 和工业自动化提供了卓越的网络性能,与其前身 4G LTE 相比,吞吐量得到增强,延迟显著降低。此外,它还允许制造商在专用网络内体验增强的安全性,同时提供边缘虚拟化,从功能上重塑IoT 。

什么是 5G 边缘计算?

5G 边缘计算是两种技术的交叉:5G 网络技术边缘计算。它将高速网络技术与分散的计算能力结合在一起,以提高运营效率,并近乎实时或真正实时地进行数据驱动的调整。

5G 边缘计算概念

5G 网络是无线连接技术的演进,与前代网络相比,其功能有了显著提升。总体而言,5G 有三大优势:

  • 数据传输加速,最高可达千兆比特/秒,比 4G LTE 快 10 倍之多
  • 减少延迟,可降至个位数毫秒
  • 通过增加带宽提高容量,同时支持更多IoT 设备

边缘计算涉及在网络 "边缘 "进行的数据处理。在传统方法中,数据被传输到一个中心位置以完成计算并生成命令,然后命令必须返回到原始设备。这就造成了一定程度的延迟。

通过边缘计算,计算发生在设备层面。数据不会被发送到中心位置进行处理,而是在IoT 技术栈的边缘进行处理,从而加快了命令的发布速度,消除了不必要的延迟。从功能上讲,边缘计算节省了时间,而且由于数据不传输到中央位置,可用带宽也不会紧张。

5G 与边缘计算相结合,可以更有效地支持高要求的应用,包括制造业中的工业机器人、自动化和人工智能 (AI)。 

5G 边缘计算为工业 4.0 搭建舞台的 5 种方式

制造自动化

工业 4.0 依赖于一个核心理念:设备互联。工业互联不同于办公室互联,需要卓越的可靠性和坚固耐用的解决方案,以抵御设施内常见的不可预测甚至危险的条件。减少延迟同样至关重要,因为数据传输延迟会降低生产效率。

5G 边缘计算可以解决(甚至消除)阻碍工业 4.0 的许多挑战,从而有效地为智能制造设施的下一步发展奠定基础。以下是边缘计算和 5G 为工业 4.0 铺平道路的五种方式。

1.减少实时通信的延迟

生产设施与平板电脑上的工人通过 5G 边缘通信,工业公司创建了一个协作系统,通过放弃中心处理点,转而进行设备级计算和设备间直接通信,减少了延迟。此外,由此产生的网络可创建一个多接入边缘计算层,从而创造出模拟云计算解决方案的计算能力,而不会出现与真正的云计算相关的传输延迟。

5G 还比以往的无线技术迭代速度更快。延迟可低于 5 毫秒,远低于 4G 通常达到的 60 到 100 多毫秒。峰值速度可达20 千兆比特/秒

许多性能提升都与毫米波的使用有关。5G 信号主要在 30 至 300 千兆赫范围内,比以往的网络迭代频率更高,从而提高了数据承载能力。因此,该系统可支持接近或真正的实时通信。

2.提高可靠性和耐用性

远程工业运行中的边缘计算通过 5G 驱动的IoT ,密集的网络节点部署--可能多达 50平方米一个节点 - 这不仅提高了可靠性,还在本质上纳入了冗余功能。从本质上讲,这创建了一个网状网络,可提供故障切换选项。这种设计允许IoT 设备和其他连接设备在单个节点出现故障时转移到附近的其他节点。

工业 5G 连接解决方案通过提高耐用性进一步增强了可靠性。其设计坚固耐用,可确保在具有挑战性的环境中正常运行。例如,工业路由器可抵御灰尘、湿气和极端温度,使其能够在生产设施和室外使用。

3.通过专用网络加强安全

IoT 安全概念虽然公共云计算已经改变了许多行业,但制造和生产设施在采用这些解决方案方面却进展缓慢。核心原因主要是出于安全考虑,包括使用共享计算环境和可广泛访问的无线网络,尽管对可靠性的怀疑也是一个原因。

对于 5G,实施专用网络是一条可行之路。工业设施可以在功能上与移动网络分离,同时实现与有线网络类似的速度。这些解决方案还能带来与公共云类似的计算能力,同时确保敏感数据不外泄。

4.改造现有基础设施,简化实施过程

远程监控IoT 基础设施许多技术革命都需要更新基础设施才能充分发挥作用。然而,有了 5G 边缘计算,改造就成为可能。企业可以利用现有的设备和基础设施,将边缘智能融入其中。

实际上,具有 5G 连接性的边缘计算可以让工业企业满足不断变化的需求。纳入远程监控、增加传感器、扩展网络和实施闭环控制,都不需要制造或生产设施从头开始改造其技术堆栈。此外,工业企业还可以将目的驱动型连接纳入其中,在不完全重建网络的情况下增强现有解决方案的功能。

5.通过加强设备协作优化运行

机器对机器通信概念自动化是更广泛的智能制造领域的重要组成部分,而 5G 边缘计算则将这一概念提升到了新的高度。通过提供计算能力的设备和支持近乎或真正实时通信的高速网络,IoT 设备可以协同工作。

数据可以在边缘设备和设备之间传输,而无需通过中央处理点转发,从而极大地限制或消除了潜在的延迟。然后,设备可以对接收到的数据进行评估,以识别瓶颈、分析能源使用或检测其他问题,从而有理由对生产进行调整。

在功能上,这种协作程度使设备能够确定具体操作的速度和频率。反过来,系统会根据当前的设施条件实时生成优化的工作流程,所有这一切都无需工作人员的直接干预。同样,这些系统的协作性质也支持智能资源分配,确保能源、材料和其他资源被分配到最需要的地方。

常见问题

工业设施中的快速连接概念

为什么 5G 有利于边缘计算?

5G 增强了边缘计算的现有能力。更快的网络速度加快了设备间的通信,创造了一个能够有效利用自动化的协作环境,同时纳入了实时工作流程优化。总而言之,这大大提高了性能。此外,它还使包括人工智能和机器学习在内的高需求技术更加可行,支持更好的应用响应时间,并加快数据收集和处理速度。

5G 将如何影响边缘计算?

5G 网络速度支持近乎或真正的实时通信,使网络连接设备能够更快地进行通信,从而创建一个可简化自动化解决方案的协作环境。实时工作流程决策可基于当前的设施条件,通过智能资源分配和优化任务或功能时间安排,提高运营灵活性并消除瓶颈等常见挑战。 

5G 边缘计算的价值机遇是什么?

借助 5G 边缘计算,企业可以通过分散数据处理来优化运营和工作流程。计算可在设备层面进行,从而减少对网络和服务器等其他计算设备的压力。此外,利用 5G 边缘计算和IoT 设备还可以进行实时生产调整,确保优化工作流程,提高整体效率。

边缘计算和云计算有什么区别?

边缘计算结合了设备级计算能力,允许各种IoT 设备或其他连接技术在本地分析数据,而无需依赖中央服务器或类似的数据处理解决方案。云计算使用集中式服务器(通常由第三方供应商拥有和支持),这些服务器位于异地。计算需要将数据发送到云服务器,通常是通过互联网,然后等待回传响应。

面向 5G 边缘计算的 Digi 解决方案

DigiIoT, 5G 和边缘计算解决方案

利用 5G 边缘计算的强大功能,制造商和生产设施可以成功过渡到工业 4.0,为提高效率和优化生产铺平道路。您今天就可以开始工业运营的下一次进化之旅。Digi 提供一系列蜂窝IoT 连接解决方案,其中包括Digi IX40- 一种专用的 5G 边缘计算 IIoT 路由器解决方案,可为工业 4.0 应用快速处理、分析和整合工业资产数据。Digi IX40 提供基本的 5G 连接和边缘智能,可支持最苛刻环境中的各种应用。

对于那些希望提高计算能力并为工业 4.0 做好准备,但又希望获得更多指导和支持的企业,Digi 专业服务部门可以提供帮助。

Digi随时准备为您的5G边缘计算计划的任何部分提供协助,确保您能够有效利用尖端解决方案的力量,在优化运营的同时提高安全性和增强连接性。联系我们,了解Digi如何帮助您实现5G和边缘计算目标。

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