5G thúc đẩy phát triển các mạng riêng cho Công nghiệp 4.0

Tạp chí Điện tử xin giới thiệu bài viết "5G thúc đẩy phát triển các mạng riêng cho Công nghiệp 4.0" của tác giả Jessy Cavazos, đến từ bộ phận Các giải pháp công nghiệp 5G Keysight Technologies.

Bà Jessy Cavazos, bộ phận Các giải pháp công nghiệp 5G Keysight Technologies.

Để vượt qua được những khó khăn thách thức này cần phải hiểu rất rõ về các phương án sử dụng mạng riêng 5G và yêu cầu của các phương án sử dụng này. Bạn cũng cần làm quen với các tiêu chuẩn hỗ trợ, các lựa chọn triển khai và những tính năng 5G chính được kích hoạt cho các mạng này.Các phương án sử dụng của mạng riêng 5G, đặc biệt là các phương án dành cho Công nghiệp 4.0, đòi hỏi hiệu năng mạng cao. Tất cả các cấu phần mạng cần vận hành với hiệu năng đỉnh và hiệu năng mạng toàn diện cần phải được duy trì ở mức tối ưu. Nếu chỉ đo kiểm mạng RAN khi nghiệm thu trạm thì có thể tạo ra những điểm mù.

Điện toán vùng biên đa truy nhập (multi-access edge computing - MEC), mạng độ trễ thấp (time-sensitive network - TSN) và các tính năng bảo mật của hệ thống 5G là các công nghệ quan trọng để tạo ra các mạng riêng ảo 5G hỗ trợ các phương án sử dụng Công nghiệp 4.0.

MEC cung cấp cho hệ thống 5G khả năng nhận biết theo thời gian thực, TSN tạo điều kiện kết nối các thiết bị công nghiệp tới mạng di động và cung cấp khả năng điều khiển các thiết bị này, các tính năng anh ninh bảo mật của kiến trúc 5G tăng cường mức độ an ninh của mạng riêng.

Điện toán vùng biên mạng đa truy cập (MEC)

MEC đưa năng lực tính toán tới gần người dùng và giúp tạo ra độ trễ thấp. MEC còn cho phép giảm áp lực nhu cầu năng lực tính toán từ những thiết bị cần nhiều nguồn lực tính toán như kính thực tại ảo tăng cường (AR) và robot vô tuyến. Công nghệ này cho phép giảm nhẹ yêu cầu về nguồn lực tính toán từ các thiết bị này đối với máy tính tại vùng biên mạng có sử dụng kết nối 5G, giúp giảm trọng lượng và nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các loại kính AR/robot.

Hình 1 đưa ra ví dụ về thiết bị AR sử dụng mạng riêng 5G Một số lợi ích của các loại kính AR bao gồm: tăng cường an toàn cho người lao động, cung cấp hỗ trợ từ xa và giúp đào tạo người lao động trong môi trường ngày càng phức tạp. Trong ví dụ này, một camera được tích hợp sẵn trong một thiết bị AR chụp ảnh và gửi tới máy chủ để xử lý. Máy chủ xử lý này xác định ảnh trường hiện tại của camera và những tính năng tăng cường tối ưu đã được đăng ký trước có thể chèn vào hình ảnh này. Sau đó, máy tính sẽ dựng lại hình ảnh đã được tăng cường và gửi đến kính AR để hiển thị.

Những tính năng tăng cường trong trường quan sát của camera cần phải theo sát chuyển động của thiết bị AR mà không làm biến dạng hình ảnh. Phương án sử dụng này cần năng lực tính toán khá lớn, tốc độ truyền dữ liệu đường lên, đường xuống cao và độ trễ thấp.

Hình 1. Ví dụ về mạng riêng 5G, ứng dụng điện toán biên cho phương án sử dụng AR (Nguồn: Viện công nghệ điện tử Hàn Quốc).

Mạng độ trễ thấp (TSN)

Hỗ trợ TSN là một tính năng quan trọng khác của các mạng riêng 5G. Tính năng này là một cấu phần quan trọng để tự động hóa nhà xưởng. Các tính năng độ trễ thấp sẵn có trong 5G có thể tạo ra các kênh thông tin liên lạc toàn diện, xuyên suốt toàn bộ cơ sở hạ tầng. 

Nhiều mạng riêng 5G sẽ được triển khai tại các nhà máy hiện tại sử dụng hạ tầng thông tin liên lạc hữu tuyến đang trong quá trình ứng dụng TSN hữu tuyến. Để có thể tạo ra các ứng dụng Công nghiệp 4.0, cần đưa các tính năng TSN lên 5G (và ngược lại). Hình 2 biểu diễn cấu trúc 5G hỗ trợ TSN tiêu biểu.

Hình 2. Mạng 5G hỗ trợ TSN

An ninh bảo mật

An ninh bảo mật là một khía cạnh quan trọng cần xem xét trong quá trình triển khai mạng riêng 5G. Kiến trúc 5G (Hình 3) bao gồm các tính năng bảo mật được tăng cường đáng kể so với các thế hệ công nghệ thông tin di động trước đó, bao gồm tính năng mã hóa mạnh và an toàn hơn, cũng như các hệ thống nhận thực. 

Kiến trúc mạng 5G được thiết kế để bảo đảm an ninh bảo mật cho các loại dịch vụ do mạng cung cấp, như thoại, điều khiển chức năng robot hay thu thập dữ liệu từ hàng trăm bộ cảm biến.

Hình 3. Kiến trúc an ninh bảo mật của 5G 3GPP.

Sự trỗi dậy của các mạng riêng 5G

Ngành sản xuất chế tạo đang ứng dụng 5G ngày càng nhiều. Theo một nghiên cứu mới đây² được thực hiện với các nhà lãnh đạo cấp cao từ hơn 1000 tổ chức công nghiệp, 30% tổ chức tham gia nghiên cứu cho biết họ đang trong hoặc hoàn thành giai đoạn thử nghiệm, và 40% dự kiến  triển khai 5G tại ít nhất một cơ sở của mình trong vòng 2 năm tới. 

Ngoài ra, nhiều doanh nghiệp (64%) cho biết họ có kế hoạch ứng dụng các dịch vụ vùng biên mạng trên nền công nghệ 5G trong vòng 3 năm tới, và hơn một phần ba các tổ chức công nghiệp tham gia khảo sát cho biết họ mong muốn triển khai các mạng riêng 5G. 

Tuy nhiên, mạng riêng 5G tạo ra những khó khăn thách thức đáng kể cho các nhà sản xuất và đối tác của họ. Các nhà sản xuất cần bảo đảm vùng phủ mạng, kết nối và độ ổn định. Họ cần có chiến lược toàn vòng đời mạng để có thể đạt được mục tiêu này. 

Tìm hiểu thêm về mạng riêng 5G với các chuyên gia Keysight tại Các chương trình podcast All Thing 5G "Supercharging Private Dedicated Networks"và "Time-Sensitive Networking Goes Wireless".

¹ Nghiên cứu của ABI, “Kinh doanh mạng biên 5G”, 3Q 2021.
² Tăng tốc cách mạng công nghiệp 5G: Báo cáo hiện trạng 5G và vận hành mạng biên trong công nghiệp, Capgemini Research Institute, 2021.

Theo Tạp chí Điện tử