Tầm ảnh hưởng của mạng 5G và LPWAN với các ứng dụng IoT Công nghiệp
06/04/2020
Đây là phần một của loạt bài ba phần sẽ đề cập đến 5G và LPWAN và tác động của chúng đối với IoT công nghiệp.
- Phần một giải quyết câu hỏi, 5G là gì đối với IIoT?
- Phần hai sẽ nói về một số “bí ẩn” về 5G và LPWAN
- Phần ba sẽ cung cấp một cái nhìn với 5G và LPWAN về những khả năng, kiến trúc và ứng dụng mới mà các công nghệ này sẽ kích hoạt.
Năm 2019, công nghệ 5G đã leo lên đỉnh cao của đường cong trên Chu kỳ Gartner Hype cho các công nghệ mới nổi. Điều đó có nghĩa là chúng ta đã đạt đến đỉnh điểm của sự tò mò, hứng thú và nhầm lẫn về công nghệ, nó sẽ được sử dụng như thế nào và khi nào nó sẽ sẵn sàng. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giúp giải quyết sự nhầm lẫn về mạng 5G và mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN).
Trong thế giới của IoT công nghiệp, 5G và đối thủ cạnh tranh LPWAN đáng chú ý của nó, LoRaWAN sẽ là những nhân vật chính trong việc hỗ trợ và tăng tốc triển khai IoT.
Hãy bắt đầu với 5G. 5G đại diện cho thế hệ thứ năm của công nghệ di động. Nếu bạn có một chút bối rối về việc nhắn tin xung quanh 5G và những gì nó có thể làm được thì rất có thể vì 5G đại diện cho một loạt các khả năng khác nhau nhắm vào nhiều trường hợp sử dụng sẽ có sẵn tại các điểm khác nhau trong vòng đời của 5G.
Để giữ mọi thứ đơn giản, hãy chia 5G thành ba nhóm:
- 5G để có thêm tốc độ
- 5G cho độ trễ cực thấp
- 5G và LPWAN cho các thiết bị kết nối năng lượng thấp và tốc độ chậm
5G để cho tốc độ nhanh hơn
Hãy bắt đầu với cách dễ dàng nhất để nắm bắt trường hợp sử dụng 5G, đó là về tốc độ. 5G cung cấp khả năng thông lượng gấp 10 đến 100 lần so với LTE thế hệ thứ tư. Theo Fierce Wireless, người đo lường hiệu suất của các nhà mạng tại Hoa Kỳ, ngày nay, các mạng 4G LTE ở Hoa Kỳ có thông lượng trung bình thực tế lơ lửng trong phạm vi 25 Mbps. Với 5G, tốc độ lý thuyết bắt đầu khoảng 1 Gbps, với khả năng đạt 10 Gbps bằng cách sử dụng tổng hợp băng tần. Kết quả thực địa tại các thị trường triển khai sớm đã công bố kết quả từ hàng trăm Mbps đến 1,2 Gbps.
Nếu chúng ta chỉ nghĩ về tác động của 5G trên thị trường thiết bị cầm tay di động, thì đây không phải là điều thú vị. Tốc độ cao hơn là tốt khi bạn tải xuống năm mùa của series Thung lũng Silicon. Nhưng, phần chậm nhất trong thiết bị cầm tay của bạn là giao diện người - khả năng mắt và tai của bạn tiêu thụ dữ liệu, hoặc ngón tay hoặc giọng nói của bạn để tạo dữ liệu. Trường hợp sử dụng đó hầu như không yêu cầu tốc độ gigabit. Nhưng, nếu thay vào đó, chúng tôi xem xét những thứ như thay thế sợi 5G, cung cấp kết nối gigabit cộng với các doanh nghiệp, gia đình, hệ thống giám sát, địa điểm từ xa, nút giao thông, tất cả đều có chi phí nối dây bằng 0, bạn có thể hình dung cả cách ứng dụng mới sẽ được kích hoạt, cũng như công nghệ hiện tại sẽ bị phá vỡ như thế nào.
5G cho độ trễ siêu thấp
Độ trễ biểu thị độ trễ giữa việc bắt đầu yêu cầu dữ liệu và nhận phản hồi. Trạng thái hiện tại của độ trễ LTE ở Hoa Kỳ nằm trong khoảng từ 40 đến 60 mili giây. Điều này đủ nhanh cho giao diện người-thiết bị cho các ứng dụng chúng ta sử dụng ngày nay. Nhưng 5G giữ lời hứa về độ trễ mạng xuống thấp đến 1 mili giây. Mức độ trễ đó mở ra cơ hội cho nhiều trường hợp sử dụng thời gian thực. Cộng đồng game thủ sẽ thích nó. Các ứng dụng mới sẽ xuất hiện ở những nơi cần kết nối giữa người với người theo thời gian thực. Bạn muốn ghi lại một phiên biểu diễn trong thời gian thực giữa các nhạc sĩ ở New York, L.A. và Chicago? Bây giờ họ có thể biểu diễn trực tuyến cùng nhau trực tiếp như thể tất cả họ đang đứng cùng nhau trên một sân khấu.
Nhưng ma thuật thực sự sẽ có trong các ứng dụng điều khiển chuyển động và máy móc, nơi mọi thứ chuyển động nhanh hơn con người, cần độ chính xác và rất nhiều điều có thể xảy ra trong 50 mili giây. Swarms of Drone sẽ có thể liên lạc với nhau trong thời gian thực. Điều khiển chuyển động tốc độ cao trong tự động hóa và sản xuất sẽ không còn bị ràng buộc bởi các cáp dữ liệu tốn kém để cài đặt. Loại bỏ độ trễ giữa thế giới vật lý và kỹ thuật số của chúng tôi sẽ cho phép các ứng dụng thực tế gia tăng mới, nơi chúng tôi sẽ có thể phủ thông tin kỹ thuật số với trải nghiệm cảm giác của chính chúng tôi trong thời gian thực.
Có một cảnh báo với lợi ích của 5G đặc biệt này. Bạn sẽ chỉ trải nghiệm lợi ích về độ trễ cực thấp này nếu bạn đang được phục vụ trong các dải bước sóng milimet tần số cao của dải tần 5G. Đây là 24GHz và tần số cao hơn. Thách thức với điều này là, khi tần số tăng lên, phạm vi và khả năng xuyên qua vật cản đi xuống. Vì vậy, nếu bạn có kế hoạch xây dựng nhà máy công nghệ cao dựa trên mạng 5G, bạn sẽ cần phải làm việc với nhà cung cấp dịch vụ của mình để lắp đặt một bộ ăng ten sóng milimet 5G trong toàn bộ cơ sở của bạn. Nếu bạn ở trong một thành phố đông dân, các nhà mạng lớn có thể sẽ đầu tư vào việc triển khai trang các khu phát sóng di động với bước sóng milimet. Nếu bạn ở nơi có mật độ thấp hoặc khu vực nông thôn, bạn dường như không có khả năng trải nghiệm lợi ích của độ trễ thấp đó.
Đã có nhiều nghiên cứu về cách 5G sẽ cho phép các phương tiện tự điều khiển và tự ra quyết định. Điều này có thể đúng, nhưng ý kiến của tôi là, nó có thể được cường điệu hóa. Độ trễ thấp chắc chắn rất quan trọng đối với việc điều khiển chuyển động tốc độ cao. Nếu bạn biết độ trễ của mình và bạn biết tốc độ của mình, bạn có thể dễ dàng tính toán vùng đệm hoặc biên sai số, để đảm bảo kết quả luôn chính xác. Nhưng quan trọng hơn độ trễ là một khái niệm khác gọi là tính xác định. Nếu độ trễ có thể là 1 ms hoặc có thể là 5 hoặc 10 ms, thì khó có thể tận dụng bất cứ điều gì hơn độ trễ trường hợp xấu nhất của hệ thống. Các ứng dụng tốt nhất cho lợi ích độ trễ cực thấp của 5G sẽ có trong các ứng dụng tại các cơ sở cố định, nơi có thể đảm bảo cơ sở hạ tầng mạng sóng milimet.
5G và LPWAN dành cho các thiết bị tốc độ kết nối thấp, công suất thấp
Nếu bạn đã nghe nói về LTE Category M1 và Narrow Band IoT (NB-IoT), thì chúng cũng là một phần của gia đình 5G. Trớ trêu thay, Cat M1 và NB-IoT không có gì về tốc độ cả. Ngược lại, họ nói về việc làm chậm việc liên lạc để tăng phạm vi và giảm mức tiêu thụ điện năng. Bộ công nghệ 5G này cho phép chúng tôi tích hợp truyền thông không dây vào các thiết bị nhỏ, tiêu thụ năng lượng cực thấp. Các thiết bị này có thể chạy bằng pin, hoặc thậm chí chạy bằng các nguồn năng lượng như năng lượng mặt trời. Các cảm biến trên đường, trong các cây cầu và các lĩnh vực đều tăng thêm khả năng cho chúng ta kết nối thế giới vật lý và kỹ thuật số.
5G Category M1 và NB-IoT là một công nghệ duy nhất nhằm kết nối các cảm biến năng lượng thấp. Một công nghệ cạnh tranh có tên LoRaWAN sử dụng phổ không được cấp phép để nhắm mục tiêu vào cùng một ứng dụng. LoRaWAN sử dụng các băng tần thấp, không có giấy phép (915 MHz ở Bắc Mỹ) và công nghệ không dây tiên tiến để đạt được phạm vi tuyệt vời và truyền thông năng lượng thấp cho các thiết bị tốc độ rất thấp. LoRaWAN, 5G Category M1 và NB-IoT sẽ cạnh tranh cho nhiều ứng dụng cảm biến không dây công suất thấp tương tự.
5G và LPWAN sẽ cho phép các công nghệ IIoT phát triển hơn nữa hơn nữa và các trường hợp sử dụng liên tục tăng trưởng. Một số lợi ích của nó sẽ đến sớm hơn những lợi ích khác. LTE Category M1, NB-IoT và LoRaWAN đã sẵn sàng cho thị trường ngày hôm nay. Một số tính năng sẽ tung ra ở các thị trường khác nhau ở các mức giá khác nhau. Và vẫn còn những người khác sẽ mất nhiều năm để tiếp nhận và sử dụng chúng. Bây giờ là thời điểm tuyệt vời để bắt đầu hình dung và đánh giá cách thức và thời điểm các công nghệ này sẽ tác động đến sản phẩm, dịch vụ và hoạt động của bạn.
Bài viết của Mike Fahrion – CTO, Advantech IIoT Solutions
