5G 精确计时如何改变我们的自动化世界

　　当你听到“自动化”这个词时会想到什么? 你们中的一些人可能会立即想象一排机械臂沿着装配线用于制造汽车。 其他人可能会想到自动驾驶汽车本身，甚至是当您将卡插入 ATM 时在金融机构发生的一系列电子交易。

　　5G 网络和自动化系统

　　今天，自动化无处不在。我们生活在一个更基本的过程比以往任何时候都更少依赖人工输入的世界。随着自动化几乎涵盖所有已知的工业部门，我们看到机器决策和行动在娱乐、交通、制造、公共安全、农业、自然资源勘探等众多领域的影响。

　　在 5G 网络部署的最初几年，人们非常关注 5G 网络如何为消费者服务。然而，企业和工业用例的新连接需求可能与消费者用例的需求大不相同。数据速率和吞吐量可以作为互联网浏览和视频流等消费者用例的主要基准，但企业和工业部门的要求可以比这些简单的连接类型更进一步——更深入到更深层次的业务流程自动化.幸运的是，5G 专为这些新的更深层次的精度而设计。

　　在许多情况下，自动化系统需要极其精确的时间来确保一致的操作。想想拍摄充满爆炸和汽车追逐的大预算动作序列所需的精细摄像机移动，或县监狱中的自动锁定机制，或石油和天然气行业现代钻井平台使用的精密钻孔技术。所有联锁机制和数据供应都必须非常快速地进行，必须同步，并且必须以极高的可靠性交付。在某些情况下，此类系统的精度要求可能接近一微秒 (1usec) 或更快。

　　在 5G 之前的网络世界中，能够以满足其中一些新要求的方式交付数据一直具有挑战性。然而，5G 旨在实现帮助各种企业和行业进行数字化转型的愿景。一般来说，5G 已经标准化，可以以峰值理论速度提供高达 10 Gb/秒的数据，网络延迟低至 1 毫秒 (msec)，每平方公里多达 100 万台设备 - 五个 9 (99.999 %)的正常运行时间可靠性。然而，基于 5G 的精密计时系统可能会进一步推动这些通用规范的界限。

　　在我们最新的白皮书“了解 5G 和时间关键型服务”中，5G Americas 探讨了 5G 网络中精确计时的未来机会，以及它们如何开始解决时间关键型服务的一些最具挑战性的基本要求。与构成众多授时系统基础的基于卫星的精度相比，5G 网络提供了独特的能力：提供微秒级精度的室内覆盖和无线授时。

　　例如，在商业银行业务中，资产交换和高频交易通常需要 1 微秒到 1 毫秒的时间精度，具体取决于监管标准和政府制定的其他因素。 对于某些精确计时解决方案(如全球导航卫星系统 (GNSS))，这些通常是极具挑战性的用例，因为它们通常是室内部署。 使用小型蜂窝技术可以更成功地在室内交付 5G 网络。

　　另一个示例是具有多个需要彼此相位同步的发电机的电网应用。 这需要在每个变电站进行非常精确的计时。 虽然这些室外系统通常使用 GNSS，但 5G 网络可能能够提供可靠的备份解决方案，从而提高电网的弹性。

　　5G 和精确计时

　　精密计时的一个巨大领域涉及制造。现代工厂操作多种类型的机器，这些机器需要与工厂系统的其他部分完全协调工作——现代网络必须考虑到大量遗留机器和系统以实现互操作。从历史上看，精确计时系统一直依赖 GNSS 和其他系统来提供所需的计时精度，但是已经开发了具有不同精度的不同计时协议和来源。

　　此外，不同级别的定时精度也会影响系统中可以成功同步的用户设备的数量。用户特定的时钟同步精度级别不仅将决定同步设备的数量，还决定服务区域和可以使用精确定时的场景类型。正如您在下面看到的，时钟的准确性将影响系统完全同步其所有相关部分的能力。

　　鉴于所有这些复杂性，5G 网络现在正在得到增强，能够解决许多新的垂直行业和工业任务关键型用例。从第三代合作伙伴项目 (3GPP) 第 16 版开始并在第 17 版中进一步增强，已经创建了超可靠低延迟通信 (URLLC) 和时间敏感网络 (TSN) 标准中的技术，以专门解决这些工业垂直用例需要。

　　寻找工业和自动化解决方案的势头无处不在，因为电气和电子工程师协会时间敏感网络 (IEEE 802.1 TSN) 标准为工厂提供了一种潜在的融合网络技术，以在延迟敏感的工业应用中实现确定性和低延迟通信。由于能够为智能工厂提供灵活的无线数据访问和全面连接，IEEE 802.1 TSN 看起来像是对精确时间协议 (PTP) 或其变体(例如需要有线以太网连接的 IEEE 802.1AS)的有吸引力的补充。

　　结论

　　总体而言，我们刚刚开始利用 5G 网络在精确计时和计时即服务 (TaaS) 方面必须提供的功能。在接下来的几年里，随着业务需求的充实和基于 5G 的计时系统集成到流程中，我们可以看到许多新的大门随着自动化打开。我们只是在一些伟大的事情的风口浪尖上。让我们看看未来会带来什么。