Ce que les environnements OT peuvent tirer de l’intégration de la 5G aujourd’hui

Pour permettre véritablement la transformation numérique, l’automatisation industrielle et les applications en temps réel qui améliorent l’efficacité des usines, le secteur de la fabrication explore la possibilité d’intégrer la 5G et le TSN (time-sensitive networking).

Dans un blog de l’année dernière, nous avons décrit pour la première fois la possibilité que la 5G apporte les capacités en temps réel de TSN (time-sensitive networking) aux réseaux sans fil pour soutenir la communication industrielle.

À titre de rappel, le TSN introduit des mécanismes de qualité de service, de fiabilité et de configuration. Avec le TSN, différents types de trafic de données peuvent partager le même réseau, tout en maintenant un débit fiable dans des délais spécifiques.

Le rapprochement de la 5G et du TSN pourrait créer de nouvelles opportunités pour des environnements industriels entièrement connectés qui permettraient aux opérateurs d’obtenir un aperçu des opérations de l’usine en temps réel afin d’optimiser les ressources et d’améliorer l’efficacité et la productivité.

Mais trois obstacles se dressent sur le chemin de l’unification 5G-TSN, que nous avons abordés dans un autre blog récent.

Pour conclure notre série de blogs sur l'unification 5G-TSN (du moins pour l’instant), nous examinons les niveaux d’intégration de la 5G et ce qui est possible dans le monde d’aujourd’hui.

Explorer 3 niveaux d’intégration 5G

Il existe différents niveaux d’intégration de la 5G à prendre en compte dans l’automatisation industrielle. Chaque niveau s’accompagne de plus de complexité, mais aussi de la capacité d’améliorer ce qui est possible grâce à la 5G et au TSN.

Communication non publique

Le premier niveau d’intégration 5G est un réseau 5G qui permet une communication et une connectivité non publiques (privées). Cela est possible de deux manières :

1. Par le découpage du réseau, où un fournisseur de réseau offre une tranche de réseau avec certaines garanties de qualité de service (QoS). Plusieurs « locataires » accèdent au réseau, chacun avec son propre segment.
   
   
2. Grâce à la propriété OT, un réseau central 5G peut être établi en utilisant vos propres fréquences sous licence.

L’établissement d’un réseau de communication privé avec la 5G est souvent une bonne solution pour les usines qui ont besoin de surveiller et de configurer des stations distantes, par exemple. Peut-être ont-elles besoin de s’assurer qu’une pièce d’équipement fonctionne ou d’obtenir des mises à jour sur l’état des performances ou des fonctionnalités.

Grâce à l’intégration de la 5G, les appareils sont toujours accessibles et visibles, et une connectivité fiable est maintenue sur de longues distances. En règle générale, ce déploiement est utilisé pour surveiller les informations de base via la 5G en tant que deuxième canal. La latence n’est pas un élément à prendre en compte.

Communication transparente capteur-cloud 

Le niveau supérieur d’intégration de la 5G permet une communication transparente entre capteur et cloud afin de garantir la largeur de bande et la synchronisation sur une liaison 5G.

Ici, l’accent est mis sur un service fiable et une faible latence. La synchronisation transparente utilise une partie des critères URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communication) pour une communication urgente, ce qui garantit la largeur de bande et le transfert de données des unités de données du protocole Ethernet (PDU) et des fonctions du plan utilisateur (UPF).

La communication industrielle s’effectue via des protocoles Ethernet au sein de la couche 2 du modèle OSI, tandis que la communication IP se produit dans la couche 3. En règle générale, les protocoles industriels utilisent l’adressage de couche 2 pour permettre la communication entre les automates et les capteurs ou actionneurs. Les applications SCADA et de surveillance utilisent l’adressage de couche 3. Ce niveau d’intégration permet les deux types d’adressage sur le même réseau 5G.

Étant donné que l’intégration transparente du capteur au cloud garantit la largeur de bande, elle est idéale pour les situations où plusieurs systèmes stratégiques doivent fonctionner en même temps. Par exemple : les situations où l’activation d’une caméra IP pour la capture visuelle d’images ne peut pas interférer avec le flux de données de maintenance préventive.

La prise en charge de la synchronisation donne à toutes les données une signification relative et est nécessaire pour tout type d’analyse de données. Prenons l’exemple d’un long pipeline qui comprend cinq stations équipées de débitmètres. Vous voulez connaître la différence de temps entre les changements de débit dans les différentes stations ? Ces mesures correspondent-elles au modèle du pipeline ?

Pour répondre à ces questions, vous devez d’abord comprendre le timing (synchronisation) associé à chaque débitmètre. Parce que vous comprenez quand les données ont été capturées, vous pouvez mieux comprendre ce que les données vous disent. La synchronisation transparente convient également aux applications qui s’appuient fortement sur le déplacement transparent des données de processus vers le cloud pour une meilleure analyse et compréhension, telles que la maintenance préventive.

Communication déterministe

Le niveau d’intégration de la 5G le plus complexe, mais qui présente le plus de potentiel, est déterministe. Dans ces cas, les données circulant dans les deux sens doivent avoir un niveau de latence garanti pour s’assurer qu’elles arrivent à destination à temps.

Dans les communications déterministes, l’accent est mis sur un service hautement fiable et une latence ultra-faible, en respectant pleinement l’URLLC pour une communication urgente grâce à la mise en forme/planification temporelle et à la préemption de trame.

Cela permettrait aux usines d’exploiter un automate virtualisé ou un automate avec des capteurs et des actionneurs qui reposent à 100 % sur la connectivité 5G plutôt qu'à un mélange de connectivité 5G et sans fil. Un autre cas d’utilisation peut être une boucle de contrôle qui permet à un automate de contrôler sans fil un bras robotique.

Ce qui est possible aujourd’hui et demain avec l'intégration 5G-TSN

À ce jour, la communication déterministe via la 5G n’est pas encore possible. Bien qu’elle soit loin d’être disponible dans le commerce, le secteur fait de grands progrès.

Nous pouvons toutefois affirmer avec certitude que la communication fluide entre le capteur et le cloud évolue et sera réalisable le plus tôt possible.

En fait, Belden développe actuellement une architecture pour aider les usines de fabrication à construire l’avenir en intégrant la 5G et le TSN pour une intégration filaire et sans fil transparente. Lorsque ces innovations sont possibles, ces entreprises sont bien en avance sur leurs pairs lorsqu’elles peuvent tirer parti des opportunités qu’elles offrent de manière rentable.

En savoir plus sur les solutions TSN de Belden.

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