¿Qué hará la 5G por el IoT/IIoT?

Para conocer el impacto del servicio de banda ancha móvil 5G en IoT/IIoT, entrevisté a Jai ​​Suri, vicepresidente de desarrollo de aplicaciones IoT y Blockchain de Oracle, y Mike Anderson, arquitecto de sistemas integrados y consultor en la industria aeroespacial. Les pregunté si estamos cerca de llevar 5G a la industria o si es probable que otras aplicaciones lleguen primero. Según ambos, es complicado.

“5G se diseñó con casos de uso de IoT en su núcleo, mientras que 4G y los estándares anteriores se diseñaron principalmente para la transferencia de voz y datos. Con 4G/LTE, las descargas rápidas de datos permitieron la transmisión de contenido, y 5G marcará el comienzo de una comunicación ultrarrápida y de baja latencia y la capacidad de manejar millones de dispositivos por kilómetro cuadrado”, dijo Suri.

Es importante comenzar con un par de aclaraciones. El término 5G no se refiere a la frecuencia, simplemente significa que es la quinta generación de comunicaciones inalámbricas de banda ancha móvil (consulte "Comprender las implicaciones de 5G celular", Sensor Technology, marzo de 2020). Y no es solo una frecuencia, cubre tres bandas:

• La banda baja es de 600 a 850 MHz. Esto no es mucho más que el 4G disponible actualmente.

• La banda media cubre el rango de 2,5 a 3,7 GHz.

• La banda alta opera de 25 a 39 GHz. Las señales en este rango de frecuencia generalmente se denominan ondas milimétricas y brindan el rendimiento extremo en el que muchas personas piensan cuando piensan en 5G.

5G en el IIoT

El Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP) es una organización internacional de estándares que desarrolla protocolos para telefonía móvil. Su Release 15 se centró en 5G para los consumidores, mientras que el Release 16 actual cambia el enfoque del consumidor al IIoT y otros mercados industriales. Su intención es, con el tiempo, publicar estándares para desarrollar e implementar un cuerpo creciente de aplicaciones 5G.

Los beneficios destacados de la onda milimétrica 5G son alta velocidad, baja latencia, gran cantidad de dispositivos conectados y alta confiabilidad. Con una conexión inalámbrica milimétrica de 5G, obtiene el tipo de rendimiento que esperaría de un enlace por cable. Y debido a su rango de alta frecuencia, normalmente no es susceptible a las interferencias eléctricas de los equipos cercanos.

Sin embargo, los grandes problemas son que la onda milimétrica 5G puede ser bloqueada por una ventana y no penetra muy lejos. Eso significa que necesita tener muchas celdas 5G para poder aprovecharlo. Según Anderson, en una fábrica de tamaño razonable, probablemente necesite 20 o 30 radios colocados en el techo sobre sus celdas de trabajo principales.

Las aplicaciones industriales suelen exigir una alta confiabilidad y 5G sin duda puede ofrecer eso. Como explicó Anderson, “la confiabilidad actual de la red 4G es del 99,8 %. Una tasa de caída de llamadas del 0,2 % se considera una red de telefonía móvil de nivel de operador súper confiable. Pero el requisito de confiabilidad para las aplicaciones industriales suele ser de seis nueves (99,9999 %). Las redes 5G pueden brindar ese nivel de confiabilidad mediante el uso de la duplicación de celdas, el uso inteligente del espectro de radio y antenas MIMO (múltiples entradas, múltiples salidas) masivas”.

Para llevar una señal 5G desde una empresa de telecomunicaciones a una fábrica, se tendría que instalar una antena que parece una torre de telefonía móvil en miniatura dentro del edificio. Para usar esto en una aplicación industrial, necesitaría una infraestructura mucho más grande dentro del edificio; no podría simplemente penetrar en el edificio y listo, es mucho más complicado. Dependiendo del rango de frecuencia, es posible que ni siquiera pueda ver la señal en el otro lado del edificio. Hay vigas y todo tipo de cosas que absorberán la señal. Entonces, necesitarías múltiples antenas. Quien esté instalando la fábrica debe asegurarse de que esas antenas tengan una cobertura adecuada dentro del edificio y que no haya puntos muertos.

Principales candidatos para 5G

Gemelos digitales

Un gemelo digital es una representación dinámica en tiempo real de un sistema físico. Por ejemplo, la industria aeroespacial utiliza gemelos digitales de forma más o menos regular. Si va a poner mucha tecnología en un satélite y enviarlo a la órbita terrestre baja, es probable que necesite servicio. Si hay actualizaciones de software, primero se pueden probar en la tierra en un gemelo digital, una contraparte digital en tiempo real del satélite, antes de cargarlo. Para que el gemelo digital se mantenga actualizado con lo real, se debe transmitir una gran cantidad de datos a alta velocidad, lo cual es perfecto para 5G.

Realidad Virtual y Aumentada

Para la realidad virtual, la latencia detectable es inaceptable. Por lo tanto, el alto ancho de banda, el alto rendimiento y la baja latencia de 5G encajan perfectamente. Una aplicación donde la realidad virtual es útil, en lugar de solo entretener, es para simuladores para capacitar a operadores de sistemas que podrían ser mortales si algo sale mal. Por ejemplo, operadores de aviones, ferrocarriles o barcos, y definitivamente operadores de reactores nucleares.

“Estuve en una sala de entrenamiento para una nave, donde solo ves paredes en blanco, pero cuando te pones las gafas de realidad virtual, ves todos los controles que normalmente esperarías ver en una nave. Si el simulador también es un gemelo digital, estos controles virtuales harán lo que harían en un barco real”, dijo Anderson.

“Otra aplicación de realidad aumentada permite a los técnicos de servicio, y especialmente a los técnicos de terceros, realizar un trabajo de reparación de alta calidad. La realidad aumentada podría guiarlos a través de todo el proceso de reparación, proporcionando un modelo prescriptivo de mantenimiento para identificar el problema y superponiendo visualmente la animación 3D en un video en vivo para mostrar la secuencia de pasos a realizar”, dijo Suri.

Mantenimiento Predictivo

5G también sería útil para el mantenimiento predictivo en los casos en que tiene una aplicación con grandes cantidades de datos de transmisión que desea rastrear y analizar.

Una aplicación crítica es para motores o generadores muy grandes que podrían causar daños graves si fallaran o podrían interrumpir servicios importantes como la generación de energía. El monitoreo en tiempo real para equipos remotos, como el monitoreo de compresores de gas en la industria del petróleo y el gas, es otro caso de uso crítico, según Suri.

Otro ejemplo es, si usted es una empresa de HVAC que vende unidades de techo, desea recopilar datos no solo para el mantenimiento, sino también sobre su uso. “El costo de usar una red 4G para recopilar datos útiles es de aproximadamente $3 a $5 por mes, por lo que si tengo una empresa que vende HVAC en la azotea y tengo 100 000 unidades implementadas, el gasto será muy significativo. Y procesar todos esos datos para obtener información útil aumenta aún más los gastos operativos”, dijo Suri. “Si las organizaciones pudieran brindarles a sus clientes información sobre el consumo de energía versus el nivel de comodidad, esos datos podrían usarse para vender una unidad más eficiente, o las organizaciones podrían ofrecer precios basados ​​en el uso donde simplemente cobran una tarifa mensual basada en la cantidad de horas que estaba corriendo.”

Computación perimetral

La promesa de 5G de baja latencia, alta velocidad y alta confiabilidad permite que la informática perimetral mejorada brinde a los ingenieros una caja de herramientas ampliada para diseñar redes.

Edge Computing es beneficioso de varias maneras:

• Con 5G, se puede realizar más computación en el borde porque el borde se puede redefinir para incluir "nubes locales". Anteriormente, la computación de baja latencia tenía que realizarse en cada nodo sensor, mientras que la computación menos sensible al tiempo podía asignarse a una red de nivel empresarial o a la nube pública. Pero la cantidad de computación que se podía realizar en los nodos sensores era extremadamente limitada debido a limitaciones prácticas en el tamaño físico y el consumo de energía.

• Sin embargo, con las conexiones 5G, los datos de los sensores remotos se pueden transmitir de forma inalámbrica a las "nubes locales", que consisten en computadoras listas para usar. Estas nubes podrían realizar computación de baja latencia, lo que permite que la toma de decisiones se acerque más a la fuente de los datos. Los paquetes de información significativa en lugar de datos sin procesar podrían enviarse tanto a las nubes empresariales como a las nubes públicas para un procesamiento y almacenamiento menos sensibles al tiempo.

• Además, es posible que las organizaciones deseen tener la capacidad de proteger los datos confidenciales de la exposición pública. Los sistemas perimetrales podrían procesar datos en la fuente y enviar solo información anónima y resumida a la nube para su posterior procesamiento.

Vehículos Autónomos

“Donde creo que verá 5G como una aplicación excelente, es en los vehículos autónomos”, dijo Anderson. “Tienen muchos sensores en ellos:lidar, radar, cámaras. Todos estos producen grandes cantidades de datos y requieren tiempos de respuesta muy rápidos con una latencia extremadamente baja. Los vehículos autónomos tienen que asimilar grandes cantidades de datos sobre su entorno en tiempo real y responder rápidamente”.

La comunicación entre un vehículo y todo lo que lo rodea, incluidos peatones, otros automóviles y semáforos, se conoce como V2X. Esta tecnología permite que los vehículos se comuniquen directamente entre sí para evitar accidentes. Además, si un automóvil se acerca a una intersección y hay un semáforo y ambos están conectados a 5G, el automóvil podría comunicarse directamente con el semáforo para comprender su estado actual.

“Para implementar 5G para vehículos autónomos, un Departamento de Carreteras del Estado probablemente otorgaría un contrato a un proveedor de telecomunicaciones (operador de telecomunicaciones), porque querrá aprovechar sus torres de telefonía celular y su infraestructura de apoyo”, dijo Anderson. “Para velocidades de datos altas y latencia baja, necesitaría un mínimo de 1 GHz de ancho de banda. Y si realmente quiere baja latencia, ahora está hablando en el rango de 25 a 27 GHz (rango milimétrico), lo que significa que necesita una torre celular en cada cuadra de una ciudad. En áreas rurales, probablemente puedas hacer unos 5 kilómetros entre torres”.

Dado que las torres de telefonía celular de telecomunicaciones actuales están espaciadas a unas 20 millas, se tendrían que construir muchas nuevas. Las ondas milimétricas de 5G requieren aproximadamente cinco veces más celdas que los rangos de frecuencia normales. La gracia salvadora es que el tamaño de una torre celular de 25 GHz es mucho más pequeño que las torres celulares de telecomunicaciones existentes.

“La realidad es que, al principio, la banda de ondas milimétricas estará destinada a los usos personales de las personas, por lo que la infraestructura se implementará de todos modos. Luego, el exceso de capacidad se venderá a la ciudad o al estado para su uso con vehículos autónomos”, dijo Anderson.

Logística

La logística puede beneficiarse al poder rastrear y ubicar una gran cantidad de vehículos en tiempo real. Esto sería una bonanza para los administradores de flotas. Muy a menudo, el seguimiento de paquetes se ha convertido en la recuperación retroactiva de información de un registrador de datos. Sin embargo, los sistemas de rastreo de vehículos en tiempo real usan GPS y datos celulares para transmitir información sobre la ubicación y la dirección del movimiento a una estación de control. Esos datos se pueden utilizar para solucionar problemas de rutas u optimizar las operaciones logísticas. Los sistemas de seguimiento de vehículos también pueden enviar información operativa sobre el vehículo, como los niveles de combustible, la presión de los neumáticos, el estado de encendido y la temperatura del motor, que se pueden usar para programar el mantenimiento. El uso de 5G en este tipo de aplicación también podría ser una aplicación excelente.

En Conclusión

La conclusión es que 5G tendrá un impacto significativo tanto en IoT como en IIoT, pero esto se desarrollará lentamente, algunos sectores antes y otros después. En general, el cronograma para una integración significativa de 5G en aplicaciones IoT/IIoT es del orden de cinco a diez años.

Este artículo fue escrito por Ed Brown, editor de Sensor Technology. Para obtener más información, póngase en contacto con Ed en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita habilitar JavaScript para verlo. o visita aquí .