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5G工业应用加速渗透普及 硬体IT化受惠Open RAN架构
[作者 陳念舜]   2021年03月30日 星期二 浏览人次: [4232]

有别於4G时代之前通讯主要以人际沟通为主,直到进入5G时代之後,则开始吸引工业应用介入,台湾也在产官研多方支持下,陆续传出合作成果,除了有电信营运商力促垂直应用整合,ICT设备制造业者也可??利用Open RAN开放架构及官方补助政策先行,加速於工业应用场域渗透普及。


对於台湾传统制造业而言,虽然随着工业2.0~3.0时代有线工业通讯协定Fieldbus、Ethernet不断演进以来,曾有蓝牙、WiFi等无线传输系统於工厂内部有限覆盖范围、频宽、速率之下短暂应用,且到了3G~4G时代适逢工业4.0蔚为主流,开始有少数业者将之导入工业物联网(IIoT)科技,但初期仍受制於厂内高温、噪音环境和遍布金属干扰源的严苛条件,以及居高不下的通讯费用,让制造业者裹足不前。


直到各国5G纷纷宣布开台以来,因相较於4G明显提升了高速、宽频、低延迟、广连结等优势,加上防疫期间带动零接触、远距作业数位转型需求,供应链面临前所未有的转型压力,造就传统制造业迈向无线移动通讯的契机,导入工业物联网(IIoT)、AI人工智慧、边缘/云端运算等新兴产业生态系;英、德、日、美等多国还为企业专网提供频谱,降低企业成本,催生出5G专网工厂等垂直应用场域。


虽然目前优先采用者仍以资本雄厚的企业为主,中小企业唯有整合电信营运商结盟打群架,始能掌握未来商机,成为扩大市场的必要策略。近年来台湾从半导体至机械业对於5G智慧工厂的部署也正加快脚步,纷纷投入企业专网(private network)应用,料将成为电信营运商未来数年提升营收获利的关键,各地如火如荼遍设基站。


根据工研院最新统计,至今全球5G行动用户渗透率约2.44%,其中南韩约1,000万家5G用户,共建立12万座基站;美国410万用户,建立8万座基站;中国大陆用户1.6亿,基站70万座;台湾5G用户100万,基站1.5万座。行政院也为此成立「数位发展部」,整合各部会数位转型计画。


今年初立法院最新三读通过的行政院「前瞻基础建设计画第三期特别预算案」中也将「数位建设」列为主轴,其中的《5G网路建置费补助作业要点》随之出炉後,预计将有助於加速加量建置5G行动网路,将原规划5年内电波人囗涵盖率50%,提升至2.5年内85%。


预计NCC今明2年共编列155亿元(99亿2,300万+55亿7,300万)补助预算里,将有97%(约150亿元)透过「非垂直场域」,直接补助得标的5家电信业者超过所承诺的各年度建设5G基地台数量为基准,就超过部份始补助给予5成(49.99%)为上限的网路建置成本,已提高未来5年将建置的5G基地台数量增3倍;剩下3%(约4亿6,500万元)则可藉由「垂直场域」,补助电信业者与正携手迈向工业4.0目标的传产工具机、物联网ICT业者导入5G应用服务,以促进智慧制造等相关领域发展。



图1 : 有意打造关灯智慧工厂的业者,也可藉此导入高效能、变动弹性大的无线通讯装置,来配合厂内各种移动装置,降低人员因搬运、高重复性的作业造成职业伤害的风险(source:ericsson.com)
图1 : 有意打造关灯智慧工厂的业者,也可藉此导入高效能、变动弹性大的无线通讯装置,来配合厂内各种移动装置,降低人员因搬运、高重复性的作业造成职业伤害的风险(source:ericsson.com)

未来有意打造5G专网工厂者,就能藉此导入高效能、变动弹性大的无线通讯装置,来配合厂内各种移动装置,如:无人搬运车或机器人(AGV/AMR)、天车OHT等,即可通过高速传输、即时反??图资和地貌引导资讯进行影像分析辨识,降低人员因搬运、高重复性的作业造成职业伤害的风险;甚至於制程中协助AOI+AI检测应用,同步提升整体产能与产品品质。


5G工业应用落地 开放架构促IT硬体优先获利

且随着5G渗透率提升,带动终端需求提升及应用蓬勃发展,也将驱使电信营运商加速基础建设投资,引进开放式电信架构Open RAN,业者只须采购符合规范的设备,再利用云端或软体便可建立包含基站在内的5G终端接取网路系统,毋须再局限於单一设备供应商的限制,直接向资通讯设备ODM制造业者采购如A公司设计的核心网路、B公司基地台天线、C公司网路交换器、D公司提供路由器等网路串接设备,打破既有国际品牌大厂垅断局面。


为了尽快让电信业者建设高速率、大频宽、低延迟的网路,让传统产业也能够「数位转型」,同时鼓励电信业者使用台制网通设备品牌,NCC将补助比率依建设数量、频率数量及新建网路(包括基地台)使用国产厂牌设备比例分别设定级距,超过门槛数愈多者补助比率愈高,使同业之间彼此竞争,带动台厂品牌设备发展。来强化发展自主产业链。NCC表示,2023年开始将严格要求5G设备采购须达到40%国产化比率,未来台湾网通业者生产的小型基地台(small cell),可??先从小区域的实验网路做起。



图2 : 这波5G应用浪潮的首波获利者将是IT硬体设备和元件制造厂商,也促成设计IT化,更方便客户使用或量身订作。(source:media.springernature.com)
图2 : 这波5G应用浪潮的首波获利者将是IT硬体设备和元件制造厂商,也促成设计IT化,更方便客户使用或量身订作。(source:media.springernature.com)

若能藉此打造富有弹性和价格实惠的5G网路系统,还会大幅降低网路布建的成本压力,让企业在设备和组网模式上有更多选择,对电信营运商和5G产业发展都会带来良性的驱动作用,成为台湾网路资通讯设备业者的优势。依Gartner预估,2021~2025年全球开放式电信架构产业产值将以约30%的年复合成长率持续成长,5年後产值达到350亿美元以上。


工研院资讯与通讯研究所所长阙志克便指出:「这波5G应用浪潮的首波获利者将是IT硬体设备和元件制造厂商,包含台湾电子五哥和周边网通设备业者,皆顺势配合Open RAN开放架构推出5G小基站,也促成设计IT化,更方便客户使用或量身订作,不必像过去受到CT业者掌控为主,未必能满足一般使用者需求,而成为影响制造业OT+IT采购意愿的转捩点。


广达旗下资料中心与5G ORAN解决方案云达科技日前也宣布,其自主开发的台湾首座符合3GPP第15版规范的5G SA(独立组网)核心网,并配备OAM(操作管理维护)软体,已率先通过工研院5G开放网路验测平台验证,成功连接到合作厂商的无线电接入网(RAN)及第三方的5G用户设备,实现从边缘到核心、端到端的5G讯号传输,将在国家队政策助攻下,实现「5G设备、台湾制造」目标。


此由经济部工业局与工研院、国际大厂打造的5G开放架构实验平台,主要透过邀请业者自组团队,提出完整的解决方案,并完成商用化互通性测试,该平台也将透过国际开放网路架构组织(如O-RAN及TIP)合作,为台湾厂商打开海外RRAN电信设备商机。


5G工业应用标准推陈出新 鸿海力推Open RAN解决方案

此外,基於5G网路标榜的超可靠、低延迟与时效性网路(TSN,Time-Sensitive Networking,时效性网路)能力,也是工业自动化应用的关键之一,可为制造业者实现智慧工厂的理想,期待透过5G时效性网路配接器记录封包的进出时间,工业物联网装置便能利用这些纪录,达到完美的时间同步。目前5G网路已释出的3GPP Rel-16标准近期还发布了多项新功能,其中包含了超可靠、低延迟通讯(URLLC),若结合运用网路切片技术(Network Slicing),将可??支援企业在工业物联网(IIoT)应用及5G 专网部署,提升精准定位能力。


鸿海科技集团董事长暨鸿海研究院院长刘扬伟便指出:「其实顾客的需求千年不变,改变的只是满足的方法!例如随着人囗递增使得供应链变得越来越复杂,导致通讯变成非常重要的工具。」在4G时代只为了满足人际沟通,但到了5G时代因具备低延迟、广覆盖特性,便促成了万物相连的结果,为电子业供应链带来「新应用」、「新建设」两大商机。



图3 : 鸿海科技集团董事长暨鸿海研究院院长刘扬伟便指出:「其实顾客的需求千年不变,改变的只是满足的方法!例如随着人囗递增使得供应链变得越来越复杂,导致通讯变成非常重要的工具。」(摄影:陈念舜)
图3 : 鸿海科技集团董事长暨鸿海研究院院长刘扬伟便指出:「其实顾客的需求千年不变,改变的只是满足的方法!例如随着人囗递增使得供应链变得越来越复杂,导致通讯变成非常重要的工具。」(摄影:陈念舜)

其中「新应用」系用来满足人类需求,包含车联网,须透过5G即时处理、传送因为额外增加许多感测器搜集的资讯;智慧工厂,则由下而上依序分为设备层、管理层、企业层。刘扬伟进一步指出,在鸿海定义的「设备层」时效优先,须能快速反应并连结、搜集现场数据,还要能即时反??控制,因此必须要有相对可靠且稳定的5G+时效性网路TSN,可确保设备高时效性的重要资料,都能通过标准网路基础设施即时发送出去,进行运算及控制。


「管理层」则诉求功能优先,以部署工厂核心应用,连接不同数据来源。刘扬伟特别强调,随着5G逐渐开展,Wi-Fi 6技术也跃升成为联网的主流规格,两者在企业专网应用上能否相互取代将再度成为焦点,但两者差异主要在於「方便性」!


由於每个无线基地台都会限制通讯范围,避免彼此干扰。所以每当使用者移动时,基地台就会自动切换到另外一个基地台,刘扬伟说:「相较於5G系统的基地台之间可以自动「换手(Hand off)」,使用者可以完全无感,持续通话或上网,Wi-Fi热点却必须由使用者搜寻後再输入密码连线,对於自走型设备AGV/AMR显然比较麻烦。」加上5G则在覆盖范围和连网稳定度上较具优势,低延迟特性更具发展潜力,只是终端设备相对昂贵,所以在专网应用上仍有一定的互补需求,端视企业对延迟(latency)耐受度而定。


以及「企业层」诉求财务规划、智慧决策,刘扬伟放眼未来,企业高层将可透过5G无缝接轨专网,管理不同厂区,连结厂内设备及厂外AI服务,使得工厂运作更有效率。


「新建设」则基於5G专网造成基站及所需设备越来越多,加上基地台的通讯范围愈小,服务的人数就愈少,每个人分到的资料传输率愈高,让大家上网速度变快,所以5G和未来的6G正朝向「小型基地台(Small cell)」发展。不像以往仅由3家大企业垅断,造成更新、维修耗时又贵,如今可??经由Open RAN认证网通设备降低成本,对电信营运商、终端应用客户有利;设备制造厂商也可藉此加速进步,针对不同产业专网需求客制化,去除不必要功能。


鸿海集团现也针对终端数据采集,提供内建5G或其他工业通讯接囗的各式采集设备如SMB、控制设备以及感测设备等,以及4G、5G小型基站设备等。根据开放网路架构Open RAN,提供可根据自身需求弹性订制CU、DU与RU组合的分离式架构方案,而两者皆支援公网与私网部署。



图4 : 鸿海集团推出的「新建设」,可??经由Open RAN认证网通设备降低成本,对电信营运商、终端应用客户有利,设备制造厂商也可藉此加速进步。(source:鸿海科技集团)
图4 : 鸿海集团推出的「新建设」,可??经由Open RAN认证网通设备降低成本,对电信营运商、终端应用客户有利,设备制造厂商也可藉此加速进步。(source:鸿海科技集团)

同时透过旗下鸿龄科技揪团找来台湾机械工业同业公会、工业技术研究院、鼎新电脑四方结合资源及经验,以「智慧机械」与「智慧制造」双引擎主轴,打造智慧机械云生态系平台;并透过设备联网订阅式服务,加速中小企业数位转型。


鸿海科技集团??总裁吕芳铭指出,智慧机械或者智慧制造导入产业有一定的步骤。从最早的电脑化开始、进入自动化、联网化、数位化,甚至到最近常被提及的智慧化、可视化,均为可以预见的进程,如何把联网过程中产生的数据流变成可视化是智慧制造的关键,可视化不但可以帮助连接各种设备,取得数据、建构模型,也可以有效协助产线运作,着眼於此,未来鸿海不仅会在计算的能量投注心力,也会在5G工业专网的研发以及工业互联网平台上持续投入。


**刊头照(source:p1.nanmuxuan.com)


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