Niektóre z najbardziej zautomatyzowanych środowisk na świecie od dawna działają w oparciu o Wi-Fi (i nadal tak jest), rozszerzając je o kilka przemysłowych usprawnień, aby wspierać nowe urządzenia i aplikacje w miarę ich wdrażania.

Przez lata Wi-Fi było oczywistym wyborem w magazynach, logistyce i środowiskach produkcji dyskretnej, gdy budowano podstawy pod technologie mobilne, takie jak ręczne skanery, tablety, a nawet pierwsze zautomatyzowane pojazdy prowadzone (AGV).

W tamtym czasie było to również rozwiązanie bezprzewodowe, które miało największy sens pod względem kosztów i łatwości użytkowania.

Jednak wraz z pojawianiem się nowych aplikacji, które przekraczają możliwości Wi-Fi, oraz dojrzewaniem przemysłowych sieci komórkowych, Wi-Fi przestaje być domyślnym standardem. Koszty sieci komórkowych spadają, a ich zdolność do zapewnienia stabilnej, deterministycznej wydajności rośnie. To sprawia, że 5G staje się realnym kandydatem do obsługi obciążeń operacyjnych, które wcześniej wydawały się odpowiednie wyłącznie dla Wi-Fi.

Przemysłowe Wi-Fi vs. przemysłowa sieć komórkowa: czym się różnią?

Magazyny, logistyka i środowiska produkcji dyskretnej mają dziś więcej możliwości w zakresie łączności bezprzewodowej. W rezultacie coraz uważniej analizują, gdzie Wi-Fi nadal ma zastosowanie, a gdzie 5G może być lepszą inwestycją długoterminową.

Obie technologie znacznie różnią się pod względem sposobu działania, wykorzystywanej architektury oraz celów, którym służą. Zrozumienie tych różnic pomaga dobrać odpowiednią technologię do konkretnego zastosowania.

Czym jest przemysłowe Wi-Fi?

Wi-Fi to dojrzała, dobrze znana technologia, szeroko wdrożona i rozumiana w różnych branżach.

Została pierwotnie zaprojektowana do zapewniania dostępu do internetu drogą bezprzewodową poprzez komunikację jeden-do-jednego (punkt-punkt) między urządzeniem a punktem dostępowym. Jej priorytetem jest wygoda, a nie deterministyczna wydajność (czyli zdolność do dostarczania danych w ściśle określonym, przewidywalnym czasie).

Dla specjalistów IT zarządzanie przemysłowym Wi-Fi jest komfortowe i znajome. Wykorzystuje te same koncepcje, narzędzia i procesy co sieci biurowe (bezprzewodowe połączenia Ethernet). To jeden z powodów, dla których stało się domyślnym wyborem w wielu środowiskach przemysłowych — i w niektórych przypadkach nadal nim jest. (Na przykład jeśli zakład ma niewielką liczbę urządzeń bezprzewodowych lub zajmuje małą przestrzeń, Wi-Fi prawdopodobnie będzie najlepszym rozwiązaniem.)

Jak działa Wi-Fi

Sieci Wi-Fi umożliwiają urządzeniom bezprzewodowym łączenie się z siecią przy użyciu nielicencjonowanego pasma (współdzielonej częstotliwości, z której każdy może korzystać bez wykupienia licencji). To obniża koszty wejścia, ale utrudnia przewidywanie i kontrolowanie zakłóceń. Sąsiednie sieci Wi-Fi i urządzenia mogą konkurować o te same częstotliwości, co może powodować przeciążenia i zrywanie połączeń.

Wraz ze wzrostem liczby urządzeń bezprzewodowych rośnie prawdopodobieństwo problemów z wydajnością. Każdy skaner, AGV, autonomiczny robot mobilny (AMR), kamera czy czujnik dołączający do sieci Wi-Fi współdzieli to samo pasmo.

Specyfika magazynów, logistyki i zakładów produkcyjnych może również powodować luki w zasięgu i tzw. martwe strefy. W takich środowiskach często występuje dużo metalu i innych materiałów utrudniających przenikanie sygnału bezprzewodowego. Odpowiednie projektowanie sieci i jej optymalizacja mogą ograniczyć te wyzwania, jednak wraz ze skalowaniem i obsługą coraz większej liczby urządzeń mobilnych wymagających szybkiej reakcji, Wi-Fi zbliża się do granic swoich możliwości.

Czym jest przemysłowa sieć komórkowa (5G)?

W przeciwieństwie do Wi-Fi, 5G zostało zaprojektowane do komunikacji jeden-do-wielu. Dzięki temu może w przewidywalny sposób obsługiwać dużą gęstość urządzeń.

Choć technologia komórkowa jest solidna technicznie, 5G wciąż się rozwija, a przemysł eksperymentuje z jej wdrożeniami, udoskonala je i standaryzuje sposoby pełnego wykorzystania jej możliwości.

Jak działa 5G?

Zamiast punktów dostępowych 5G opiera się na architekturze komórkowej składającej się z sieci dostępu radiowego (małe komórki, makrokomórki, stacje gNodeB) oraz rdzenia sieci, który zarządza uwierzytelnianiem, mobilnością, jakością usług (QoS) i funkcjami network slicing.

Dzięki tym funkcjom 5G może zapewnić deterministyczną wydajność na poziomie 10–15 milisekund, co jest wymagane w aplikacjach nieakceptujących opóźnień. Kolejne wersje technologii komórkowej przewidują jeszcze lepsze parametry, zgodne z wymaganiami sterowania w czasie rzeczywistym, kontroli ruchu i systemów bezpieczeństwa.

Ponieważ 5G działa w paśmie licencjonowanym lub współdzielonym w sposób zarządzany (zarezerwowanym dla określonych użytkowników lub ściśle koordynowanym), zakłócenia są silnie kontrolowane.

To zasadniczo inne podejście do sieci bezprzewodowych — można je traktować jako kompletny system sieciowy umożliwiający scentralizowane zarządzanie, uwierzytelnianie i priorytetyzację usług.

Dlaczego 5G staje się opcją dla przemysłowej łączności bezprzewodowej?

5G oferuje coś, czego Wi-Fi nie zapewnia: połączenie elastyczności bezprzewodowej z deterministyczną wydajnością.

Jest to kluczowe w miarę jak magazyny, logistyka i zakłady produkcyjne wdrażają setki nowych urządzeń i systemów automatyki w celu poprawy wydajności, bezpieczeństwa i widoczności operacyjnej, takich jak:

• AGV do transportu materiałów między liniami i strefami wysyłkowymi

• AMR do realizacji zadań transportowych i uzupełniania zapasów

• Roboty współpracujące (coboty) pracujące obok ludzi

• Systemy wizyjne do kontroli jakości i odczytu kodów kreskowych

• Czujniki bezpieczeństwa monitorujące drzwi, kurtyny świetlne i strefy zagrożeń

5G może obsługiwać taką gęstość urządzeń bez problemów z łącznością, które pojawiają się przy przeciążonych sieciach Wi-Fi.

5G a bezpieczeństwo

5G oferuje również unikalne korzyści w zakresie bezpieczeństwa. Urządzenia łączą się zwykle za pomocą kart SIM lub eSIM, których tożsamość jest trudna do skopiowania. Od urządzenia aż po rdzeń sieci ruch jest szyfrowany i weryfikowany na każdym etapie.

W 5G nie ma potrzeby budowania oddzielnych sieci dla każdej aplikacji. Wiele usług może działać w ramach jednej sieci 5G, przy segmentacji infrastruktury według obszaru, rodzaju usługi i/lub typu maszyny. Zakłady mogą korzystać z jednej, zintegrowanej warstwy bezprzewodowej do łączenia autonomicznych pojazdów wysyłających krytyczne komunikaty, prostych czujników transmitujących ciągłe dane oraz innych urządzeń — z zapewnieniem odpowiedniego poziomu usług dla każdej aplikacji. To istotna przewaga wraz ze wzrostem liczby podłączonych urządzeń.

Wsparcie konwergencji IT/OT

Zarówno Wi-Fi, jak i 5G mogą wspierać konwergencję IT/OT — kluczowy element nowoczesnych operacji przemysłowych — lecz realizują to w różny sposób.

W przypadku przemysłowego Wi-Fi warstwa bezprzewodowa zwykle znajduje się po stronie OT. Punkty dostępowe łączą się z przełącznikami OT za zaporami sieci IT. Mobilne zasoby dołączają do sieci OT jak każde inne urządzenie polowe.

W przypadku prywatnego 5G rdzeń sieci może znajdować się bliżej środowiska IT. Zamiast przechodzić najpierw przez tradycyjną sieć OT, urządzenia mobilne łączą się bezpośrednio z usługami hostowanymi w domenie IT.

Porównanie kosztów Wi-Fi i 5G

Decydując, gdzie Wi-Fi jest wystarczające, a gdzie potrzebna jest wydajność i skalowalność 5G, warto ocenić całkowity koszt posiadania (TCO).

Dla większości producentów przemysłowe Wi-Fi to prosta i opłacalna inwestycja. Sprzęt, projekt i instalacja są opłacane z góry, a bieżące koszty ograniczają się głównie do utrzymania. Koszty początkowe Wi-Fi są zazwyczaj niższe niż w przypadku 5G.

Jednak 5G oferuje różne modele wdrożenia:

1. Prywatne 5G

Komórki prywatnej sieci 5G można wdrożyć z mniejszą ilością okablowania i krótszymi przestojami niż w przypadku punktów dostępowych Wi-Fi.

2. Prywatne 5G jako usługa

Model subskrypcyjny lub rozliczany według zużycia obejmuje sprzęt, oprogramowanie, zarządzanie cyklem życia itp. w ramach miesięcznej opłaty.

3. Publiczne 5G

Zakład może korzystać z infrastruktury operatora komórkowego, polegając na zewnętrznej sieci w zakresie dostępności i zasięgu.