5GはIoT/IIoTに対して何をしますか？

5GモバイルブロードバンドサービスがIoT/IIoTに与える影響について知るために、OracleのIoTおよびブロックチェーンアプリケーション開発担当バイスプレジデントであるJai Suriと、組み込みシステムアーキテクトで航空宇宙業界のコンサルタントであるMikeAndersonにインタビューしました。私は彼らに、5Gを業界に導入することに近いのか、それとも他のアプリケーションが最初に来る可能性があるのか​​を尋ねました。両方によると、それは複雑です。

「5GはIoTのユースケースを中核として設計されましたが、4G以前の標準は主に音声とデータの転送用に設計されました。 4G / LTEにより、高速データダウンロードによりストリーミングコンテンツが可能になり、5Gは超高速、低遅延の通信と1平方キロメートルあたり数百万のデバイスを処理する機能の先駆けとなります」とSuri氏は述べています。

いくつかの説明から始めることが重要です。 5Gという用語は周波数を指すのではなく、単に第5世代のワイヤレスモバイルブロードバンド通信であることを意味します（「5Gセルラーの影響を理解する」、センサーテクノロジー、2020年3月を参照）。また、1つの周波数だけでなく、3つの周波数をカバーします。バンド：

• 低帯域は600〜850 MHzです。これは、現在利用可能な4Gをはるかに超えるものではありません。

• ミッドバンドは2.5〜3.7GHzの範囲をカバーします。

• ハイバンドは25〜39GHzで動作します。この周波数範囲の信号は一般にミリ波と呼ばれ、5Gを考えるときに多くの人が考える最高のパフォーマンスを提供します。

IIoTの5G

第3世代パートナーシッププロジェクト（3GPP）は、携帯電話のプロトコルを開発する国際標準化組織です。彼らのリリース15は消費者向けの5Gに焦点を合わせていましたが、現在のリリース16は消費者からIIoTやその他の産業市場に焦点を移しています。彼らの意図は、成長する5Gアプリケーションの本体を開発および実装するための標準を公開することです。

ミリ波5Gの優れた利点は、高速、低遅延、多数の接続デバイス、および高信頼性です。 5Gミリメートルのワイヤレス接続を使用すると、有線リンクに期待されるようなパフォーマンスが得られます。また、周波数範囲が高いため、通常、近くの機器からの電気的干渉の影響を受けません。

ただし、大きな問題は、ミリ波5Gが窓によって遮られる可能性があり、あまり浸透しないことです。つまり、それを利用するには、多くの5Gセルが必要です。アンダーソン氏によると、適度な大きさの工場の床では、おそらく20台または30台のラジオを主要な作業セルの天井に設置する必要があります。

産業用アプリケーションは通常、高い信頼性を要求し、5Gは確かにそれを実現できます。アンダーソンが説明したように、「現在の4Gネットワ​​ークの信頼性は99.8％です。 0.2％のドロップコール率は、非常に信頼性の高い、キャリアグレードの携帯電話ネットワークと見なされます。ただし、産業用アプリケーションの信頼性要件は、通常6〜9秒（99.9999％）です。 5Gネットワ​​ークは、セルの複製、無線スペクトルの巧妙な使用、および大規模なMIMO（マルチイン、マルチアウト）アンテナを使用することにより、そのレベルの信頼性を提供できます。」

電話会社からの5G信号を工場に持ち込むには、建物の中にミニチュアセルタワーのようなアンテナを設置する必要があります。これを産業用アプリケーションで使用するには、建物内にはるかに大きなインフラストラクチャが必要になります。建物に侵入するだけでは不十分で、完了します。これははるかに複雑です。周波数範囲によっては、建物の反対側の信号さえ見えない場合があります。信号を吸収する桁やあらゆる種類のものがあります。したがって、複数のアンテナが必要になります。工場を設置する人は誰でも、それらのアンテナが建物の内部を十分にカバーし、デッドスポットがないことを確認する必要があります。

5Gの主要候補

デジタルツイン

デジタルツインは、物理システムのリアルタイムの動的表現です。たとえば、航空宇宙産業は多かれ少なかれ定期的にデジタルツインを使用しています。たくさんの技術を衛星に投入して低軌道に送る場合は、サービスが必要になる可能性があります。ソフトウェアの更新がある場合は、アップロードする前に、まずデジタルツイン（衛星のリアルタイムデジタル対応物）で地球上でテストできます。デジタルツインを最新の状態に保つには、大量のデータを高速で送信する必要があります。これは5Gに最適です。

仮想現実と拡張現実

バーチャルリアリティの場合、検出可能な遅延は許容できません。したがって、5Gの高帯域幅、高スループット、および低遅延が最適です。単なる娯楽ではなく、仮想現実が役立つ1つのアプリケーションは、何か問題が発生した場合に致命的となる可能性のあるシステムのオペレーターをシミュレーターがトレーニングすることです。たとえば、航空機、鉄道、船舶のオペレーター、そして最も確実に原子炉のオペレーターです。

「私は船のトレーニングルームにいましたが、壁は何も見えませんが、バーチャルリアリティゴーグルを装着すると、通常は船で見られると思われるすべてのコントロールが表示されます。シミュレーターがデジタルツインでもある場合、これらの仮想コントロールは実際の船で行うのと同じように機能します」とアンダーソン氏は述べています。

「別の拡張現実アプリケーションは、サービス技術者、特にサードパーティの技術者が高品質の修理作業を実行できるようにすることです。拡張現実は、問題を特定するためのメンテナンスの規範的なモデルを提供し、実行する一連の手順を示すためにライブビデオフィードに3Dアニメーションを視覚的にオーバーレイすることで、修復プロセス全体をガイドすることができます」とSuri氏は述べています。

予知保全

5Gは、追跡および分析する大量のストリーミングデータを含むアプリケーションがある場合の予知保全にも役立ちます。

重要なアプリケーションは、故障した場合に深刻な損傷を引き起こしたり、発電などの重要なサービスを中断したりする可能性のある非常に大きなモーターまたは発電機用です。 Suri氏によると、石油およびガス業界でのガスコンプレッサーの監視など、リモート機器のリアルタイム監視も重要なユースケースです。

もう1つの例は、屋上ユニットを販売しているHVAC会社の場合、メンテナンスだけでなく、その使用状況に関するデータも収集したい場合です。 「4Gネットワ​​ークを使用して有用なデータを収集するコストは月額約3ドルから5ドルです。したがって、屋上HVACを販売する会社があり、100,000ユニットを導入している場合、その費用は非常に大きくなります。そして、そのすべてのデータを処理して有用な情報を取得すると、運用コストがさらに増加し​​ます」とSuri氏は述べています。 「組織が消費電力と快適さのレベルに関する洞察を顧客に提供できれば、そのデータを使用してより効率的なユニットを販売できます。または、組織は、時間数に基づいて月額料金を請求するだけの使用量ベースの価格設定を提供できます。実行されていました。」

エッジコンピューティング

5Gは、低遅延、高速、高信頼性を約束しているため、エッジコンピューティングを強化して、ネットワークを設計するための拡張ツールボックスをエンジニアに提供できます。

エッジコンピューティングは、いくつかの点で有益です。

• 5Gを使用すると、エッジを再定義して「ローカルクラウド」を含めることができるため、エッジでより多くのコンピューティングを実行できます。以前は、低遅延の計算を各センサーノードで実行する必要がありましたが、時間の影響を受けにくいコンピューティングをエンタープライズレベルのネットワークまたはパブリッククラウドに割り当てることができました。ただし、物理的なサイズと消費電力に実際的な制限があるため、センサーノードで実行できるコンピューティングの量は非常に限られていました。

• ただし、5G接続を使用すると、リモートセンサーからのデータを、既製のコンピューターで構成される「ローカルクラウド」にワイヤレスで送信できます。これらのクラウドは、低遅延のコンピューティングを実行できます。これにより、意思決定をデータのソースに近づけることができます。生データではなく意味のある情報のパッケージをエンタープライズクラウドとパブリッククラウドの両方に送信して、時間の影響を受けにくい処理とストレージを実現できます。

• さらに、組織は機密データを公開から保護する機能を必要とする場合があります。エッジシステムは、ソースでデータを処理し、匿名化および要約された洞察のみをクラウドに送信して、さらに処理することができます。

自動運転車

「5Gをキラーアプリと見なすのは自律型車両です」とアンダーソン氏は述べています。 「LIDAR、レーダー、カメラなど、多くのセンサーが搭載されています。これらはすべて大量のデータを生成し、非常に短い遅延で非常に高速な応答時間を必要とします。自動運転車は、周囲のデータをリアルタイムで吸収し、迅速に対応する必要があります。」

車両と、歩行者、他の車、信号機などの周囲のあらゆるものとの間の通信は、V2Xとして知られています。この技術により、車両は衝突回避のために互いに直接通信することができます。また、車が交差点に近づいていて、信号機があり、両方が5Gで接続されている場合、車は信号機と直接通信して現在の状況を把握できます。

「自動運転車に5Gを実装するには、セルタワーとサポートインフラストラクチャを活用したいので、国道局はおそらく電話会社（電気通信事業者）プロバイダーに契約を結ぶでしょう」とアンダーソン氏は述べています。 「高データレートと低遅延の場合、最低1GHzの帯域幅が必要です。そして、本当に低遅延が必要な場合は、25〜27 GHz（ミリメートルの範囲）で話していることになります。つまり、都市のブロックごとにセルタワーが必要になります。地方では、おそらく塔の間を約5km移動できます。」

現在の電話会社のセルタワーは約20マイルの間隔があるため、多くの新しい電話会社を建てる必要があります。 5Gミリ波は、通常の周波数範囲の約5倍のセルを必要とします。節約のメリットは、25GHzセルタワーのサイズが既存の電話会社のセルタワーよりもはるかに小さいことです。

「現実には、最初はミリ波帯が人々の個人的な使用を目的としているので、とにかくインフラストラクチャが整備されます。その後、余剰容量は自動運転車で使用するために市または州に売却されます」とアンダーソン氏は述べています。

ロジスティクス

ロジスティクスは、多数の車両をリアルタイムで追跡および特定できるというメリットがあります。これは、フリートマネージャーにとっては大当たりです。多くの場合、パッケージの追跡は、データロガーから情報をさかのぼって取得することになります。ただし、リアルタイムの車両追跡システムは、GPSとセルラーデータを使用して、移動の位置と方向に関する情報を制御ステーションに送信します。そのデータは、ルートのトラブルシューティングやロジスティクス業務の最適化に使用できます。車両追跡システムは、燃料レベル、タイヤ圧、点火状態、メンテナンスのスケジュールに使用できるエンジン温度など、車両に関する操作情報を送信することもできます。この種のアプリケーションでの5Gの使用も、キラーアプリになる可能性があります。

結論

結論として、5GはIoTとIIoTの両方に大きな影響を及ぼしますが、これはゆっくりと発展し、一部のセクターは早く、いくつかは遅くなります。全体として、5GをIoT / IIoTアプリケーションに大幅に統合するためのタイムラインは、5年から10年程度です。

この記事は、SensorTechnologyの編集者であるEdBrownによって書かれました。詳細については、Edまでお問い合わせください。このメールアドレスはスパムボットから保護されています。表示するにはJavaScriptを有効にする必要があります。または、こちらにアクセスしてください 。