Bagaimana 5G Akan Merevolusi IoT dan Industrial IoT
Untuk mengetahui dampak layanan broadband seluler 5G pada IoT/IIoT, saya wawancarai Jai Suri, Vice President, Pengembangan Aplikasi IoT dan Blockchain, Oracle, dan Mike Anderson, Arsitek Sistem Tertanam, dan konsultan di industri penerbangan ruang angkasa. Saya menanyakan kepada mereka apakah kita dekat dengan membawa 5G ke industri atau apakah aplikasi lain mungkin akan datang terlebih dahulu. Menurut mereka keduanya, itu rumit.
“5G dirancang dengan kasus penggunaan IoT di intinya, sementara 4G dan standar sebelumnya dirancang terutama untuk transfer suara dan data. Dengan 4G/LTE, unduhan data cepat mengaktifkan konten streaming, dan 5G akan membawa komunikasi ultra-cepat, rendah latensi, dan kemampuan untuk menangani jutaan perangkat per kilometer persegi,” kata Suri.
Penting untuk memulai dengan beberapa klarifikasi. Istilah 5G tidak merujuk pada frekuensi, ini hanya berarti ini adalah generasi kelima dari komunikasi broadband seluler nirkabel (Lihat “Memahami Implikasi 5G Seluler”, Sensor Technology, Maret 2020.) Dan ini bukan hanya satu frekuensi, ini mencakup tiga band:
Band rendah adalah dari 600 – 850 MHz Ini tidak banyak lebih dari 4G yang saat ini tersedia.
Band menengah mencakup rentang dari 2.5 – 3.7 GHz.
Band tinggi beroperasi dari 25 – 39 GHz. Sinyal dalam rentang frekuensi ini umumnya disebut gelombang milimeter dan mereka menyediakan performa ekstrim yang banyak orang pikirkan ketika mereka pikir 5G.
5G di IIoT
The Third Generation Partnership Project (3GPP) adalah organisasi standar internasional yang mengembangkan protokol untuk telepon seluler. Rilis 15 mereka difokuskan pada 5G untuk konsumen, sedangkan Rilis 16 saat ini menggeser fokus dari konsumen ke IIoT dan pasar industri lainnya. Niat mereka seiring waktu untuk menerbitkan standar untuk mengembangkan dan menerapkan tubuh aplikasi 5G yang berkembang.
Manfaat luar biasa dari 5G gelombang milimeter adalah kecepatan tinggi, latensi rendah, jumlah perangkat yang terhubung yang tinggi, dan keandalan tinggi. Dengan koneksi nirkabel 5G gelombang milimeter, Anda mendapatkan jenis performa yang Anda harapkan dari tautan kabel. Dan karena rentang frekuensi yang tinggi, ini biasanya tidak rentan terhadap interferensi listrik dari peralatan di sekitar.
Namun, masalah besar adalah 5G gelombang milimeter dapat diblokir oleh jendela dan tidak menembus sangat jauh. Itu berarti Anda perlu memiliki banyak sel 5G untuk dapat memanfaatkannya. Di lantai pabrik berukuran wajar, Anda mungkin membutuhkan 20 atau 30 radio yang duduk di langit-langit di atas sel kerja utama Anda, menurut Anderson.
Aplikasi industri biasanya menuntut keandalan tinggi dan 5G tentu dapat menyediakannya. Seperti yang dijelaskan Anderson, “keandalan jaringan 4G saat ini berada pada 99,8%. Tingkat panggilan terputus 0,2% dianggap sebagai jaringan telepon seluler kelas carrier yang super-andal. Namun persyaratan keandalan untuk aplikasi industri biasanya enam-9s (99,9999%). Jaringan 5G dapat menyediakan tingkat keandalan tersebut dengan menggunakan duplikasi sel, penggunaan canggih spektrum radio, dan antena MIMO massal (multiple-in, multiple-out).”
Untuk membawa sinyal 5G dari telco ke dalam pabrik, antena yang terlihat seperti menara sel miniat harus diatur di dalam bangunan. Untuk menggunakan ini dalam aplikasi industri, Anda akan memerlukan infrastruktur yang jauh lebih besar di dalam bangunan — Anda tidak bisa hanya menembus bangunan dan selesai — itu jauh lebih rumit. Tergantung pada rentang frekuensi, Anda mungkin tidak bisa melihat sinyal di sisi lain bangunan. Ada balok dan segala macam hal yang akan menyerap sinyal. Jadi, Anda membutuhkan banyak antena. Siapa pun yang menyiapkan pabrik harus memastikan bahwa antena tersebut memiliki cakupan yang memadai di dalam bangunan dan tidak ada titik mati.
Kandidat Utama untuk 5G
Digital Twins
Digital twin adalah representasi dinamis real-time dari sistem fisik. Misalnya, industri penerbangan ruang angkasa menggunakan digital twins secara teratur atau hampir teratur. Jika Anda akan memasukkan banyak teknologi ke dalam satelit dan mengirimkannya ke orbit Bumi rendah, itu kemungkinan akan membutuhkan perawatan. Jika ada pembaruan perangkat lunak, mereka dapat pertama kali diuji di bumi dalam digital twin — samaran digital real-time dari satelit — sebelum diunggah. Untuk digital twin tetap terkini dengan yang asli, sejumlah besar data perlu ditransmisikan dengan kecepatan tinggi, yang sempurna untuk 5G.
Realitas Virtual dan Realitas Terkembang
Untuk realitas virtual, latensi yang terdeteksi tidak dapat diterima. Jadi, bandwidth tinggi, throughput tinggi, dan latensi rendah 5G adalah cocok sempurna. Satu aplikasi di mana realitas virtual berguna, bukan sekadar menghibur, adalah untuk simulator untuk melatih operator sistem yang bisa mematikan jika ada yang salah. Misalnya, operator pesawat, kereta api, atau kapal, dan paling pasti operator reaktor nuklir.
“Saya pernah di ruang pelatihan untuk kapal, di mana Anda tidak melihat selain dinding kosong, tetapi saat Anda memakain kacamata realitas virtual, Anda melihat semua kontrol yang Anda biasanya harapkan untuk melihat di dalam kapal. Jika simulator juga adalah digital twin, kontrol virtual ini akan melakukan apa yang akan mereka lakukan di kapal aktual,” kata Anderson.
“Aplikasi realitas terkembang lainnya adalah memungkinkan teknisi servis — dan terutama teknisi pihak ketiga — untuk melakukan pekerjaan perbaikan berkualitas tinggi. Realitas terkembang dapat memandu mereka melalui seluruh proses perbaikan, dengan menyediakan model pemeliharaan preskriptif untuk menentukan masalah dan menimpa animasi 3D secara visual pada feed video langsung untuk menunjukkan urutan langkah yang akan dilakukan,” kata Suri.
Pemeliharaan Prediktif
5G juga akan membantu untuk pemeliharaan prediktif dalam kasus di mana Anda memiliki aplikasi dengan sejumlah besar data streaming yang ingin Anda lacak dan analisis.
Aplikasi kritis adalah untuk motor atau generator yang sangat besar yang dapat menyebabkan kerusakan parah jika gagal atau dapat mengganggu layanan penting seperti pembangkit listrik. Pemantauan real-time untuk peralatan jarak jauh, seperti memantau kompresor gas di industri minyak dan gas adalah kasus penggunaan kritis lainnya, menurut Suri.
Contoh lain adalah, jika Anda adalah perusahaan HVAC yang menjual unit atap, Anda ingin mengumpulkan data tidak hanya untuk pemeliharaan, tetapi juga tentang penggunaannya. “Biaya menggunakan jaringan 4G untuk mengumpulkan data yang berguna adalah sekitar $3 – $5 per bulan, jadi jika saya memiliki perusahaan yang menjual unit HVAC atap dan saya memiliki 100.000 unit yang diterapkan, biaya akan sangat signifikan. Dan memproses semua data tersebut untuk mendapatkan informasi yang berguna lebih meningkatkan biaya operasional,” kata Suri. “Jika organisasi dapat memberikan wawasan kepada pelanggan tentang konsumsi daya versus tingkat kenyamanan, data tersebut dapat digunakan untuk menjual unit yang lebih efisien — atau organisasi dapat menawarkan harga berdasarkan penggunaan di mana mereka hanya menagih bulanan berdasarkan jumlah jam yang berjalan.”
Komputasi Edge
Janji 5G tentang latensi rendah, kecepatan tinggi, dan keandalan tinggi, memungkinkan komputasi edge yang ditingkatkan untuk menyediakan insinyur dengan kotak alat yang diperluas untuk merancang jaringan.
Komputasi edge bermanfaat dalam beberapa cara:
Dengan 5G, lebih banyak komputasi dapat dilakukan di edge karena edge dapat didefinisikan ulang untuk mencakup “cloud lokal.” Sebelumnya, komputasi rendah latensi harus dilakukan di setiap node sensor, sementara komputasi yang kurang sensitif waktu dapat ditugaskan ke jaringan tingkat perusahaan atau cloud publik. Namun jumlah komputasi yang dapat dilakukan di node sensor sangat terbatas karena keterbatasan praktis pada ukuran fisik dan konsumsi daya.
Dengan koneksi 5G, namun, data dari sensor jarak jauh dapat ditransmisikan secara nirkabel ke ‘cloud lokal’, yang terdiri dari komputer siap pakai. Cloud ini dapat melakukan komputasi rendah latensi, yang memungkinkan pengambilan keputusan untuk dipindahkan lebih dekat ke sumber data. Paket informasi yang bermakna daripada data mentah kemudian dapat dikirim ke cloud perusahaan dan cloud publik untuk pemrosesan dan penyimpanan yang kurang sensitif waktu.
Selain itu, organisasi mungkin ingin kemampuan untuk melindungi data sensitif dari paparan publik. Sistem edge dapat memproses data di sumber dan hanya mengirim wawasan yang dianonimkan dan diringkas ke cloud untuk pemrosesan lebih lanjut.
Kendaraan Otonom
“Di mana saya pikir Anda akan melihat 5G sebagai aplikasi pembunuh, adalah kendaraan otonom,” kata Anderson. “Mereka memiliki banyak sensor di atasnya: lidar, radar, kamera. Semua ini menghasilkan sejumlah besar data dan membutuhkan waktu respons yang sangat cepat dengan latensi sangat rendah. Kendaraan otonom harus menyerap sejumlah besar data tentang lingkungan sekitarnya secara real-time dan merespons dengan cepat.”
Komunikasi antara kendaraan dan apa pun di lingkungannya, termasuk pejalan kaki, mobil lain, dan lampu lalu lintas, dikenal sebagai V2X. Teknologi ini memungkinkan kendaraan untuk berkomunikasi langsung satu sama lain untuk menghindari tabrakan. Juga, jika mobil mendekati persimpangan dan ada lampu lalu lintas dan keduanya terhubung pada 5G, mobil dapat berkomunikasi langsung dengan lampu lalu lintas untuk memahami status saat ini.
“Untuk menerapkan 5G untuk kendaraan otonom, Departemen Jalan Raya Negara mungkin akan mengeluarkan kontrak kepada penyedia telco (operator telekomunikasi), karena Anda akan ingin memanfaatkan menara sel dan infrastruktur pendukung mereka,” kata Anderson. “Untuk laju data tinggi dan latensi rendah, Anda akan membutuhkan minimal 1 GHz bandwidth. Dan jika Anda benar-benar ingin latensi rendah, sekarang Anda berbicara dalam 25 hingga 27 GHz (rentang milimeter), yang berarti Anda membutuhkan menara sel setiap blok di kota. Di daerah pedesaan, Anda mungkin dapat melakukan sekitar 5 kilometer antara menara.”
Karena menara sel telko saat ini berjarak sekitar 20 mil, banyak menara baru harus dirikan. Gelombang milimeter 5G membutuhkan sekitar lima kali lebih banyak sel dibandingkan rentang frekuensi normal. Keberuntungannya adalah ukuran menara sel 25 GHz jauh lebih kecil dari menara sel telko yang ada.
“Kenyataannya adalah pada awalnya, band gelombang milimeter akan ditujukan untuk penggunaan pribadi orang, jadi infrastruktur akan ditempatkan bagaimanapun. Kemudian kapasitas berlebih akan dijual ke kota atau negara bagian untuk digunakan dengan kendaraan otonom,” kata Anderson.
Logistik
Logistik dapat mendapat manfaat dari kemampuan untuk melacak dan menentukan lokasi sejumlah besar kendaraan secara real-time. Ini akan menjadi kegembiraan bagi manajer armada. Terlalu sering, melacak paket telah berarti mengambil informasi secara retrorsif dari pencatat data. Namun, sistem pelacakan kendaraan real-time menggunakan GPS dan data seluler untuk mentransmisikan informasi tentang lokasi dan arah pergerakan ke stasiun kontrol. Data tersebut dapat digunakan untuk memecahkan masalah rute atau mengoptimalkan operasi logistik. Sistem pelacakan kendaraan juga dapat mengirim informasi operasional tentang kendaraan, seperti tingkat bahan bakar, tekanan ban, status pernyalaan, dan suhu mesin yang dapat digunakan untuk menjadwalkan pemeliharaan. Penggunaan 5G dalam jenis aplikasi ini juga bisa menjadi aplikasi pembunuh.
Kesimpulan
Intinya adalah 5G akan memiliki dampak signifikan pada baik IoT maupun IIoT, tetapi ini akan berkembang perlahan, beberapa sektor lebih awal dan beberapa lebih lama. Secara keseluruhan, timeline untuk integrasi signifikan 5G ke dalam aplikasi IoT/IIoT adalah dalam urutan lima hingga sepuluh tahun.
Artikel ini ditulis oleh Ed Brown, Editor Sensor Technology. Untuk informasi lebih lanjut, hubungi Ed di This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. atau kunjungi di sini.
