5G, Endüstriyel kontrol teknolojisinde nasıl devrim yaratacak
1760'lar ile 1840'lar arasında gerçekleşen Birinci Sanayi Devrimi, buhar gücü ve çırçır ile sanayileşmiş üretime geçiş için gerekli koşulları yarattı. 19. yüzyılın sonlarından 20. yüzyılın başlarına kadar süren İkinci Sanayi Devrimi, elektrik gücü ve telefonları getirdi. Üretim süreçlerinde elektrik kullanımı, endüstriyel kontrol sistemlerinin gelişmesine yol açtı. Elektrik, mekanik, hidrolik ve pnömatik olmak üzere kontrol bileşenlerinin kombinasyonları, belirli bir amaca, örneğin malzeme veya enerjinin üretimi, taşınması veya üretilmesi için bir endüstriyel kontrol sisteminde birlikte çalışır.
Üçüncü sanayi devrimi nihayet iletişim teknolojileri ve yenilenebilir enerjilerin yanı sıra otomasyon ve veri toplama teknolojilerini doğurdu. İnternetin patlayıcı büyümesi başlamadan önce bile, güç, su ve üretim gibi kritik endüstriler endüstriyel kontrol sistemlerine güvenmeye başladı. Açık ve halka açık ağların kurulması, makinelerin ve sistemlerin uzaktan yönetimini ve bakımını da mümkün kılmıştır.
Tipik bir endüstriyel kontrol sistemi, kontrol döngüleri, insanlarla etkileşime giren kullanıcı arayüzleri ve uzaktan teşhis ve bakım araçlarından oluşur. Denetleyici Kontrol ve Veri Toplama (SCADA) sistemleri, Dağıtılmış Kontrol Sistemleri (DCS) ve Programlanabilir Mantık Denetleyicileri (PLC) dahil olmak üzere çeşitli kontrol sistemleri vardır. SCADA sistemleri, veri toplama ve daha geniş, dağıtılmış kontrole odaklanır, bu da onları örneğin şebeke yönetimi ve petrol ve gaz aramalarında yaygın olarak kullanılmasını sağlar.
SCADA sistemlerinin aksine, DCS ve PLC teknolojileri yerel kontrole yöneliktir ve tipik olarak üretim uygulamalarında bulunur.
Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIot) her şeyi nasıl değiştirir?
Uzaktan varlık yönetimi, yerinde personel bulundurmaktan daha uygun ve uygun maliyetli olsa da, sorunlara yanıt süresi yavaş olabilir. Bu nedenle sorunları gerçek zamanlı olarak belirlemek ve çözmek çok önemlidir.
Nesnelerin İnterneti (IoT), verileri toplamak, depolamak, entegre etmek ve analiz etmek için muazzam bir kapasiteye sahiptir. Bu kapasitenin yardımıyla, Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIoT), farklı endüstriyel kontrol sistemleri arasındaki birlikte çalışabilirliği ve koordinasyonu ve ayrıca uzak yerlerde ve olumsuz koşullar altında kullanılabilirliğini geliştirir.
Petrol platformları, tedarik ağları, rüzgar türbinleri, havaalanları, demiryolu ağları ve hatta şehirler ve kasabalar, IIoT'nin maliyetleri azaltacağını ve verimliliği artıracağını umuyor. Örneğin, IIoT, güvenlik ve verimliliği artırırken yoğun emek gerektiren işlemlerden kaçınmak için konumların uzaktan izlenmesini sağlayabilir. Ancak IIoT'nin sunabileceği faydalar ağın hızına ve performansına bağlıdır.
5G ve 6G'nin vaadi
Telekomünikasyondaki gelişmeler ve IIoT'nin artan kuruluşu, pek çok sektörde sinerji yaratabilir. Mobil iletişimin ilk nesli olan 1G, bize cep telefonlarını getirdi. 2G, 3G ve 4G bize kısa mesaj, teletıp, video konferans, WiFi ve Bluetooth getirdi. Son olarak 5G, IIoT'nin potansiyelini genişletecek ve derinleştirecektir.
4G'ye kıyasla önemli ölçüde daha yüksek hıza sahip olan 5G, aynı anda birkaç cephede telekomünikasyon teknolojisini geliştirecek. 5G gecikmeyi (gecikme süresini) o kadar azaltacak ki indirme ve yükleme süreleri dakikalardan saniyelere düşecektir. Sonuç olarak, 5G, saniyede önemli ölçüde artan miktarda veri aktarabilir. Sonuç olarak 5G, milyonlarca IoT cihazını ve sistemini yüksek verimli iletişim standartlarına sahip tek bir ağa bağlayacak.
5G, petrol kuleleri, rüzgar türbinleri, havaalanları ve demiryolu ağları gibi şu anda 4G tarafından sunulan birçok büyük ölçekli sistemi ve tesisi optimize edecek. Daha da önemlisi 5G, sürücüsüz araçlar arasında makineden makineye hızlı iletişim, bir fabrikadaki çeşitli tesis bileşenleri ve kentsel altyapılar gibi daha önceki telekomünikasyon teknolojilerinin destekleyemediği ilerlemeleri mümkün kılacak.
Örneğin, otonom araçlar (AV'ler) jeo-uzamsal verileri sorgulamak için buluta erişmek yerine birbirleriyle doğrudan iletişim kuracak. Bu tür araçtan araca iletişim (V2V, araçtan araca), çarpışmaları önlemek için otonom araçların senkronize ve koordineli olarak hızlanmasını veya fren yapmasını sağlayacaktır. Fabrika katında, hantal Ethernet kabloları yerini kablosuz 5G iletişimine bırakacaktır. Ek olarak, 5G, eski hizmet ağlarını ve altyapılarını yönetmede çok ihtiyaç duyulan desteği sağlayabilir. Şebekenin bir parçası arızalanırsa, elektrik şebekesinde ortaya çıkan dengesizlik, şebekenin diğer kısımlarında arızaları tetikleyebilir. Bu arızalar daha sonra bir domino etkisini ve yol sistemlerini, trafik ışıklarını, Telekomünikasyon ve bilgisayar ağlarını, toplu taşıma hatlarını ve hatta su ve gaz boru hatlarını etkiler. 5G ile şebeke dengeye daha hızlı dönebilir ve şebeke kesintilerinin yayılmasını önleyebilir.
5G, 4G'den daha geniş ve daha gelişmiş endüstriyel kontrol uygulamalarına sahiptir ve 6G'nin daha geniş bir uygulama yelpazesine sahip olması çok muhtemeldir. 6G'nin getireceği iyileştirilmiş veri kullanımı ve iletimi, iç mekan konumlandırma hassasiyetini, farklı hücresel ağlar arasındaki küresel uyumluluğu ve bağlanabilirliği ve veri tarifelerinin uygun fiyatını artırabilir.
6G, holografik, dokunsal ve kişiden kişiye iletişim gibi alışılmadık uygulamalarda da önemli bir rol oynayacak. 3 boyutlu hologram teknolojisi hem ışık ışınlarını hem de ses dalgalarını işleyebilir. 6G, bir hologramın stereo ve ses bileşenlerini yeniden yapılandırarak, insanların, olayların ve ortamların gerçekçi temsillerini mümkün kılacak. Uzaktan ameliyat, otonom sürüş ve kişilerarası iletişim uygulamalarında kullanıcılar 6G'nin gelişmiş bir dokunsal deneyim sağladığını görecekler. 6G'nin insan algısı ve iletişimi üzerindeki etkisi, hem organik buharların hem de duyguların tespitini içerebilir. Örneğin, 6G AI sistemleri (Yapay Zeka) etkinleştirebilir sürücülerin yüz ifadelerini analiz edin ve yorgunluk veya uyuşukluk belirtileri olup olmadığını kontrol edin. 6G özellikli AI sistemleri, sürücünün nefesindeki alkol izlerini tespit etmeye de yardımcı olabilir. Sürücünün araba kullanamayacak kadar sarhoş olduğunu fark ederlerse, otopilotu açabilir, arabayı güvenli bir yere götürebilir ve gerekirse izinsiz olarak kapatabilirler.
Teknolojik zorluklar
Daha hızlı bir telekomünikasyon ağını IIoT ve endüstriyel kontrol sistemleriyle entegre etmenin avantajları açıktır. Veri aktarımındaki daha az gecikme, daha hızlı karar verme ve daha yüksek otomasyon potansiyeli ile sonuçlanır. Ancak 5G veya 6G'nin başarısı, siber güvenlik standartları ve altyapı yatırımları gibi bazı teknolojik zorlukların ele alınmasına bağlı olacaktır. 5G'nin uygulanması da büyük ölçüde hükümetlerin ve son kullanıcıların desteğine bağlı olacaktır.
5G veya 6G'nin getirdiği artan bağlanabilirlik, sistemleri tehditlere karşı daha savunmasız hale getirecektir. Büyük altyapılara yönelik siber saldırılar, yeni bir fenomenden başka her şeydir. 1990'ların başlarında, dünyanın bugün olduğundan çok daha az ağa bağlı olduğu zamanlarda, bazı ülkelerde kritik sistemlere ve altyapılara düzenli saldırılar yapıldı. Günümüzde, küresel bağlantının artmasıyla, bilgisayar korsanları sistemlere uzaktan daha kolay sızabilir ve insan yaşamına, sistem altyapılarına ve hatta devletlere çok büyük zararlar verebilir.
Siber saldırılar genel olarak dört kategoriye ayrılabilir: bireyler tarafından yapılan ağ saldırıları (hackleme); Bir sistemdeki kaynakları değiştirmek, eklemek veya silmek için kod değişiklikleri; Hizmet reddi saldırıları; ve değerli veri ve bilgileri çalmak için veri çıkarma. Hükümet istatistiklerine göre, çeşitli endüstriyel kontrol sistemlerine yönelik saldırılar, geçtiğimiz birkaç on yılda daha sık ve daha büyük ölçekte gerçekleşti. Bu nedenle, 5G ve 6G'nin neden olduğu bağlanabilirlik artışı, bir sistemin güvenlik açığını artırma potansiyeline sahiptir ve bu tür saldırıların yayılmasını önlemeyi zorlaştırır.
Daha hızlı bir ağ, altyapıya büyük yatırımlar gerektirecektir. Bir 5G ağı, onlarca veya yüz milyonlarca olmasa da milyonlarca baz istasyonunun ve milyonlarca antenin kurulumunu gerektirir ve bu da yüksek ön maliyetlerle sonuçlanır.
5G şebekelerinin taleplerini karşılayabilecek işletme güç şebekelerinin maliyetleri de önemli olacaktır. Huawei'ye göre, tipik bir 5G konumu 11,5 kilovattan fazla tüketir, bu da 2G, 3G veya 4G baz istasyonunun neredeyse iki katıdır. Bu daha yüksek enerji gereksinimi, baz istasyonlarının enerji verimliliğinde önemli iyileştirmeler gerektirir. Alternatif olarak, 5G ağlarının tedarikine katkıda bulunmak için güneş, rüzgar veya okyanus dalgaları gibi yenilenebilir enerjilerden daha fazla yararlanmaya yönelik girişimlerde bulunulmalıdır.
Maksimum etkiyi elde etmek için 5G'nin piyasaya sürülmesinin farklı ülkelerde eşzamanlı olarak ve benzer bir ölçekte gerçekleşmesi gerekir. Şimdiye kadar, 120'den fazla ülkede 275 operatör 5G teknolojilerini test ediyor ve çeşitli derecelerde ilerleme kaydediyor. Çoğu ülke 5G'yi piyasaya sürme fikrinden heyecan duyarken, Çin ile ABD ve müttefikleri arasındaki jeopolitik bazı siyasi zorluklar yarattı. Yurtdışında üretilen ekipmanların kullanımının yarattığı güvenlik tehdidinin ne kadar ciddi olduğu konusunda çok az fikir birliği var. Ulusal düzeyde, ABD hükümeti 5G'yi desteklemeye istekli olsada, aynı zamanda olası yabancı müdahalelerden de endişe duyuyor. Ek olarak, ABD'deki birçok topluluk 5G altyapısına şüpheyle yaklaşıyor ve 5G sistemlerinin kurulumuyla ilgili olarak hükümete karşı davalar açtı. Buna ek olarak, 5G'ye duyulan coşku, son kullanıcı düzeyinde oldukça farklı görünüyor, çünkü çoğu kişi, kamusal alanlara kurulan 5G antenlerini "göze çarpan" veya hatta halk sağlığına bir tehdit olarak görüyor.
Sonuç
Şüphesiz, daha hızlı 5G ağı, SCADA sistemleri tarafından sunulan işlevlerin çoğunu devralacaktır. Son derece enerji tasarruflu sensörler, birçok uzak yerde pil değiştirmeye gerek kalmadan 10 yıla kadar kullanılabilir. Aşılması gereken sayısız engele rağmen, 5G uluslararası alanda önemli ilerleme kaydediyor.
5G standardının arkasındaki organizasyon olan 3. Nesil Ortaklık Projesi (3GPP), 16 Temmuz 2020'deki 3GPP sürümünün bir parçası olarak yeni bir standart benimsedi. Bu duyurunun bir parçası olarak, "5G bağımsız" modu (SA) tanımlandı. Bu, 5G'nin paylaşılan 4G / 5G altyapısından bağımsız olarak faaliyete geçeceği anlamına geliyor. Bu yaklaşım göz önüne alındığında, 5G'nin beklenenden daha hızlı konuşlandırılabilmesi bekleniyor.
Bahsedilen SCADA sistemlerinin çoğu uzun yıllardır faaliyettedir. Zamanla bu tür sistemlerin giderek daha fazla 5G ve IIoT'ye taşınması beklenmektedir; ancak böyle bir değişiklik ancak aşamalı olarak gerçekleşecekti