5G技術の出現は、私たちの通信や技術との関わり方に革命をもたらしました。この分野で最も有望な開発のひとつが、プライベート5GネットワークとTime-Sensitive Networking（TSN）の組み合わせです。この強力な組み合わせは、産業の運営方法にパラダイムシフトをもたらし、自動化、リアルタイム通信、セキュリティ強化のための新しい可能性を切り開くことになります。このブログでは、プライベート5GとTSNとは何か、そしてその統合がどのように産業のあり方を変えていくのかを詳しく見ていきたいと思います。また、この技術がもたらす主な利点を掘り下げ、すでに実用化されているいくつかのユースケースを検証していきます。
これがなぜ業界のゲームチェンジャーなのかを理解するためには、プライベート5GとTSNの背後にあるものを理解する必要があります。
プライベート5Gネットワークとは、パブリック5Gネットワークのように複数のユーザーで共有するのではなく、単一の組織や団体が所有・運営する無線ネットワークを指します。プライベート5Gネットワークは、通信に高いレベルのセキュリティ、信頼性、パフォーマンスを確保する必要がある企業や組織が利用することが多く、特定のエリアや場所をカバーするように設定することが可能です。技術的には、例えば空港のように、複数のユーザーが共有するプライベート5Gを作成することができます。プライベート5Gネットワークは、通信に高いレベルのセキュリティ、信頼性、およびパフォーマンスを確保する必要がある組織に、いくつかの利点を提供できます。プライベート5Gネットワークの潜在的な利点には、以下のようなものがあります。
つまり、プライベート5Gネットワークは、安全で信頼性の高い通信とデータ伝送の方法を提供し、さらに独自のネットワークインフラを運用することで柔軟性と制御性を高めることができるのです。
時間的制約のあるネットワーキングについて語るには、まずイーサネットについて語る必要があります。イーサネットの速度は時代とともに向上していますが、決定論はパフォーマンスのもう一つの重要な要素です。決定論的ネットワークは、設定されたレイテンシーで正確にデータを伝送しますが、「ベストエフォート」原則に基づくイーサネットは決定論に欠けています。現在、決定論的イーサネットは独自のソリューションによってのみ利用可能ですが、Time Sensitive Networking（TSN）は、イーサネットを設計によって決定論的にすることを目的としています。TSNは、イーサネットをデフォルトで決定論的にするIEEE 802規格のセットを指します。TSNは、ISO/OSIモデルのレイヤ2に位置する、今後の新しい技術である。TSNは、イーサネットネットワークの決定性とスループットを保証するための定義を追加します。
次のステップは、ネットワーク上でリアルタイム通信を可能にする一連の標準と技術である無線TSNです。TSNは、タイムクリティカルなデータを特定の時間内に送受信することを保証し、産業オートメーション、輸送、ヘルスケアなど、低遅延と高い信頼性が不可欠なアプリケーションで使用されています。
TSN技術を組み込んだプライベート5Gネットワークは、製造業や運輸業など高度な連携や制御が必要な産業で特に有効です。
スマートな生産システムは、企業全体の通信に依存しています。産業用途の場合、これらの通信ネットワークは特定の要件を満たす必要があります。特に、高可用性、高スループット、リアルタイム伝送、低レイテンシ、低ジッタを保証する必要があります。これらの要件を満たすために、Profinetのようなイーサネットベースのソリューションなど、多様な通信技術が導入されています。
Profinetは、Ethernetをベースとした産業用通信プロトコルとして広く利用されています。主に製造業やプロセス制御環境におけるプログラマブルロジックコントローラ（PLC）、センサー、アクチュエーターなどの産業用オートメーションデバイスの接続に使用されています。プライベート5GとTSN for Profinetの主な利点の1つは、同じネットワーク上でリアルタイムの制御システムと情報システムの統合を可能にすることです。これにより、産業環境における大幅なコスト削減と効率化を実現することができます。
良いニュースは、Profinetのユーザーは、ワイヤレスTSNに切り替える準備をする必要がないことです。それはEthernetのような広く採用されている商用標準上に構築されているので、Profinetは、TSNのように、より高速で他の機能への進化に乗ります。その時が来れば、Profinetは今日標準Ethernetを使うのと同じように、それを使うでしょう。
Profinetis の産業用ユースケースの一例として、モーション・コントロール・システムが挙げられます。従来のモーションコントロールシステムでは、デバイスは、決定論的な通信を確実にするために、別のリアルタイム制御ネットワークに接続されています。Profinetを使用すると、モーションコントロールデバイスは、他のオートメーションデバイスと同じネットワークに接続することができ、別のネットワークの必要性を排除し、コストを削減することができます。
もう一つの例はエネルギー生産で、Profinetは風力タービン間や風力タービンとグリッド間の通信を同期させるために使用することができます。
TSNは、コスト削減や効率化に加え、機器の高速・高精度な制御を可能にすることで、産業システム全体の性能を向上させることができます。TSNの時間同期機能は、ロボットや産業用オートメーションなど、複数の機器間の正確な連携が必要なアプリケーションに適しており、複数のロボット軸の高速かつ高精度な動作が、スムーズかつ効率的でミスのない動作を実現するために必要とされています。
プライベート5Gネットワークにより、産業界はその業務をワイヤレスの世界へと移行することができます。産業環境において、イーサネットベースのネットワークではなく、ワイヤレスのTime-Sensitive Networking（TSN）を使用することには、いくつかの利点があります。
プライベート5Gがタイムセンシティブネットワーキングと出会うことで、より効率的で安全なデータ管理が可能になります。タイムセンシティブネットワーキングは、ネットワークリソースを動的に管理することでタイムクリティカルなアプリケーションに必要なサービス品質を提供し、プライベート5Gは応答時間の改善と障害の回避に貢献します。これがstic5Gコンソーシアム（Safe TSN for Industrial-Grade Real-Time Campus 5G）の成果です。エアバスは、この成果を社内の生産ラインの改善に生かす予定です。IT と OT の融合と高い接続性により、ケーブルの追加なしに、PROFINET 対応のネットワークインフラ（スイッチなど）、すべての機械の透過的な接続性で、効率の向上が期待されています。
