隨著科技的飛速發(fā)展，5G技術(shù)正逐步成為推動各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要力量。預(yù)計到2023年，全球?qū)⒂谐^40億個機器對機器（M2M）連接，涵蓋了車輛導(dǎo)航、物流資產(chǎn)跟蹤、可穿戴醫(yī)療設(shè)備以及工業(yè)制造等多個領(lǐng)域。這一趨勢不僅預(yù)示著5G市場的快速增長，更標(biāo)志著通信基礎(chǔ)設(shè)施正加速向“獨立”5G網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)型，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的創(chuàng)新應(yīng)用開辟了前所未有的廣闊空間。

傳統(tǒng)的通信基礎(chǔ)設(shè)施往往依賴于4G/LTE網(wǎng)絡(luò)，但隨著5G技術(shù)的成熟與普及，越來越多的投資開始聚焦于5G新無線電（NR）基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。這一轉(zhuǎn)變不僅意味著對遺留系統(tǒng)的逐步淘汰，更意味著5G增強功能和新特性的廣泛應(yīng)用。更高的數(shù)據(jù)速率、極低的延遲、改進的同步性和更高的可靠性，這些特性為工業(yè)系統(tǒng)的開發(fā)人員提供了實現(xiàn)創(chuàng)新應(yīng)用的堅實基礎(chǔ)。

5G邊緣網(wǎng)關(guān)

要在工業(yè)環(huán)境中充分利用5G的優(yōu)勢，關(guān)鍵在于構(gòu)建一座橋梁，即5G邊緣網(wǎng)關(guān)，以連接工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)中的各種內(nèi)部設(shè)備。這個網(wǎng)關(guān)不僅需要將5G的高性能傳輸?shù)焦I(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，還需要聚合工廠內(nèi)眾多不同連接設(shè)備所使用的各種協(xié)議，如傳感器、執(zhí)行器和自動化機械等。

網(wǎng)關(guān)作為數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站，扮演著至關(guān)重要的角色。它將來自工業(yè)設(shè)備的數(shù)據(jù)封裝成適合通過5G無線接口傳輸?shù)母袷?，同時，對從5G網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)據(jù)進行解碼和處理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。這一過程不僅要求網(wǎng)關(guān)具備強大的數(shù)據(jù)處理能力，還需要其能夠穩(wěn)定運行，以應(yīng)對工業(yè)環(huán)境中復(fù)雜多變的需求。

網(wǎng)關(guān)軟件

5G邊緣網(wǎng)關(guān)的運行依賴于大型、復(fù)雜的軟件體系。這包括操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議以及與舊設(shè)備接口的協(xié)議棧，涉及數(shù)百萬行代碼和數(shù)十GB的持久存儲。為了滿足這種存儲需求，NAND閃存成為首選方案，但這也對系統(tǒng)級設(shè)計提出了更高要求。

為了確保網(wǎng)關(guān)能夠提供與5G網(wǎng)絡(luò)相匹配的性能水平，必須遵循相同的服務(wù)水平規(guī)范（SLS）。這意味著網(wǎng)關(guān)不僅要匹配或超越蜂窩網(wǎng)絡(luò)的能力，還要滿足工業(yè)系統(tǒng)的特殊需求，如低延遲、高可靠性和強同步性等。此外，網(wǎng)關(guān)還必須在苛刻的環(huán)境條件下運行，如戶外環(huán)境或極端溫度，這對組件的選擇和設(shè)計提出了極高要求。

存儲系統(tǒng)的優(yōu)化與可靠性

在網(wǎng)關(guān)的設(shè)計中，存儲系統(tǒng)的優(yōu)化至關(guān)重要。為了實現(xiàn)指定的性能和運行壽命，必須選擇針對系統(tǒng)任務(wù)配置文件優(yōu)化的閃存控制器和安全可靠的存儲解決方案。這不僅關(guān)乎網(wǎng)關(guān)的性能表現(xiàn)，更關(guān)乎其長期運行的穩(wěn)定性和可靠性。

許多行業(yè)的系統(tǒng)更換周期以數(shù)十年計，計劃外停機的成本高昂。因此，現(xiàn)在安裝的網(wǎng)關(guān)必須在多年內(nèi)持續(xù)提供相同的服務(wù)質(zhì)量和可靠性。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，半導(dǎo)體制造商通過設(shè)計規(guī)則、功率分析、仿真和加速壽命測試等手段，來量化設(shè)備行為以及環(huán)境因素對其的影響，從而準(zhǔn)確指定給定條件下的工作壽命。

對于工業(yè)組件而言，其設(shè)計通常要求在更廣泛的環(huán)境條件下運行，如-35°C至75°C的工作溫度范圍內(nèi)。這意味著，與為消費者使用而設(shè)計的設(shè)備相比，工業(yè)級組件在性能、可靠性和壽命方面都有著更高的要求。