《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于5G確定化網(wǎng)絡(luò)的行業(yè)應(yīng)用研究
2019年電子技術(shù)應(yīng)用第12期
張 蕾,夏 旭,,朱雪田
中國電信智能網(wǎng)絡(luò)與終端研究院,,北京102209
摘要: 隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展,,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)提供的“盡力而為”服務(wù)能力已不能滿足各垂直行業(yè)對(duì)超低時(shí)延,、確定化時(shí)延和高可靠性等高性能網(wǎng)絡(luò)的需求,,5G確定化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生,。5G確定化網(wǎng)絡(luò)主要通過網(wǎng)絡(luò)切片,、邊緣計(jì)算和時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)等5G關(guān)鍵技術(shù),,打造更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力,。從5G網(wǎng)絡(luò)的個(gè)性化和定制化等能力入手,分析了4種典型行業(yè)應(yīng)用場景對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的確定化要求,,重點(diǎn)提出了確定化網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù),,并通過部分典型案例加以呈現(xiàn)。
中圖分類號(hào): TN929.5
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.191162
中文引用格式: 張蕾,,夏旭,,朱雪田. 基于5G確定化網(wǎng)絡(luò)的行業(yè)應(yīng)用研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2019,,45(12):20-24,,28.
英文引用格式: Zhang Lei,Xia Xu,,Zhu Xuetian. Industrial application research based on 5G deterministic network[J]. Application of Electronic Technique,,2019,45(12):20-24,,28.
Industrial application research based on 5G deterministic network
Zhang Lei,,Xia Xu,Zhu Xuetian
China Telecom Intelligent Network and Terminal Research Institute,,Beijing 102209,,China
Abstract: With the rapid development of communication technology, the "best" service capability provided by traditional network can no longer meet the demands of various vertical industries for high-performance networks such as ultra-low delay, deterministic delay and high reliability, and 5G deterministic network emerges at the historic moment.5G deterministic network builds higher quality network service capability mainly through 5G key technologies such as network slicing, mobile edge computing and time-sensitive network. Starting from the capability of personalization and customization of 5G network, this paper analyzes the requirements of four typical industrial application scenarios on the determination of 5G network performance indicators, puts forward the deterministic network implementation architecture and key technologies, and presents some typical cases.
Key words : 5G deterministic network;network slice,;mobile edge computing,;time-sensitive network

0 引言

    5G賦能企業(yè)級(jí)客戶和垂直行業(yè)的智慧化發(fā)展,為運(yùn)營商和產(chǎn)業(yè)合作伙伴帶來新的商業(yè)模式,,開啟一個(gè)全連接的新時(shí)代,。與此同時(shí),,千行百業(yè)多種多樣的業(yè)務(wù)需求場景,也為5G個(gè)性化的網(wǎng)絡(luò)定制能力帶來巨大挑戰(zhàn),,5G確定化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生,,并成為近年來業(yè)界關(guān)注與發(fā)展的焦點(diǎn)之一[1-2]。5G確定化網(wǎng)絡(luò)指在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)域內(nèi),,借助移動(dòng)邊緣計(jì)算,、網(wǎng)絡(luò)切片時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(Time Sensitive Network,TSN)等多種關(guān)鍵技術(shù),,可以為承載業(yè)務(wù)提供確定化業(yè)務(wù)保障能力的網(wǎng)絡(luò),,該確定化業(yè)務(wù)保障能力涵蓋時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)和丟包率等關(guān)鍵QoS指標(biāo)體系[1],。

    本文從5G網(wǎng)絡(luò)的個(gè)性化和定制化等能力入手,,分析了4種典型行業(yè)應(yīng)用場景對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的確定化要求,并重點(diǎn)提出了確定化網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù),,并通過部分典型案例加以呈現(xiàn),。

1 5G特點(diǎn)與能力

    5G是面向2020年以后移動(dòng)通信需求而發(fā)展的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng),在傳輸速率和資源利用率等方面較4G系統(tǒng)獲得大幅提升,。用戶在享受更高,、更快、更豐富的體驗(yàn)的同時(shí),,也對(duì)網(wǎng)絡(luò)速率和時(shí)延等性能指標(biāo)提出更高的要求[3],。

    5G網(wǎng)絡(luò)的增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、超高可靠低時(shí)延通信和海量連接,,構(gòu)建了5G與垂直行業(yè)實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)全連接愿景的特性,,如表1所示。一方面,,5G技術(shù)憑借虛擬化架構(gòu)的引入,,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)面與控制面的徹底分離,通過網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計(jì)算技術(shù)使得面向行業(yè)的可定制化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成為可能,,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速上線和更極致的用戶體驗(yàn),,使能垂直行業(yè)應(yīng)用的開放和發(fā)展;另一方面,,相對(duì)于4G“盡力而為”的網(wǎng)絡(luò)特性,,5G大帶寬(0~10 Gb/s)、低時(shí)延(1~100 ms)和高可靠性(0~99.999 9%)等能力,,為網(wǎng)絡(luò)性能配置提供了靈活的配置空間,從而滿足車聯(lián)網(wǎng),、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)等行業(yè)網(wǎng)絡(luò)的不同需求[4],。

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    隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的快速研究與發(fā)展,,不同行業(yè)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)確定化需求日益高漲,特別是在智能電網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等面向于低時(shí)延和高可靠性的垂直應(yīng)用領(lǐng)域,,對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出了更加嚴(yán)格的時(shí)延,、抖動(dòng)、丟包率和可靠性等承載需求,,這種隨網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的嚴(yán)格要求促使5G確定化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生,,并成為業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。

    目前,,電子電氣工程師學(xué)會(huì)(Institute of Electrical and Electronics Engineers,,IEEE)和互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(Internet Engineering Task Force,IETF)已提出確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù),。IEEE 802.1工作組(Work Group,,WG)致力于時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(Time Sensitive Network,TSN)的標(biāo)準(zhǔn)化,,時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)確定性網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)方向,,通過IEEE 802.1AS時(shí)鐘同步、IEEE 802.1Qcc流預(yù)留,、IEEE 802.1Qch循環(huán)排隊(duì)等技術(shù)保障物理層和鏈路層的確定性時(shí)延,;IETF的DetNet(Deterministic Network)工作組專注于網(wǎng)絡(luò)層(L3)及更高層次的廣域確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。此外,,5G標(biāo)準(zhǔn)化工作組已將目標(biāo)定為總時(shí)延1 ms或更低,,應(yīng)用層的開放通信平臺(tái)OPC UA(Object linking and embedding for Process Control Unified Architecture)也在積極尋求與TSN的結(jié)合,確定性網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展充滿了機(jī)遇與挑戰(zhàn),,是未來真正實(shí)現(xiàn)5G產(chǎn)業(yè)繁榮的基礎(chǔ),,也是5G使能千行百業(yè)的重要抓手[2]

2 典型應(yīng)用場景

    5G確定化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為當(dāng)今學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研究人員重點(diǎn)關(guān)注的熱點(diǎn)之一,,不僅在學(xué)術(shù)領(lǐng)域有廣闊的研究空間,,而且在產(chǎn)業(yè)化方面也有巨大的市場前景,因此,,研究其在特定場景下具體需求對(duì)確定化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展落地具有重要意義,。本節(jié)將主要分析確定化網(wǎng)絡(luò)的4個(gè)典型應(yīng)用場景,并介紹每個(gè)場景下對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的具體需求,。

2.1智能電網(wǎng)

    智能電網(wǎng)是智慧能源的基本保障,,是推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程的重要物質(zhì)基礎(chǔ),?;诂F(xiàn)有電網(wǎng)業(yè)務(wù)作“從主干向末端延伸”式的5G應(yīng)用,如配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)、毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制對(duì)通信的可靠性,、低時(shí)延,、大帶寬、安全防護(hù)有著迫切需求,,5G技術(shù)為這些業(yè)務(wù)的推廣應(yīng)用提供了基礎(chǔ),。智能電網(wǎng)中具有潛在需求和典型代表意義的應(yīng)用場景對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的要求如表2~表4所示。

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2.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

    工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過智能機(jī)器間的連接并最終將人機(jī)連接,,結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析,,重構(gòu)全球工業(yè)、激發(fā)生產(chǎn)力,。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)涉及機(jī)械,、船舶、飛機(jī)制造,、電力等較多的工業(yè)領(lǐng)域,,應(yīng)用廣泛。如飛機(jī)制造領(lǐng)域,,通過5G+8K視頻檢測生產(chǎn)安裝缺陷,,使用5G+AR輔助飛機(jī)裝配,有效提高飛機(jī)生產(chǎn)研制效率,,該場景對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)延,、帶寬和安全性等性能指標(biāo)都提出了較為嚴(yán)格的要求。

    工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景中較具有代表意義的典型業(yè)務(wù)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的性能需求如表5所示,。

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2.3 智慧醫(yī)療

    借助5G網(wǎng)絡(luò)的毫秒級(jí)別的低時(shí)延,、Gb/s級(jí)別的高速率,并充分利用5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供的移動(dòng)邊緣計(jì)算能力,,可以為醫(yī)療行業(yè)提供低時(shí)延,、高可靠的邊緣云技術(shù)服務(wù),實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的便利智慧醫(yī)療,。

    目前,,醫(yī)療行業(yè)的相關(guān)業(yè)務(wù)比較全面地覆蓋了5G的三大應(yīng)用場景。例如,,增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶場景應(yīng)用主要有5G急救車,,通過廣域連續(xù)覆蓋的5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場高清視頻、病患體征及病情等關(guān)鍵生命信息的實(shí)時(shí)回傳,,輔助后臺(tái)指揮中心的指揮調(diào)度,;同時(shí),通過可穿戴設(shè)備對(duì)病患及高危人群的體征數(shù)據(jù)進(jìn)行全天候不間斷的檢測與分析,,建立用戶的體征檔案,,實(shí)現(xiàn)對(duì)所患疾病的早發(fā)現(xiàn)、早治療。低時(shí)延,、高可靠場景主要應(yīng)用有院內(nèi)無線監(jiān)護(hù),、遠(yuǎn)程監(jiān)測及遠(yuǎn)程手術(shù)等對(duì)低時(shí)延有較高要求的場景,。針對(duì)當(dāng)前存在的院內(nèi)醫(yī)療設(shè)備種類多,、管理監(jiān)控不便、設(shè)備間數(shù)據(jù)難以共享等問題,,海量機(jī)器連接場景則可以提供統(tǒng)一接入方式,,實(shí)現(xiàn)院內(nèi)醫(yī)療設(shè)備統(tǒng)一管理與數(shù)據(jù)互聯(lián)。

    智慧醫(yī)療場景中的遠(yuǎn)程診斷,、遠(yuǎn)程示教等高價(jià)值應(yīng)用業(yè)務(wù)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的要求如表6所示,。

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2.4 車聯(lián)網(wǎng)

    車聯(lián)網(wǎng)是5G重要應(yīng)用場景之一,也是解決目前自動(dòng)駕駛面臨技術(shù)瓶頸的重要技術(shù)手段之一,。5G車聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延,、可靠性以及速率要求非常高,根據(jù)車輛自動(dòng)化不同等級(jí),,網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)也不盡相同,,全自動(dòng)化(L5級(jí))場景中,5G網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延需要達(dá)到1 ms,,傳輸速率需要達(dá)到0.1 Gb/s[4],。

    車聯(lián)網(wǎng)場景中較具有代表意義的典型業(yè)務(wù)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的性能需求如表7所示。

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3 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

    5G確定化網(wǎng)絡(luò)基于原生云超分布式架構(gòu),,包括三大關(guān)鍵使能技術(shù):超性能異構(gòu)MEC,、動(dòng)態(tài)智能網(wǎng)絡(luò)切片和時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。超性能異構(gòu)MEC是5G確定化網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ),,業(yè)務(wù)在邊緣閉環(huán)支持更低時(shí)延,;動(dòng)態(tài)智能網(wǎng)絡(luò)切片則是5G確定化網(wǎng)絡(luò)的核心能力,保證確定化網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn),;時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)旨在為以太網(wǎng)協(xié)議構(gòu)建“通用”的時(shí)間敏感機(jī)制,,確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間確定化。

3.1實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

    5G確定化網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)端到端的概念,,涉及無線網(wǎng)絡(luò)的基站,、傳輸和核心網(wǎng)等多個(gè)組成部分。其中,,核心網(wǎng)對(duì)于5G確定化能力至關(guān)重要,,5G核心網(wǎng)控制面可以集中部署,對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)資源進(jìn)行全局調(diào)度,;用戶面則可按需集中或分布式靈活部署,,當(dāng)用戶面下沉靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣部署時(shí),可實(shí)現(xiàn)本地流量分流,支持端到端的毫秒級(jí)時(shí)延,。

    圖1給出了5G確定化網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)示意圖,,其中最底層展示了5G服務(wù)化架構(gòu),核心網(wǎng),、接入網(wǎng),、傳輸網(wǎng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)能力生成層;業(yè)務(wù)需求層主要負(fù)責(zé)接收各垂直行業(yè)的業(yè)務(wù)需求,,客戶統(tǒng)一訂購簽約界面,;能力匹配層主要根據(jù)客戶的需求,借助網(wǎng)絡(luò)切片,、移動(dòng)邊緣計(jì)算,、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)等5G關(guān)鍵技術(shù),形成5G網(wǎng)絡(luò)的確定化服務(wù)能力,;能力提取與編排層根據(jù)“確定化服務(wù)能力”指標(biāo)要求,,將提取到的能力借助能力編排器進(jìn)行封裝與編排,最終滿足行業(yè)客戶對(duì)確定化網(wǎng)絡(luò)能力的需求,。

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3.2 關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 邊緣計(jì)算

    在5G確定化網(wǎng)絡(luò)中,,邊緣計(jì)算非常重要。MEC邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)核心任務(wù):(1)把網(wǎng)絡(luò)端到端的時(shí)延最大化地降低到可接受的范圍,。時(shí)延是所有網(wǎng)絡(luò)能力中最關(guān)鍵的一點(diǎn),,確定化網(wǎng)絡(luò)首先要能夠保證低時(shí)延。MEC使時(shí)延能夠降低到足夠低,,使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接可以快速在邊緣實(shí)現(xiàn),。(2)實(shí)現(xiàn)確定化的網(wǎng)絡(luò),需要在MEC邊緣節(jié)點(diǎn)上通過移動(dòng)邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)平臺(tái)(ME Platform manager,,MEP),,使能各系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通合作,所有應(yīng)用可以在邊緣實(shí)施,,確保確定化時(shí)延和可靠性[3],。

    MEC可以使應(yīng)用、服務(wù)和內(nèi)容實(shí)現(xiàn)本地化,、近距離,、分布式部署,作為5G演進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)之一,,在5G架構(gòu)也支撐邊緣計(jì)算的部署,,常見模式是用戶面功能(User Plane Function,UPF)可以選擇業(yè)務(wù),,本地業(yè)務(wù)可以選擇下沉的方式,,具體部署架構(gòu)圖如圖2所示,。

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    MEC作為AF與5G核心網(wǎng)之間的接口,交互路由與控制策略信息,。圖3為AF影響路由與策略,,即本地卸載流量走插入U(xiǎn)PF,其他流量直接走大區(qū)核心網(wǎng)或省級(jí)UPF,。

    MEC并非一定要部署到末端綜合接入機(jī)房,,而是可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求確定,主要部署位置包括邊緣級(jí)(基站與回傳網(wǎng)絡(luò)之間),、區(qū)域級(jí)(匯聚環(huán)和接入環(huán)之間)和地區(qū)級(jí)(匯聚核心層),。依據(jù)UPF與MEP部署位置的不同,,可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)確定化時(shí)延的靈活控制,,如圖3所示。

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3.2.2 網(wǎng)絡(luò)切片

    網(wǎng)絡(luò)切片是5G網(wǎng)絡(luò)核心能力,,在5G確定化網(wǎng)絡(luò)中扮演了重要角色網(wǎng)絡(luò),。網(wǎng)絡(luò)切片通過將網(wǎng)絡(luò)資源靈活分配、能力靈活組合,,基于一張物理網(wǎng)絡(luò)虛擬出網(wǎng)絡(luò)特性不同的邏輯子網(wǎng),,滿足不同場景的定制化需求。在網(wǎng)絡(luò)切片劃分的過程中,,可以根據(jù)不同類型業(yè)務(wù)對(duì)邏輯子網(wǎng)的特性和能力進(jìn)行定制,,因此網(wǎng)絡(luò)切片使得運(yùn)營商具備了按需定制網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的能力。此外,,通過開放標(biāo)準(zhǔn)API和自服務(wù)入口,,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商可以授權(quán)其客戶自行購買并運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)切片,客戶可以將網(wǎng)絡(luò)切片集成到自身的服務(wù)和應(yīng)用中,,從而極大提升網(wǎng)絡(luò)切片應(yīng)用的靈活性和變現(xiàn)能力,,拓展運(yùn)營商的商業(yè)機(jī)會(huì)。

    面對(duì)行業(yè)客戶多變的需求,,網(wǎng)絡(luò)切片提供靈活按需定制的服務(wù),,需要實(shí)現(xiàn)切片閉環(huán)的保障和SLA指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的檢測,需要實(shí)現(xiàn)切片的隔離和安全性保障,,來應(yīng)對(duì)不同行業(yè)的不同的安全等級(jí)要求,。同時(shí),一個(gè)E2E切片同樣可以由多個(gè)專業(yè)子切片組成,,需要實(shí)現(xiàn)E2E切片的統(tǒng)一管理,。基于確定化網(wǎng)絡(luò)編排可以提供專業(yè)子切片內(nèi)部的傳輸,,通過使用多個(gè)彼此資源不沖突的子切片,,在不同邏輯網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)單獨(dú)帶寬和時(shí)延保障,,確保網(wǎng)絡(luò)性能的確定性。其中E2E切片智能保障的示意圖如圖4所示,,主要依賴自動(dòng)化閉環(huán)來實(shí)現(xiàn),,同時(shí)對(duì)于物理性維護(hù)和必要的外線干預(yù),提供人工閉環(huán)的保障途徑,。

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    3GPP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議制定的全新5G核心網(wǎng)架構(gòu)中引入了新的網(wǎng)絡(luò)功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能(NWDAF),,用于收集、分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),,以及向其他的網(wǎng)絡(luò)功能提供數(shù)據(jù)分析結(jié)果信息,,NWDAF提供的數(shù)據(jù)分析結(jié)果主要包含切片負(fù)載、業(yè)務(wù)體驗(yàn),、網(wǎng)絡(luò)性能等信息[5],。NWDAF在切片的智能選擇、切片自動(dòng)負(fù)荷分擔(dān),、網(wǎng)絡(luò)功能備份的自動(dòng)調(diào)整等切片保障方面,,將有望帶來更多的可能性。

3.2.3 時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)

    在5G垂直行業(yè)的業(yè)務(wù)中,,及時(shí),、安全地傳輸數(shù)據(jù)是工業(yè)通信技術(shù)的關(guān)鍵要求之一。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)是滿足該要求的很有發(fā)展前景的重要技術(shù),。根據(jù)3GPP 5G需求規(guī)范[3],,對(duì)于時(shí)間敏感的工業(yè)應(yīng)用場景,可能需要達(dá)到1 ms的延遲,、1 ?滋s的抖動(dòng)和99.9999%的可靠性,。

    5G與TSN的融合有助于將5G的潛力擴(kuò)展到更廣闊的領(lǐng)域,在5G網(wǎng)絡(luò)上融合TSN服務(wù),,關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)與TSN的互通,,圖5給出了5G與TSN的融合方案。為了滿足行業(yè)應(yīng)用對(duì)確定性時(shí)延的要求,,首先要提供精確的時(shí)間同步機(jī)制,,并要提供確定的傳輸路徑。具體實(shí)現(xiàn)中可以將網(wǎng)絡(luò)中性能需求不同的業(yè)務(wù)設(shè)置不同優(yōu)先級(jí),,并進(jìn)行包括帶寬,、時(shí)延、分組長度,、發(fā)送頻率,、端口入時(shí)間窗口和出時(shí)間窗口以及每個(gè)節(jié)點(diǎn)間的出、入時(shí)間窗口的匹配等特性配置,,實(shí)現(xiàn)確定性需求業(yè)務(wù)流程與其他業(yè)務(wù)沒通過時(shí)分復(fù)用為高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)流程提供確定傳輸時(shí)隙,,以保證時(shí)間敏感業(yè)務(wù)的確定化傳輸路徑[2],。

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    目前,在OT和CT領(lǐng)域,,部分企業(yè)正在嘗試將5G與TSN相結(jié)合,,實(shí)現(xiàn)將傳感器和執(zhí)行器等工業(yè)設(shè)備以5G方式連接到TSN網(wǎng)絡(luò)。較之于4G,,5G無線接入網(wǎng)提供了更好的可靠性和傳輸延遲,。同時(shí),5G虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)允許被靈活地部署,,可以實(shí)現(xiàn)不受電纜安裝限制的TSN網(wǎng)絡(luò),。

4 實(shí)現(xiàn)案例

    在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng),、車聯(lián)網(wǎng),、智能醫(yī)療等5G垂直行業(yè)典型應(yīng)用場景,對(duì)時(shí)延,、帶寬,、可靠性等網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)提出嚴(yán)格要求。本文以智能電網(wǎng)典型場景為例,,闡述5G確定化網(wǎng)絡(luò)已在行業(yè)應(yīng)用中的初步探索。

    在智能電網(wǎng)的發(fā)電,、輸電,、變電、配電和用電等多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,,包括視頻巡檢,、配網(wǎng)自動(dòng)化、精準(zhǔn)負(fù)荷,、控制自動(dòng)抄表等可以與5G“超低時(shí)延”和“海量連接”特性相結(jié)合的典型業(yè)務(wù)場景,。其中,對(duì)于廣域開放性場景,,主要針對(duì)配網(wǎng)和用網(wǎng)以及少量存在移動(dòng)性或無線接入需求的輸變電場景,。確定化網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)采用5G網(wǎng)絡(luò)切片解決方案,而邊緣計(jì)算是支撐超低時(shí)延超大帶寬網(wǎng)絡(luò)切片的主要技術(shù)手段,;對(duì)于局域封閉性場景,,主要針對(duì)發(fā)電廠、變電站等特定高安全隔離需求場景,,確定化網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)采用以邊緣計(jì)算為核心的虛擬專網(wǎng)解決方案,,網(wǎng)絡(luò)切片則是實(shí)現(xiàn)公專網(wǎng)業(yè)務(wù)協(xié)同的支撐技術(shù)。

    以精準(zhǔn)符合控制場景為例,,該場景重點(diǎn)為解決電網(wǎng)故障初期頻率快速跌落,、主干通道潮流越限,、省際聯(lián)絡(luò)線功率超用、電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用不足等問題,。通過確定化網(wǎng)絡(luò)技術(shù),,根據(jù)不同控制要求分為實(shí)現(xiàn)快速負(fù)荷控制的毫秒級(jí)控制系統(tǒng)和更加友好互動(dòng)的秒級(jí)/分鐘級(jí)控制系統(tǒng),基于5G網(wǎng)絡(luò)切片解決方案,,通過邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)超低時(shí)延超大帶寬網(wǎng)絡(luò)切片,,實(shí)現(xiàn)架構(gòu)如圖6所示。

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    測試結(jié)果表明:基于5G確定化網(wǎng)絡(luò)技術(shù),,充分利用5G網(wǎng)絡(luò)的毫秒級(jí)低時(shí)延能力,,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)切片的SLA保障,增強(qiáng)電網(wǎng)與電力用戶間的雙向互動(dòng),,有效提升了在突發(fā)電網(wǎng)負(fù)荷超載的情況下對(duì)電網(wǎng)末端小顆粒度負(fù)荷單元的精準(zhǔn)管理能力,,將因停電所造成的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)影響降至最低,。

5 結(jié)論

    5G確定化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為當(dāng)今學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研究人員重點(diǎn)關(guān)注的熱點(diǎn)之一,。本文從5G網(wǎng)絡(luò)的個(gè)性化和定制化等能力入手,分析了4種典型行業(yè)應(yīng)用場景對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的確定化要求,,重點(diǎn)提出了確定化網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù),,并通過部分典型案例加以呈現(xiàn)。5G確定化網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)仍處于起步探索階段,,而5G與時(shí)間敏感性技術(shù)的協(xié)同融合也是實(shí)現(xiàn)確定化網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵,,5G確定化網(wǎng)絡(luò)將是實(shí)現(xiàn)5G行業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ),也是5G使能千行百業(yè)的重要抓手,。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙福川,,劉愛華,周華東.5G確定性網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和傳送技術(shù)[J/OL].中興通訊技術(shù):1-14[2019-11-20].http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1228.TN.20190916.1427.002.html.

[2] 黃韜,,汪碩,,黃玉棟,等.確定性網(wǎng)絡(luò)研究綜述[J].通信學(xué)報(bào),,2019,,40(6):160-176.

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[4] IMT-2020 5G推進(jìn)組.5G愿景與需求白皮書[Z].2014.

[5] 中國電信,,國家電網(wǎng),華為.5G網(wǎng)絡(luò)切片使能智能電網(wǎng)[Z].2018.



作者信息:

張  蕾,,夏  旭,,朱雪田

(中國電信智能網(wǎng)絡(luò)與終端研究院,北京102209)

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