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专题
2021/8/20 14:06

5G+工业互联网通信冗余可靠性研究

邮电设计技术  辛荣寰,程 远,傅成龙

本文版权为《邮电设计技术》所有,如需转载请联系《邮电设计技术》编辑部

摘要:5G是一种针对工业通信场景进行了专门优化设计的新兴移动通信技术,应用了一系列创新性技术,提升移动通信的低时延高可靠性能,以适应工业通信场景更高的网络要求。但在5G技术发展的不同阶段以及不同工业通信应用场景,网络冗余仍然是提高网络连接可靠性的普遍解决方案。为了满足5G在工业互联网中的应用,提出双路5G冗余主从网络、双路5G冗余并行网络、5G+工业以太网冗余主从网络和5G+工业以太网冗余并行网络4种网络冗余方案,并对其性能和可靠性进行分析,为5G在工业通信环境实际部署提供参考。根据生产实际,充分考虑5G和现有工业以太网的相对优势,选择最优的5G+工业以太网融合高可靠网络部署方案。

关键词:5G;网络冗余;工业以太网;工业自动化;低时延高可靠

doi:10.12045/j.issn.1007-3043.2021.07.001

导论

工业通信网络已经历经了三代变革,从现场总线,发展到工业有线以太网,再到现在的工业无线网络。中国制造 2025和工业 4.0也明确规划了工业生产系统向数字化转型的方向。数字化转型要求人、产品和机器更加紧密的连接在一起,以实现整个垂直产业链的互联互通,这个概念被称为工业互联网。移动通信技术具备高移动性和广覆盖范围的优势,具有极大潜力应用到工业生产系统中。由 3GPP主导的第5代移动通信技术(5G)不仅能够提供更大的传输带宽,将理论峰值数据速率提升到 3 Gbit/s(下行)和 1.5Gbit/s(上行),甚至更高,同时针对工业通信场景和物联网场景进行了优化设计,提升通信系统时延、可靠性等性能,以支持更为先进的工业自动化转型升级,包括制造自动化和流程自动化。

然而,鉴于工业通信网络直接服务于工业生产,其对覆盖范围、连接能力、可靠性、能耗均有更高性能要求。同时,随着工业自动化程度的提升,更多的工业通信场景是时间敏感型网络(Time Sensitive Network,TSN),在传输关键性工业控制信号时,要求能做到实时传输,实时响应。虽然 3GPP 及 5G 设备制造商提出了一系列新技术来提升 5G 通信的低时延高可靠传输。但针对不同的工业应用场景及 5G 技术发展阶段,厂商应充分利用已有工业有线和无线的相对优势,将多种技术相结合,来满足工业通信网络更高的低时延高可靠传输要求。融合多种技术在 4G 时代已有所应用,未来更会成为一种趋势。本文旨在提出几种基于5G技术的工业通信网络冗余方案设计,并进行相应的可靠性分析。

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