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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。
