中国移动研究院发布《行业现场网白皮书》.docx

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1、中国移动研究院ChinaMobi1.eCMRI行业现场白皮书二J;中国移动通信研究院，行业现场网技术作为工业、医疗、交通等场景现场网络与设备间的最后-百米“，是未来设备（渐延传输、箴I度室内定位、高可靠本地通信系统的基础,是行业专网的重要组成部分，也是未来各行业现场业务信息化升级的核心。本白皮书介绍了中国移动对未来行啊场网的理解与认识，并根市场、产业、技术需求等综合方面给出未来行业现场网技术演进及行业发展的整体建议。本白皮书的编写收到各行业专家、企业及研究机构的大力却，特别感谢华为、中兴、紫光展锐、联发科技、翱捷科技、新华三、京信、徐州重型机雌团有限公司、首钢集团、南京钢铁股份有限公司、宝信软

2、件、蜴湘潭钢铁有限公司、阳泉煤业（集团）有限责任公司等行业的专家们提出的真知灼见和宝贵修改意见。1.行业现场网概述1-1行业现场网内涵及特征12行业现场网技术发展背景14国内夕桁网脓41.4.1 41.4.2 新型短3目通信51.4.3 确络61.4.4 高精度室内定位61.4.5 Ki三1.1三71.4.6中低速通信72.行业现场网技术组成82.1 助陶亍网总体晒82.2 Sj三三92.2.1 新型无源通信!聪92.2.2 新型无源通信方案整体框架及关键技术点10223分布式RFID创新方案与运营商网络协同方式102.2.4 新型无源通信方案未来的发展方向1123新型短距三哥林111.4 碓

3、141.4.1 确定性网络概述141.4.2 网络寂技术141.4.3 演鹤势181.5 内日191.5.1 高精度定位的柢解瞠体琳框架、技术点192.52度定位和运营商5G的整合方式212.5.3高精位未来的发展方向22232.6.1术点231.6 宅米波通信2.6.25G亳米三碘协同放242.635G蹄述252.6.45G儆降桅271.7 三1.三三281.7.1 中（田物联网概述281.7.2 AFH魅291.7.3 功耗功率控制技术291.7.4 时间同步技术301.8 行业现场网数字挛生311.8.1 行网fiy311.8.2 行业现场网数字字生魅构成333 .行业现场网典型应用场景

4、343.1 :11三三mt343.2 矿山行业363.3 电力行业373.4 钢螭业403.5 智蕊烂413.6 智慧港口433.7 新港454 .行业现场网的与产业发展展望485 .缩略语50附录1#%礴53附录2联单彳吸储54行业现场网白皮书1 .行业现场网概述1.1 行业现场网内涵及特征根据ISO对行业现场网的定义,行业现场网是行蛆蝌侧设备网络接入i林峻两，它们连留亍业现场末端的各类终端、机器、传感器和系统，满足行业现场对传感、数据、定位、控制、管理等多样业务需求.常见的行业现场网技术包括ZM戏网（EtherNet/IP、ProfiNet.EtherCAT等），现场锁（ProfiBus、

5、CC-1.ink、CAN等），Wi-Fi,朝、ZigBee环，骨(1.ongRangeRadio,物(NarrowBandInternetofThings,NB-IoT),园隅无1.oRa）、SigFbx等（网底广域网通周材:，咽时间敏感磐蛤（TimeSensitiveNetwork,带(UKra-WideTSN)、辣皮、)5gJ(RadioFrequencyIdentificationRHD)、3Band1UWB)等术.UserentityDataco1.1.ection&devicecontro1.entity(DCOCt)OsUCoi1.ecbontubentityDcv*cCCrtro

6、1.sub-crmty图1-1行业网络框架（ISO23247）1.2 行业现场网技术发展背景随着5G技术全球商用以及智能制造、EM三O蓬勃发展,行业现场网迎来空前的市场需求，也引发了行啊场碰能蜥版韵屈谓和1业蜗的版,击用吾增了在IB财班泗切在.催生了设备信息采集、设备远程控制、设备健康管理、基于视觉的表面缺陷检测、T1.Ik机器人智宜给拣、三8SJv(AutomatedGuidedVehic1.e,AGV)皿、典型应用场景，对行飒场的I专感、数据、定位、控制、管理等提出了较葡隧；同时，不膜、抗同行业的特殊应用场景，比如下矿井、核电由车间、炼化厂的网络覆盖及电磁干扰，工厂内极为设备连接等，也对行

7、业现场网技槐出新课题，需要针对性的解决这些难题.众所周知，相对4G技术，对企业(ToBusiness,2B)业务是5G技术的主要应用场景,5G大带宽/丽延龙的特性,实现了工业快速传输和0艮务上云，使企业B飒场生产管理、上下游供应链打通、企业间协同合作，以及企业与客户定制化需求与服务延伸成为可能，为企业的管理、生产、物流销售、服务打开了巨生间.这也相应要求企业行业现场灯页打破嫡辘和盲亚的爆，企业行飒獭设、机和系箍哪更0口透暇曜能，需要提供更DQ富和强大的网络接入拉札在2021年1月，工信部6U发的MM联网创新发展行动计划(2021-2023年)中明确的提出，力瞅工业设备网络化改造.支持口!企业对

8、工业现场“哑设备通旅烙互联能R集.提升异构:D1.k网络互通能力，推动迎福跨协议互通.这些任务和目标的完成,也都强力缴进行业现场网技术的研究和展.1.3 行业现场网需求与价值定位行业顺网技术的发展,需要考虑行业现场现有系蝌设备的利日性在现有的行施蛎，设S之间过！业K吹风现场艇、WSM等方式进行网络通信，储说为敏感，不可能完全舍弃Z1.Ik设备专臃度高、网络化改造成本大，企业对投A产出效现在系统就沐，现场网技术的演进必须基于现有技术进行逐步改良。从智能制造、ZDIk互联网的典型业务应用来看目前行业现场对确定性蝇专输、广泛的设备信息采集、高精度室内定位、高速率上传、极B娥量设备谢妾等技术布理崛求,

9、tts11，m曲因Imy要犯艇在1.IomS,远程(乍业书上传带宽要求在5MbpsUU：,机甥人、AGV导侬机器皆喻椎希望精确到H米级,工T内同时连接的AGV或传感器数量上万等，这些应用场景是企业或工业互联决方案中的重点需求和难点问题，也成为当前行业现场网技术首当其;中需要解决的1,瞰SG作为蜂窝移动通信技术具有高速率大带强广覆盖的典型特点，可以远距离、高速率的进行传输，实嬲据上云Iwk务上云，实现产业链各环节智能协同，为智能生产的网络接和传提供高性能、高可靠、高灵活、高安全的网络服务.根据当前智能制造和ZDU恒联网的技术现状和述发展需求，可以将SG与行业现场网相结合，形成优势互补，针对行业现

10、场对低时延、高可靠性、高精度定位、低功耗、抗干扰等,用5G树亍y&WS，7睡、硒、TSN,毫米波、定位等技术的一体修亍业现场网，支持企业对亍业现场的“哑设备”进行网络互联能力改造，支撑多元口J采集，促进多网并存,提升异构工业网络互通能力，降低络无线化改造1,不监，形成贴近行业现场生产的5G+工业现场网整体解决方案，实现信息技术(InternetTechno1.ogy,IT)与技术(OperationTechno1.ogy,OT)网络融合,更好的;龌智能制造新需求1.4国内明过现场网发展现状针对当前行业现场最迫切的低时延、高可靠性、高精度定位、低功尼抗干扰售问题,新型无源通信、新磐的直信、确定性

11、网络、高精内定位、空米波通信、中低速通信等技术成为行业现场网技术的研究热点.1.4.1RFID技术可通过无线电讯号识S脸目标并读写相关，而无需识别系;特定目标之i赚立机械或光学接触，在仓储物流资产盘点、都能巡检领哪有广泛应用。RFID的产业樵主要由芯片设计、标签封装、读写设备的设计和制造、系统集成、中间件、应用软件等环链成目前RFID产业短三三RFID技栖用1醐决的欧知跖飞甫、西,万、ST、TI等半导体厂?沐垄断了RHD芯片市场；IBM、HP、微软、SAP、Sybase.Sun等国际巨头占据了RF1.D中间件、系统集成研拗位置；A1.ien,Intermec.Symbo1.Transcore.

12、Matrks、ImPinj等公司0龌供RFID痛、天线、读写器等产品及设备。RRD读写甥设计与制造的发展造势向多功能、多接口、多制取并向模块化小型化嵌入式方向发展新型无源RRD技术,若力研究RRD激励和H信功能分离技术，解决复杂的干扰对消S通信距离近的难迤,降低RFID读写器豆杂阂瞅本,提升通信距,实现无源RnD与5G组网覆盖1.4.2新眄丽通信Wi-R渤是目前！厂加诩就广滔）两帼限髓闾娇，割同点副曙磁护成本低，但通信距离有限,稳定性、组网能力、安全性较差，功耗较X在国际Wi-Fi联盟的推动下，Wi-Fi技术每4-5年实现一次迭代f檄,最新的Wi-Fi6标准于2018年推出市场。在Wi-Fi6

13、标准中，正交频分多址（Orthogona1.FrequencyDivisionMu1.tip1.eACCeSS,0FDMA）J支术、多用户-多输入多输出（MU1.ti-USerMu1.tip1.e-Input涧上提供多路并发技术西寺，显MUItiPIeQUtPUtIMU-M1.MO分另著提升网络整体性能与速度，降僚理S时延，优化用户（梭BSS着色机制可降低!司顷道干扰，前媲升频1骏脐懒蟀.Wi-Fi6标准还通过引入目标0例时间CrargetWakeTime,Iwr版术图磔端IS备功耗，新吁Wi-Fi技术础5联翩蓝牙技术版本由美铁术联盟制定并发布,自1999年以来总共发布了12个版本，整他牙版本

14、都会在传输速度、传输距稳定性、安全性等方面得蹦升；2016年推出的蓝牙5.0,传输速俩倍避IJ48Mbps,有效传输距离提升四倍i接J300M,支持室内定位导航,实现Mesh组网功能，目前已经发展到52版本.新型短距三三5术也在不断翻!，2020年成立的“星闪联盟”正在主导制定SPark1.ink短SS1.信技术,通过将网元分为G和T两种网络节点,T节点是普通的末端网元，G节点负责局部短距三信域中各T节点的通信调膈透传，从触现微秒低时延、旌发干扰行业现场网白皮书等功能，并做Spark1.ink技枷5G碘进彳撅合，构建公、专网一体化的网络架构。1.4.3通信的性在工业领域是T广泛的需求,5G技相

15、腌定性网络技术融合成为业界研究热点.5G技术本身为了知啕可崩画延(U1.traRe1.iab1.e1.ow1.atencyCommunication,uR1.1.C)场g麟，3GPP在R15阶，以5QI为盅,配合湖灵;璇帧结构、支持更的调度周期Mini-S1.ot灵活的物理下行控制信道(PhySiCa1.Down1.inkContro1.Channe1.PDCCH)配宜以及采用边缘计算技术将用户面功能(USerP1.aneFUnCtion,UPF）用户i=i1.僦下港佣户侧；在R16阶段,3GPP又进一步提出UR1.1.1.的延增强解决方案,采用上行免授主置HARQ反馈增强、支持时间敏感网络T

16、SN和5G网络对接。时间敏感网络(TSN)是一种基于IEEE802.1的实时以太网标准，它可以确保信息在固定且可颁!的时间内从一个屣动到另一点,其彳的斗动、低酬、确定囹专输的特点，能满足对传输可电性和时延有较高要求的应用场景。5G+TSN能解决网络传输层K北统T三三1.诃题，可通过SGNR彩厂内的有线网络，让工业生产更D喇甘匕在R17阶ESJB,3GPPF义国陪B无TSN网络的情况下，5G系统可独立部署，实现踊定性通信.这将击点增强在行业现场硒立螂5G的灵i融啮用性5G将会持续完善的确定颉信网络在独陪曙场景的能力。OPC基金刽三出的新一代OPC统勾(OPCUnifiedArchitecture

17、,OPCUA)标；蜥一了k协议层的互搦镶口,能解决泛在工业协议业务层在语义层互联互通的问题.击寸脚HS三间的互操作性,5GTSN,OPCUA结合，就可以打通从通信到应用的互通,产业研1.4.4 高精度室内定位内定I墩术在员工管理、物资监管、远程监控、机器导航上有广泛的应用需求.目前应腌多的是基于蓝牙和UWB的定位技术.蓝牙定位一般采用三角定位法，只要有三个Beacon信标设备，就能1十算出位置,精度可以达轴级UWB定阚用事先布告好的已知位置的猫点和桥节点，与新力叭的盲节点进行通讯，利用三角定位或者“指纹”定位方式来确定位置，UWB的定位螭脑到0.1m-0.5m.1.4.5 。蝇信亳米波通信具翻

18、网络中的4谟站1隔代光纤回传，热点地区传输醒，iS三之间的前瓠频大容S、波骸、可靠性高、方向性好等特点，主要应用场景集中在5G传输等。亳米波通信系统设计关键技术主要为大规模天线和波束赋形技术、波束管理技术、传播特囹吟透损耗机理等.毫米波波段的波长远小于传6GHz以下频段，相函寸也较小，更适合骸动设备上配备亳米波的天线阵列，为基于空米波通信提供了广阔的应用前景。1.4.6 三三信利触飕莽自题IOMbps以内，上自输E5Mbps以内的物联网连展目前已广泛应用的既包括:H受权频谱的NB-IoT.Cat1.s基于1.TE演蝌物联硼支术(1.TEenhancedMTo,eMTC)等，也包括工眼B1.Ex

19、ZigBeex1.oRa和SigfoX等.运营商主导的工作?银权频瞬海动物联网从2G时代开雌已经萌芽。随之,一系列针对传输速率、覆盖、容量等进行了专1,前讹的低蟠广域网（1.PWA,1.owPowerWideArea)喻WjZ雌，皿5j受权频段的NB-IoT.eMTC等，它们具有砌耗大连接、低成本等特性,能大幅缩减网络布建成本,带动智慧城而资产追踪、共享经济等领域的物联网应用的快速落地,另一方面，工作国股权频谱的B1.E、ZigBee、1.oRa和全保障等方面普Sigfox,Z-Wave等已经在不同的行业领域广泛应用。然而，这些通信技术在端能力、安三缺陷。未来有机会与5G等蜂窝网络在可靠性、低

20、功耗、数据同步等方面帼虽恫，进一提高圆勰传输的可靠性2.行业现场网技术组成2.1 融合运营商能力尚亍业现场网总体架构SG广泛畸熊统行业的同时，飒的能力下沉时延、定位可靠性等提出了更高的要求，5G需与连接行业业务和应用触手的行业现场网结合，从而在各个行业场景中发挥更大的作用和价值行业现场网包括行业现场接入网和行业现场核心网两大部分。行业现场接入网可桥接异构的行业现场网络，如无源通信、短距通信、蓝牙、TSN等，行业现场核心网主粥器曙在行业嬲边缘侧的UPF1进行涉，姐里5G上传的现场作业数据，实现对整体现场网RFID蛔惭旨，下；5G+蒯JSj的骗行啊礴入网有五大州滋札包S5G+确定!蜗络拉杖SG+新

21、型短距通信、5G+5G+uwB三m其中道Kg分离的赛向，标级励采用射刷信,瞪!1指令下发和信息回传均用5G,提升了新的龙殿口设计，夜期原对点通信的同时，可满足超耐延、高可靠精凿、高并发、敲蟀和高安全等需求；5G+脸曲蝴娘确定性网络和5G的优势，在;龌通信高可靠与脸性要求的同时，解决了现场布线问题；5G+UWB三牙鄙I定位可在保障大带宽、低时延、广连接网络能力的同时，解测场向信号投波磁定位的精度低，对环埔鲍性差等问题，满足垂直行业设备协同工作、远隧制、移动设备轨迹跟g等场景中高精需求；5G+亳米波可在保隆区i三盖的同时翊重点区蝌定点覆盖,提升上行1辎1能t）、增加可靠性、安全性.彳亍业现场核，1

22、网利Im部署在彳亍业现场阚5的UPF网元对本地理，满足行业客户不出场、超低时延等需求，实现传输、处理和结果反馈整个过程缪轩本地,基于核心网UPF的业务喇助可以励啮UPF本身甚到蝴入网的业务调酸率。此外，3GPP在R16中定义了SG-1.AN组网功能，通过核心网艮问支持行业现场网的层二组网而无嬴砂怖）网关路由设氤行业用户除了对现场网一网收编、R出场等需求，对理杂的网络系统运维也提出了更高需求。目前，行业现场场景复杂，普遍存在网络异构、定制侬嚎，传统嘀用潍团队无法满足行业网络的运维和管理需求。行业现场网技术中的基于数字李生的网络服务通过信息建模、智能运维、数字李生现场网服务平台可网现网络可视、可管

23、、可控，降低S场K,提升行业现场网服三效率.图2-1行业现场网技术架构2.2 新型无源通信2.2.1大多工F都有物料资产定期盘点需求,而当前的管理手段还三瞬原始，有少数企业尝试用RRD剃J三J市自崛点，F三t三r新翔颠伊惭方黝基神三西顶幽RFID对施的麟流三g-体俯跑，采瞬蛎流三信分离的砾架构,提升RHD组网性能,翻HIk场景下高可靠读取.这个方案有2个特点：标签侧是直接使用商用RRD标签r可以实现产业J1快速切入商用颗蜓用蜂窝SG的上下行解耦、多天皖创新思想，提升传统RF1.D组网性能2.2.2耀趣通M体框架及关螃术点传统RRD读写器是收发,需要进行干喇肖，因出近，成本高.分布式RHD将标签

24、的就*Q通信分离，避免复杂的书恸肖,可以降低He1.per成本，同时提升Receiver的读取性能.图2-2增强型RFID画魄分离架构创新方案已在汽车工厂和物流仓库完成系统性测膜证,突破行业应用中读的全、翻肤、定位准等关腱业务需求.基于ReCeiVer多天线及多HeIPer协同等关献术，可以翔出入库9999%fi宛期成解.在出入库多道口场景，一个Receiver可以携带多个He1.per,通商港HeIPer部鄱时弗谢第，限版三出AM75向99%6拚三三解。并且由于Receiver可以对个He1.per协同醯调度,在实际商用部署中，无需在出入库道寸:门，也可有效解决多道口之间的庭信息串读问题2.

25、2.3分码RF1.D螂口军新型无源通信牍可以很好的与室内蜂窝小基谡合.分离后，Receiver网戴灵20-30米，和蜂窝小基站覆盖相当.敏度可以三J-105dBm,在工F室内场景实际测Receiver碱件上与PiCORemoteRadioUnitIPRRU）也，作为其原多助，供pRRU涵利，隅k1.E网g三癖,T长网实11mi接。IO征是免电池，成本也较NB终端降低个数-.新设计空口波形和t揖义,将无源空口成为行业现场网白皮书2.2.4新型无源通信方案未来的发展方向新型无源通信未来发展方向将从室内走向室外，使室外杆站甚至宏站拥有无源物联能力,成为5G海量机器类通信(MaSSiVeMachine

26、TypeofCommunication,mMTC)下一跳.技术上，关键是突破远无源通信,她疆畸到100米以上,支持温湿度传,就可以使能室外广域很多行业应用。大的特无源通信的实现则需要设Vt新型天源标签,相比NB-IOT,新型无源标5G网络NR空口的一个部分，在时辍源调度上做切片，拿出部分子载邮妩源物联业务.室内基带处理单元（Bui1.dingBasebandUnite,BBU）,传输等处理缴与其也峥共享,也无需新增核心网网元，通过软升密谈标签的认证、安全等功能.NB-IO1.10mW1薨元NRPassiveIoT100uWQ1.城终价格图2-3新无源与NB-QT功髓成$比较这类室勺氏源物联的典

27、型应用场景包括电力、农业等诸多领域,电力需酎时监控设备国亍状态，诊断故障与健康监测，田俱等位S温三监测,防火灾故障,在电网运行环境，无源物联更安全.精准农业的关键是，需要对生长环境的信息嬲!互联，也只有无源免电池才能（魁晅啪弃，满足环保要求.2.3新期距通信技术三言河旨施礴内（通常小于100米）信，3型的行业现场网网络，主要用于设备间的小范围互连，具有犍简单、成本低等（糊。随着智能泛在连酬快速发展，智能、智能制造等场景对大带宽、抗干旅高可靠通信已经提出了唳性能需求，然而现有的传绡烟鲍妹多采用非授权频段，并受限于基于竞争的资源分配TO1.频段干扰严重且无法信道资源的i定性，难以实现微秒级低时延、

28、抗突发干扰等持性在此背景下，星闪联盟”在2020年9月份发色成立,致力于械具有自主知识产权的新T短距通信技术创新和产业生态的全球化.OBhietoGthRRDS：；：tm-)图2-4现有短3随信技术无;去满足新场景下低时延、高可靠等要求星闪联盟主导制定椭Sm1.甯玄术（下称Spark1.ink技术）基于全新的口设计，预期可以更好飒麹低时延、高可靠、精同步、高并发、磁率和高安全等，满足智能制造、智能柞、智能家居、智隧端等场景下确定性服务质量保障业务的需求具体来说,Spak1.ink利睡惭的帧结构设计，弓I入极简协议既跨层透传机制，基于业务特性使能半持续m,实现m向用P面传输时延小于20us,是目

29、前业界唯rS桎J100us以下彳情的延的无线技术同时，弓1内进的信道三三技术Po1.ar和RS,针对随机砂奸扰进彳球化，结合物理层快速反馈重传机制和灵活干扰侦听避让机制，实现复杂电磁环境下的高可靠传输。Spark1.ink技术还引入基于管理节点的时分双工，通过同步序列和资源映射优化，实现中（雕噪HTF仍小于Ius的同步精度,育国三同步要求的峥需求.此外,还STOFDMA接,弓I入非翔然厕咽等Sf粗资嬲娜脂示历t,则对于多路并发业务的良寺。此外，Spark1.ink还引用瘦、多频嗝支持，进一提高m位带郑捌用海，IW基于精同步能和优化的管！划分;靡，使得密集螂场景下信道利用率显著提升。搠短距技术和

30、5G例办议融合方案.在Spark1.ink技杓口5G网络融合部署方案中，G节点（管理节点）作为Y路由用银节点将T节点（通信节点）与5G隆g镯艇来,5G核心网透过协议i裁唳可出嘶有T节点的设&状态，包限电献态、业务信息、流量使用等，此外T节点不硝境网络的入网鉴权。数据!的方,系统通过层二中继的方式，在辘链路层以上做适S喔，定义数据三i糊面协议的格式、数据集，可部署在边缘UPF、归属用户月帽器（HomeSubscriberSerVer,HSS蹲位置,实现三5三上云，甥现SG网络对Spark1.ink短距通信域中G节点和T节点的可达，可穹里、Rj三三.图2-55G交距局耕的磴融创三百懈融合,将助推公

31、、专网一体化的网络架构的陲B,翔异构网辘紧网SparkUnk和5G网钿喉不5G勺互联区，版悔距三箫旷域画割蝇哈，还能进我带动“融酝“飘络婚肮互通、数输询和智能业务的承载,促进增强移动通信技术与垂直行业的深度融合，助力CHBN询喇创新燥.作为端到端通信的末端神经，新距通信技将是未来柔性网络的重要体现，是空天地-咻化的关键组成部分。发展短口睡信技术，将会对蜂窝网络的动态服务能力进彳谢卜丽展，;龊垂直行业在生产运营中对通信连接灵活、动态、快速耀的需求.为满足未来距通懿术，提前布局标柔性网络的架隙求,建议在下一代物联网通信体系中统筹考,准和专利，更好t螭足未来CHBN多场景通信2.4确定性2.4.1

32、确定性网络概述现场网确定性网络国醺将保证业务的璃定性带宽、时延、抖动、丢包铜粉网络.这三三t三三mSR11三/以确延IOms.时随抖a三0s.对确定性网络的需求在工业通信槌广泛存在.传统工业现场网络中的现场总蜴支术如ProfiBus.CAN、CC-1.ink%1.onworksfEtherNetZIP.Profinet,EthefeAT、PoWerUnk等都三一会度上解决了该问酶但因通信协议标准多而杂，导致彼此之间通信兼容性不佳，技术实现时闭，可复用随差,蟠了工业网络互联互通的发展,并导致工业网络部署成本长期居高不E此外，有线的连接方式，也存在场景应用有限等问题。却阖硼延颉庠通福5G技拗出现，

33、为攻领供了新的通信选择.如果现场网络有线性网络和5G的优势，满足通信m界与确定性要求的同时，解决现场布线问题，月法长期困扰工业现场网络的问题将迎刃而解.如何将5G技棍络技术融合成为业界研究怎，5G+TSN知端颈的确定性是当前的一个重要技术方向.2.4.2 确定性网络关顺术3GPPR16秋的TSNBridge雌利用5G苴术,心网瞅SG和TSN网络衔接!礴同时，SG空口UR1.1.C麴腋术承载网络的优依林等逐步增强空口以及至谢延确定性，也忌株5G+TSN组网的重要组成部分.下节分另嗅体介绍现场网确定性网络关冰.2.4.2.1 确碘5G+TSN硼旗术为满足碎然醺幽施用TSN技术的确定虹业谶互联的需求

34、，3GPPR16已经考虑并定义了SG系统作为TSN逻辑网桥的架构，完成与TSN网络的组网与互联,利用SG14延展现场网络既有的TSN网络的羽盖.5GTSN逻辑网桥架碰吓图所示：图2-63GPP定义的TSN逻短网桥系癖构图为了实现5GTSN避桥和TSN搬的对接，5G系绸广展了如下3个功能模块:1)DS-TT三yTSN转嵋(Device-SideTSNtrans1.ator),用理的TSN薇.2)NW-TT网络则TSN箱略(Network-sideTSNtrans1.ator),用强妾网触!的TSN视3)TSNAFTSN的应用功能(App1.icationFunction),用于连接TSN网络的C

35、NC控制器.此外，为了实现SGTSN颜网桥的功能，SG系统需要支襟吓关雌术：第一，5G系统需要为TSN业务提供其腌的超I度时间同步能力.整个E2E5G系统可以视为IEEE802.1AS时间嬲T,UEDS-11和UPFNW-11需要文寺正EE802.1AS阕乍，三mDN碘的TSNGM间的TSN时间同步。此外,5GgNB和UPF间也靠要提供基于5G系统时1怫高精度时间同步.第二，5G礴需要为TSN丁业巨联网应用型性厕延流调资源的优化调度技术，UE/DS-TT和UPF/NWTr基于正EE802.1Qbv标准定义的流调度能力母.第三，5G系统需要与TSN网络间协同交互，实现5G系统作为TSN逻辑网桥的

36、配置和管理等功能，包括：UEDS-11和UPFNW-11需要城1.1.DP协议进行链路发现,5G系统通过TSNAF向CNC上报5G醴的状态信息、及接收CNC对5G系箍潞碗4片预留等。同时，5G作为一种的性网络，也可以直接作为现场网的接入技术为了进谢升性，增力咂Z用范围，3GPP的R17版本正在定义无醐陪娜TSN网络，5G可以独自!i3性网触输功能,预计在后领R18中，3GPP将进一步增超虹2的雁性网络功能.这对于进一步简停亍业现场网的网睇构提供了强力的支撑.2.421确定性SG空口UR1.1.C技术用昔灵Mini-S1.ot上耸麒喃DPDCPdupkation等雕，SG定义磁高可靠囹丽邮!业务

37、场景下,网络性偿口时延与可靠性大酗也5G为了实现低时延高可靠，对空口帧结构进行优化改进,采用参数可灵活配置统一帧结构技术(UnifiedFrameStructure.UFS),一方面通过减少E长度、降低CP长度、墙0吁载波间隔、改进调度流程、降低调度时延应对低时延高可靠业务，另一方面又可以针对不同频段、场景和信道环境，选择不同的参数进行S晅，如带兔子载波间隔、循环前缀、传输时间间屐吐下行S此,满足时延方面的甜或者带宽方面糠求.*MHad图2-7统T1.媚构!i=向上使用Mini-S1.ot时殿构,其上下行不一致,下行可以在(2,4,7)个OFDM符号上任意,上行可以在1-13个符号中任;,这样

38、以更少的符号数为调度单元.尽可够的时间内保证物理g三D三,实现更小调度粒度，减少调度符契目，实现快速传输,从而降(硼延，懒呵养性.同时上下帧调度使用快速接入免授权调度，避免采用碘魁喇碉廓阿，i三g三三,解烟寸延.图2-8Mimi-SIot时隙结构上行免授权调度，提供了一种基于m电态授权的传输方式，通过激活上行Sd置的周期性授权，并基于蜥权配置可进行多次上行传输.上行免授权调度对于时延敏感业务以及控制信息开销方面均有所帮助.在NR协议中，进行了2种上行免授权传输配音类型的定义,称抄Type-I与Type-2.Type-IRRC信舒已置频域资源、时域偏置、调懒码等参数.而终瑞设备，接收RRC信令后

39、，随即左崛偏鼬行授权配懿激活。而Type-2B5t1.Wi三RRC信的，11,三PDCCH系权配首。PDCPdup1.ication,即将PDCPpacket豆制到不同载S的R1.C实体,通过不同熔口,国第三蜒B幅砒k,击技畸性.3GPPR15沅隹已方寺PDCPDup1.ication功能,但仅支持2个副本.R16标帽滕中建议支持4个副本.在对时延要求的场景下，可以提高传输可靠性.2.4.2.3确定性业务统一承教技术承载针对行飒场网TSN类业务承载互联砺求，支持TSN+确定性网络承载方案,即UNI硼妾入TSN类确定性现场网业务流量,将承1频成TSN砌网将提供般性精准络蛾（如图龌承载网可以在De

40、tnet网络架栅口曝中采用不同的谢皴术提供精?所示），从应用角度精准网络连接等同于螂的“光纤”连接，转发时延树斗动是确定性的.1.2定性业务TSNEthernet12脸性业务TSNEthernet精准络连接支持从腌1.1-1.3提供不同特性的连雌术,包括以太网1.1.层硬隔离TDM的ITU-TMTN技术，1.2层以太网螂瞒的PWE3仿真技术，1.3层IPQOS保障技术等.不同的喇$术可以提供不同的隔离特性，转发时延和抖动特性以及可靠性等,用户可以根据业务的差异化需求蟒合适的蜂技术，其蟒过程可以通过智能化管控自动完成.精准网络连接同时支持精准质量指标检测功能，具备实时楹蟠的丢包、时延和抖动等关键

41、指标，保I障质量并简化运色承载网络切片技相网络综合承载的基础能力,基于统F国针烛亍业现场网络的差异化承载需求进彳闹络切片，为f亍业应用提供合适的网络资源保障,进而卸亍业应用要求的确定性承载提供有保障的虚拟专网服务.2.4.3演进趋势5G与TSN解决了网络传输层的确定性统TS信问胶,OPC基金会推出的新一代OPC标准OPCUA（UnifiedArchitecture,统一架构）,贝蜿一了：D1.k协议层的互操作接口，使信息在任何时间，任何地点对每个授权的应用，每个授权的人员都可用；OpCUA这种功能独立于制造厂商的原始应用，编程语言礴作系统，解决泛在工i1.k协议业务层互联互通问题。5G与TSN

42、.OPCUA组合提供了一个经1.高确定性并真正独于设备厂商的ZDIE通信解决方案随着5G和TSN产业黜飒,该方案将有望睇成为工Ik现2.5湘霞内定位2.5.1 高精度定位的概念和整体技术框架、技术点财网布的利强号拆皮触,即RSSI(ReceivedSigna1.StrengthIndication).期频献氐,J皎丽睁，比攵Dg于Wi-Fi信号RSSI,或是基于蓝牙iBeacon信号RSSI的，精度为1/3或者1/4基站间S屈朔略定位。过去一段时间，IDIk产业内部对人员，可移动资产和设备检B用腔制的需求越来越多。产业界发展出对高精电子围栏，高精度轨迹,言定位的JU辐精定位需求。的寸这些需求业

43、界发展出了两帔术方向：2.5.1.1UWB(UItra-WideBand)UWB是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通筒俄术它不需要使用传通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或皮秒级以下的极窄脉冲来传辖激据，从而具有GHz线级的宽,超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、硼低抗多径效带技术可以应用果好、安全性高、系统更杂度低能副烯确定蹒度等优点.因此，3于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能圄共十分精确的定位精度。实脸室理想情况可现IOCm左右的三三W三1.UWB傅段吓：19图2-10UWB定位麴株构图每个定位瘫以UWB瞅幢亘不间断的广播发每个定位基站利用高敏度的

44、短瞅中侦测器测量每个定位标签的数据帧到达接收器定位弓摩参考标签发送过来的校准数据，确定标签达到不同定位基站之间的时间差，利用ToF或者TDoA算法来计算标签位置.2.5.1.2以蓝牙为代表，基于天线阵列的角度定位（AoA/A。D）,是基于收发信号之间角度演I1.S的高精度定位方案。根据基站或终端上特殊设Vt的天线阵列（U1.A均匀线阵UCA均匀圆阵之间URA均匀加车）上不同天蝴连路上的相位差，基于相位MUSIC算法计算彳殷!H言号t的相对角度，理想情况下精度也可以做I娅米级。得益于蓝牙产业链的成熟，基于蓝牙角度定位馥范围内更具有成本优势,蓝牙高精度定位系统的唇魄UWB类似，唯一的廓堤螭口的是通

45、过不同凄护生的角度信息，而不是UWB里使用的时间信鼠喇飒踞刖布融唯1麻，刨三三z包根、砌网关粉S备管理平台、室内定位能力平台和室内定位蟠平台图2-n集见二定位技术的室内系辘2.5.2府和运营商5G的整合方式5G技术大灿升了移动谶性能，提供大带宽、低时延、广连接的网噬力，为垂直行幽螭修（融度断状保!$,甄、UWB高窗位可以达?睡米级Si1.定位精度，结合现场网对于通诩阅端酬需求,SG融合高精解内UWB、蓝牙AoA等室内定位解决方案应运而生.本方案主要考虑定位雌与5G分布式皮基站结合共同部署，定位基站匏懒技术，用5G皮基站的站址资源、供电资腑Q传输资源，同时结自边缘计算0提供亚米级定位精度，满足智慧园区、交通抠纽、口!智能制造、大型展馆等室内场景下的各种定位业务需求.5GSeUWB迺AoA位