工业互联网网络技术第七章

第7章5G与工业互联网5G技术

5G是第五代移动通信技术（5thGenerationWirelessSystems）的简称，是最新一代蜂窝移动通信技术。5G最大的应用之一是大规模设备通信，例如自动驾驶汽车、元宇宙硬件、游戏虚拟现实(VR)和智能工厂。与4G相比，5G网络是高度集成的，是一种范式的转换，5G网络的新范式包括具有海量带宽的极高载波频率、顶级基站、高密度设备，以及前所未有的天线数量5G的目标场景为增强移动宽带（eMBB）、超高可靠、超低时延通信（uRLLC）、大规模物联网（mMTC），其中包括移动互联网、工业互联网和汽车互联网以及其他具体场景。（1）eMBB。以人为中心的应用场景，集中表现为超高的传输数据速率，广覆盖下的移动性保证等，可以最直观改善移动网速。（2）uRLLC。超高可靠超低时延通信，在此场景下，连接时延要达到1ms级别，而且要支持高速移动（500KM/H）情况下的高可靠性（99.999%）连接。（3）mMTC。5G强大的连接能力可以快速促进各垂直行业（智慧城市、智能家居、环境监测等）的深度融合。5G与工业互联网

5G的出现极大地推动了工业互联网的发展。在工业互联网领域，5G将构建全新生态。UPF（UserPlaneFunction）是5G核心网系统架构的重要组成部分，主要负责5G核心网用户面数据包的路由和转发相关功能。UPF在5G面向低时延、大带宽的边缘计算和网络切片技术上发挥着举足轻重的作用。MEC（MobileEdgeComputing）则表示边缘计算技术，它是支撑运营商进行5G网络转型的关键技术，以满足高清视频、VR/AR、工业互联网、车联网等业务发展需求。5G关键技术

大规模MIMO技术多输入多输出技术（Multiple-InputMultiple-Output，MIMO）是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量网络切片技术网络切片技术就是把运营商的物理网络切分成多个虚拟网络，每个网络适应不同的服务需求，这可以通过时延、带宽、安全性、可靠性来划分不同的网络，以适应不同的场景软件定义网络（SDN）软件定义网络（SDN），是一种将网络基础设施层（也成为数据面）与控制层（也称为控制面）分离的网络设计方案SmallCellsSmallCells，就是小基站（小小区），相较于传统宏基站，SmallCells的发射功率更低，覆盖范围更小，通常覆盖10米到几百米的范围，通常SmallCells根据覆盖范围的大小依次分为微蜂窝、Picocell和家庭Femtocell。设备到设备通信设备到设备通信（D2D）是一种基于蜂窝系统的近距离数据直接传输技术。设备到设备通信会话的数据直接在终端之间进行传输，不需要通过基站转发，而相关的控制信令，如会话的建立、维持、无线资源分配以及计费、鉴权、识别、移动性管理等仍由蜂窝网络负责网络功能虚拟化（NFV）NFV，就是通过IT虚拟化技术将网络功能软件化，并运行于通用硬件设备之上，以替代传统专用网络硬件设备。NFV将网络功能以虚拟机的形式运行于通用硬件设备或白盒之上，以实现配置灵活性、可扩展性和移动性，并以此希望降低网络CAPEX和OPEX。云无线接入网（C-RAN）云无线接入网（C-RAN），将无线接入的网络功能软件化为虚拟化功能，并部署于标准的云环境中。C-RAN概念由集中式RAN（无线接入网）发展而来，目标是为了提升设计灵活性和计算可扩展性，提升能效和减少集成成本毫米波（mmWave）毫米波（mmWave），指RF（射频）频率在30GHz和300GHz之间，波长为1-10毫米的无线电波。5G与2/3/4G最大的区别之一是引入了毫米波。毫米波有极高的带宽，可利用总带宽高达135GHz，是传统微波波段带宽和的5倍工业互联网与5G

工业互联网发展提速，工业互联网是5G重要应用领域之一。工信部印发的《工业互联网专项工作组2020年工作计划》指出，要从多方面提升工业互联网的基础能力5G与工业互联网融合，打造云边端一体化工业大脑。图显示了由5G技术实现的数字化工厂。其中5GSA是指专属于5G独立组网的流量，5GMEC是指5G多接入边缘计算。值得注意的是：5G与行业融合的价值和作用已经被越来越多的行业所认可，但受限于数字化基础条件、产业发展节奏及行业变革周期等客观发展规律，5G与行业融合不会一蹴而就。本章小结通过本章的学习，可以了解到5G的应用场景；了解5G的特