《中国联通:2023年5G+汽车智造技术白皮书(48页).pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中国联通:2023年5G+汽车智造技术白皮书(48页).pdf(48页珍藏版)》请在三个皮匠报告上搜索。
1、中国联通 5G+汽车智造技术白皮书中国联通 5G+汽车智造技术白皮书中国联通研究院2023 年 6 月中国联通 5G+汽车智造技术白皮书版权声明版权声明本报告版权属于中国联合网络通信有限公司研究院,并受法律保护。转载、摘编或利用其他方式使用本报告文字或者观点的,应注明“来源:中国联通研究院”。违反上述声明者,本院将追究其相关法律责任。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书目录目录一、汽车智造场景与业务需求.3(一)汽车智能制造业务需求.3(二)汽车智造业务的网络需求.61.业务 KQI 与网络 KPI 关联.62.汽车智造的 5G 网络指标需求.8二、面向汽车智造 5G-Advanced 关键技术
2、.11(一)URLLC 技术.111.5G URLLC 的关键技术.112.5G-A URLLC 增强技术.12(1)互补 TDD 技术.12(2)跨载波 HARQ 反馈和重传.13(3)扩展 FDD 系统子载波间隔.14(二)高精定位技术.15(三)数采物联/无源物联技术.17(四)大上行技术.181.灵活帧结构.182.载波聚合.183.灵活频谱接入与上下行解耦.194.分布式 Massive MIMO 增强.20(五)可靠性与业务确定性技术.201.链路级保障技术.202.设备级保障技术.223.运维级保障技术.25(六)5G 与工业融合技术.271.工业协议 over5G 演进.272
3、.5G 内生确定性.293.XSO 跨域协同技术.31三、汽车智造融合解决方案.34(一)概述.34(二)无线网解决方案.36中国联通 5G+汽车智造技术白皮书(三)核心网融合方案.37(四)智能运维解决方案.38四、中国联通 5G-A 在汽车智造的实践.39五、总结和展望.43中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-1-前 言在开启全面建设社会主义现代化国家新征程中,抓住数字经济发展契机,有力推进数字产业化和产业数字化,是推动高质量发展及全面建成社会主义现代化强国的关键环节。党中央、国务院高度重视5G 和工业互联网发展,习近平总书记多次作出重要指示,要求加快5G、工业互联网等新型基础设施建设,强
4、调 5G 与工业互联网的融合将加速数字中国、智慧社会建设,加速中国新型工业化进程,为中国经济发展注入新动能。“十四五”规划明确提出构建基于 5G 的应用场景和产业生态,积极稳妥发展工业互联网。工信部从 2019 年起相继印发一系列文件,逐步推动“5G+工业互联网”融合应用向纵深发展、由生产外围辅助环节向核心控制环节深化拓展。“5G+工业互联网”开始由亮点场景建设向体系化工厂、数字企业方向演进,进入产业深耕、赋能发展的新阶段。汽车制造业是现代制造业的重要领域,在制造产业中占据重要地位,具有产业链长、覆盖面广、关联产业多等特点,对国民经济的带动作用非常明显。5G、工业互联网、人工智能、无人驾驶、新
5、能源车等技术的兴起,推动汽车产业向智能化、网联化发展,促使从生产到服务环节的全链条变革,为汽车产业带来新的发展机遇。为了实现“制造”向“智造”的转变,5G 作为关键使能技术,通过赋能智能制造、智慧物流及智能运维大力提升制造环节的自动化、信息化水平。5G 专网已能够满足汽车生产大部分场景的需求,但仍无法满足 PLC中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-2-南向 IO/阀岛实时控制等超可靠低时延业务场景需求,5G 网络还无法完全替代 PLC 南向工业总线,需要继续推进 5G-Advanced 技术增强以满足汽车智造柔性化生产需求。本白皮书通过业务场景需求分析,提出面向 5G-A 的一系列关键增强技术
6、,通过 URLLC、高精度定位、物联、大上行、确定性等技术增强,为汽车制造提供一张更加高安全、低时延、高可靠的通信网络解决方案,初步解决了 PLC 南向等工控设备“剪辫子”、柔性生产等行业难题,为将来拓展丰富 5G-A 技术在汽车制造及其他行业核心生产环节应用场景提供技术基础。编写组成员编写组成员(排名不分先后):中国联通:李静、张涛、韩潇、马艳君、赵明阳、董秋丽、刘英男、李福昌、赵兴龙、荆雷、魏进武华为:包盛花、毛天羽、赖文燕、周凯、谢春生、曾正洋中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-3-一、汽车智造场景与业务需求一、汽车智造场景与业务需求(一)汽车智能制造业务需求(一)汽车智能制造业务需求汽
7、车制造是重型离散制造业中的典型代表,业务场景丰富、自动化水平高,典型通信业务包括:机器人 I/O、阀岛、运动控制、基础数据采集、涂胶/焊接表面机器视觉质检、物料/人员定位和管理等。需求场景 1:I/O、机器人控制需求场景 1:I/O、机器人控制汽车制造工艺主要有冲压、焊装、涂装、总装,也就是俗称的“四大工艺”。其中焊装车间是汽车生产工序中自动化程度最高、机器人使用数量最多的车间,是生产环节上最具代表性的一环。车间产线上不仅包含了多个机器人协作,还需要转台、滑台、柔性滑轨系统、车型识别系统、皮带辊床等大量设备进行辅助,另外还可以通过六轴处工具端的切换实现柔性生产。现有的焊装车间的工业网络采用“集
8、中管理、分散控制”的模式,一般采用工业以太网作为连接技术,PLC(机器人控制)和现场设备层设备(I/O)之间通过工业总线/工业以太网采用树形/环形/总线型网络拓扑结构进行连接,其中工业总线/工业以太网使用专用线缆,接头使用专用快速连接接头,以保证网络通讯的稳定性和实时性。使用有线通信存在较大的局限性,一是限制了工业制造的灵活性、柔性和高效性,产线调整需要重新规划和部署有线网络,调整效率和灵活性均有很大限制;二是机器人机械臂的末端工业以太数据通信接中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-4-口在多任务切换场景中,由于需要与不同外挂 I/O 间频繁插拔切换易造成通信接口磨损导致通信失败;三是机器人在重
9、复性大角度旋转作业场景中,对工业以太数据线频繁进行拉伸、旋转加速线缆老化导致潜在断线风险。经汽车行业专家估计,更换一条标准波纹软管加上更换线缆后执行相关调试,整体过程平均需要 2 个小时。为解决上述问题,可采用 5G 将传感器、机器臂等工业设备以无线方式接入工业以太网,通过减少产线有线束缚、减少产线人工干预,有效提升产线效率。当前焊装车间 PLC 南向 I/O 和机器人控制业务无线化需求迫切,通过 5G 无线化机器人控制器 PLC 与其外挂 I/O间的通信,可以大大提高设备开工率,降低相关故障带来的产能损失。PLC 与 I/O 之间每 4ms 发送状态和控制信息,若 PLC 与 I/O 之间数
10、据传输错误,将会导致机器人停机,因而要求通信网络的端到端数据传输时延抖动4ms,可靠性满足 99.999%99.9999%。需求场景 2:数据采集与 AI 机器视觉需求场景 2:数据采集与 AI 机器视觉AI 机器视觉的应用是通过在生产现场部署工业相机或激光器扫描仪配合专家系统进行实时质检。通过在机器人手臂上安装多个高清相机并内嵌 5G 模组,实现工业相机或激光扫描仪网络接入,实时拍摄的产品质量的高清图像可通过网络传输至部署在MEC上的专家系统,专家系统基于人工智能算法模型进行实时分析,对比系统中的规则或模型要求,判断物料或产品是否合格,如划痕等表面质检、涂胶中国联通 5G+汽车智造技术白皮书
11、-5-质量检测等,实现缺陷实时检测与自动报警,并有效记录瑕疵信息,为质量溯源提供数据基础。同时,专家系统可进一步将数据聚合,上传到企业质量检测系统,根据周期数据流完成模型迭代,通过网络实现模型的多生产线共享。数据传输速率根据机器人手臂上的相机数以及相机分辨率决定。基于典型场景下每机器人手臂上安装 6 个 5 百万像素彩色相机,数据在本地经过 AI 预处理后,每机械臂上行速率需求约为 300Mbps,可靠性 99.999%。需求场景 3:定位管理需求场景 3:定位管理在汽车智造和其他智能制造场景下,定位主要应用于物料和资产盘点、设备追踪和生产资源调度以及人员管理。人员管理相对复杂多样,主要包含人
12、员权限管理:如电子围栏、根据用户位置定位结果触发业务告警等;导航类业务:如人员实时位置分布查看,人员轨迹跟踪、访客位置追踪等根据用户位置进行援助、越界告警等,保障人员安全。不同场景对定位精度要求不同,如物料、设备追踪约 1m3m 精度,人员定位管理需 0.5m 精度且需要满足低功耗或无源需求。需求场景 4:物料与资产自动盘存需求场景 4:物料与资产自动盘存典型汽车制造行业物流总面积在 400,000600,000 平米之间,单个区块(Block)18mx18m 范围内有上千料箱。从车间的道口到地中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-6-面仓库、翻包排序区、产线整个流程中的物料流转都需要跟踪和盘点
13、。基于无源物联技术,通过标识类连接,信息(例如身份标识)存储在小尺寸、超低成本的标签中,实现周期小时级别、面积(18mx18m)级别内的上千料箱的自动远程快速盘存、库位级别13m 的定位能力、以及全区域连续覆盖的能力。表 1 典型应用场景的业务需求应用场景需求时延/抖动可靠性带宽I/O、机器人控制抖动4ms99.999%小包AI 机器视觉99.999%300Mbps设备与人员定位管理秒级定位精度 0.53m物料资产自动盘存秒级定位精度 13m综上,汽车智能制造具备工业领域业务最多样、数据交互指标要求最高的生产场景,表 1 给出了典型应用场景的业务需求。要实现5G 与汽车智能制造深度融合,需要在
14、 5G 能力基础上聚合 URLLC、高精定位、标识解析、大上行、确定性等技术能力。(二)汽车智造业务的网络需求(二)汽车智造业务的网络需求1.业务 KQI 与网络 KPI 关联1.业务 KQI 与网络 KPI 关联不同种类的工业终端在产线中承担的角色各有不同,但都是生产环节中的一个重要的工业节点。以焊接车间和总装车间为例,从业务中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-7-层面看,在整个产线的设计过程中,需主要关注通信服务可用性通信服务可用性、生产节拍生产节拍和安全安全三方面的应用 KQI 需求。其对应的 KPI 指标要求,如图1 所示:图 1 业务 KQI 和 KPI 指标对应关系从该实例中可以看
15、出,接收包间隔、平均时延和最大时延直接影响应用 KQI 指标。具体的:接收包间隔影响可用性:接收包间隔影响可用性:一般汽车制造场景应用更多的工业协议是周期性对发模式的 Profinet 协议,当对发过程中发生若干次(次数根据产线需求设置)漏包或误包时,会导致宕机。且保证工业总线的看门狗尽可能地不宕机,即保证通信服务可用性通信服务可用性能够满足客户需求才是 5G 能规模应用于汽车制造的最重要前提。因此 5G 网络最基础的指标是:接收包间隔接收包间隔抖动有界,且可靠性满足客户或者集成商的对网络的通信服务可用性需求。平均时延影响生产节拍:平均时延影响生产节拍:一个工厂的生产节拍生产节拍直接决定了工厂
16、全年的产能能力,它不仅包含了若干个加工步骤的总加工耗时,还包含中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-8-了这若干个加工步骤切换过程中引入的网络时延总耗时,即生产节拍对网络的 KPI 指标对 5G 网络的平均时延平均时延有需求。最大时延影响安全距离:安全最大时延影响安全距离:安全风险遍及生产的各个环节,安全是生产的基础,几乎所有生产环节都需要有功能安全应用,包括安全急停、安全光栅、激光扫描仪、安全门、速度监控、位置监控、安全马达等。车间生产网络 5G 化后,安全功能体现在 5G 网络的最大时延会影响到安全应用的安全距离。2.汽车智造的 5G 网络指标需求2.汽车智造的 5G 网络指标需求在完整的汽
17、车制造产线上不仅会涉及前面提到的焊接车间与总装车间,还会存在其他生产过程,从而引入更多的业务需求与网络需求,其中最主要的三类业务场景如下:高可靠低时延业务高可靠低时延业务通信服务可用性对网络的接收包间隔抖动有需求、生产节拍对网络的平均时延有需求,安全距离对网络的最大时延有需求。具体对这三个网络 KPI 指标以及其可靠性要求,需要依据具体场景来定量计算,以长城精工的 5G-A 无线化工岛场景为例,其 5G-A 网络的 KPI 指标能力是:接收包间隔抖动:4ms99.999%。大上行业务大上行业务机器视觉在工业生产中应用广泛,常用于遍布整个生产环节的四类业务应用:视觉引导与定位、模式有无识别检测、
18、精准测量测距、产品外观检测等。随着工业机器视觉应用越来越广泛,被检测对象越中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-9-来越复杂,机器视觉应用从传统工业视觉向基于深度学习的 AI 工业视觉过渡。图 2 机器视觉业务示意图5G 的低时延、大带宽等特性能够满足实时传输图像数据及控制数据,实现图像识别处理系统、设备控制系统、工业 AI 视觉云平台和生产业务系统间数据高效传递。其中从图像采集系统到图像识别系统的数据传输是上行大带宽的需求场景。为了保证检测效率,需要在一定时间内进行多次高精度的拍照并将照片实时传输到识别管理系统。假设采用500万像素的工业相机(2560*1920,黑白照片5M Bytes),检
19、测速率每分钟 50m。1mm 覆盖约 50 个像素,则 1 张照片覆盖约 50mm,则每秒需要采集约 20 张照片。如果采用质检线路每边 6 个 32bit 深度彩色相机,则上行带宽约为 300Mbps上行带宽约为 300Mbps。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-10-定位业务定位业务无线定位是工业的普遍刚需,主要包含如下场景:场景一:电子围栏场景一:电子围栏电子围栏主要面向人员管控,实现敏感区域/危险区域的进入管控。相比传统光学围栏难以实现对于人员身份的区分化管控,精度要求主要源自人员身体大小,米级精度即可满足业务需求米级精度即可满足业务需求。通常采用卡片式终端予以定位。场景二:车辆调度
20、场景二:车辆调度车辆调度主要面向实现物流操作的自动化,实现叉车位置以及货位的对应位置的自动化识别以及业务动作的匹配。通常要求叉车定位精度小于货位间隔的一半,米级精度通常可满足业务需求米级精度通常可满足业务需求。可采用专用定位终端,也可使用车载 Pad 实现数传/定位一体化,采用 Pad的场景下,电池续航能力可放宽。场景三:资产跟踪场景三:资产跟踪资产跟踪包含物料运输状态自动变更、产线拉动物料输送、资产精细盘点、生产过程记录等典型场景。基于定位技术实现自动化资产跟踪可以自动化物流效率提升、减少人力成本和人工误差、提升查找物料盘点资产效率、生产过程数据上报,提升质量稳定。通常资产或物料部署堆放距离
21、较近,定位需达到亚米级精度定位需达到亚米级精度。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-11-二、面向汽车智造 5G-Advanced 关键技术二、面向汽车智造 5G-Advanced 关键技术(一)URLLC 技术(一)URLLC 技术1.5G URLLC 的关键技术1.5G URLLC 的关键技术面向行业应用中的低时延高可靠业务需求,5G 主要通过 URLLC技术进行增强,主要包括如下功能:端到端低时延技术:针对 URLLC 业务设计专用的高优先级的 5QI 指示来减少业务调度排队时延,并支持 URLLC 用户高 ARP 抢占优先级来保证资源拥塞时的优先接入等;端到端高可靠技术:通过 PDCP
22、 层的包复制增强以及核心网冗余传输的方式提升传输鲁棒性;空口低时延增强技术:通过物理层的非时隙调度、配置授权调度、传输反馈增强以及 URLLC 与 eMBB 资源复用等技术,降低 5G 空口 RTT 时延;空口高可靠增强技术:通过物理层重复传输、调制与编码方案增强等技术,提升 5G 空口的可靠性。随着 5G 向工业生产的核心领域渗透,低时延高可靠业务的要求也随之不断提高,5G-A 相关技术需要进一步演进以满足端到端 4ms极致时延要求。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-12-2.5G-A URLLC 增强技术2.5G-A URLLC 增强技术(1)互补 TDD 技术(1)互补 TDD 技术对
23、于 TDD 系统,帧结构的下行、上行时隙配比会引入空口等待时延,例如 DL:UL=8:2 或 7:3 等。当一个上行的数据包没有在可调度的上行时隙到达时,则它必须等到下一个上行时隙才可以被传输,因此会增加 TDD 系统的端到端时延。针对这一问题,5G-A 提出互补 TDD 技术,其核心原理是通过配置互补 TDD 配比的两个载波,构建类 FDD 空口 0 等待的极致时延能力。例如载波一的 DL:UL 配比为 7:3,载波二的 DL:UL 配比为 3:7,载波带宽可根据业务需求配置。UE 以 2CC 载波聚合的模式工作,TTI 级自适应选择主载波或辅载波进行数据传输(主载波为上行子帧时,辅载波则为
24、下行子帧),实现 TTI 级全双工,达到最小化时延的目的。图 3 互补 TDD 技术示意图互补 TDD 的两载波可以为 inter-band(频段间)或 intra-band(频段内)的载波。对于 intra-band 场景下,该技术在邻频的两载波上采用不同的时隙配比,会导致相邻载波在同一时刻进行收发,引入较强的载波间的收发自干扰,因此需要通过其他软件或硬件技术来中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-13-消除收发间自干扰。软件技术一般为自干扰消除算法,但实现复杂度和成本较高。硬件技术主要是引入具备高隔离度的收发器件,通过使用高增益、高隔离、小尺寸、低成本的天线,以满足互补 TDD 收发隔离的要
25、求,是可行的解决自干扰的方案。(2)跨载波 HARQ 反馈和重传(2)跨载波 HARQ 反馈和重传等待ACK/NACK反馈以及数据包误码重传是导致时延增加的关键影响因素。当一个载波需要进行 HARQ 反馈或数据包重传且需要等待上行时隙时,可以通过跨载波传输技术在有上行时隙的另一个载波上进行传输。3GPP R17 已支持跨载波 HARQ 反馈技术,支持通过 DCI 调度和半静态配置两种方式选择反馈 HARQ 的载波。对于互补 TDD 场景,通过跨载波 HARQ 反馈,可以实现 TTI 级的全双工重传调度从而最小化空口时延。图 4 互补 TDD 的跨载波 HARQ对于跨载波的重传,实现 TTI 级
26、的灵活重传调度需要打破现有HARQ 进程管理的机制。互补 TDD 场景可以考虑跨载波重传方案是互补 TDD 的两个载波共享 16 个 HARQ 进程:支持 PUSCH 和PDSCH 数据的跨载波重传,即相同 HARQ 进程号,UE 忽略小区 ID中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-14-的不同,PUSCH/PDSCH 数据通过其它载波重传。(3)扩展 FDD 系统子载波间隔(3)扩展 FDD 系统子载波间隔FDD 系统的上下行可以同时收发,天然支持反馈和重传的零等待,因此在 URLLC 低时延方面具有先天的技术优势。在 FDD 频谱方面,联通和电信在 2.1GHz 频段有 2x40MHz 的优
27、质频谱资源,可以承载一定容量的 URLLC 业务。然而,现有的 5G FDD 频段受限于 15kHz 的子载波间隔,其符号时间是 30kHz 的子载波间隔的 2倍,端到端时延只能达到6ms左右。如果将子载波间隔扩展到30kHz时,FDD 系统端到端时延可降低至 4ms。实现 5G FDD 系统 30kHz 子载波间隔的制约因素是现有的 5GFDD 网络均采用 15kHz 子载波间隔,产业链未开发 30kHz 子载波间隔的产品。推动端到端产业链,基站设备、芯片终端支持 30kHz子载波间隔是实现 5G-A FDD 的超低时延能力的技术方向。图 5 FDD 系统不同子载波间隔下的时延比较中国联通
28、5G+汽车智造技术白皮书-15-(二)高精定位技术(二)高精定位技术当前 5G 定位技术主要包括 SRS 场强定位、UTDOA 定位等,室内定位精度约 13 米。SRS 场强定位包含三角定位和指纹定位两种。场强定位由 UE发送上行 SRS 信号,根据多个 RRU 测量结果,基于三角定位或者SRS 指纹库得到用户位置。UTDOA 定位技术则是基于接收的 pRRU间 SRS 信号到达时延差 TDOA(Time Difference of Arrival)和已知的 RRU 位置计算 UE 位置。针对识别为 RedCap 的终端,在终端RRC_INACTIVE 态进行定位 SRS 信号及 PUSCH
29、小包数据 SDT(small data transmission)发送,让终端该功能通过大部分时间处于休眠状态的方式,满足终端的低功耗需求。为进一步满足行业应用定位技术需求,5G-A 定位技术主要向高精度、低时延、低功耗三个方向演进,通过利用丰富的 5G 频谱增加带宽,基于带内载波PRS/SRS带宽聚合来传输和接收定位参考信号,提高定位精度;利用 NR 载波相位测量,改善室内和室外部署性能的潜力,缩短定位延迟;基于 SDT 技术扩展和深化在 idle 和 Inactive状态下的定位,降低终端功耗。载波聚合定位:载波聚合定位:通过载波带宽聚合的方式提高定位精度,其定位的有效性很大程度上取决于接
30、收机是否能对不同载频上的定位信号进行相干接收。考虑到不同频段上的定位信号难以实现信号之间的时中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-16-序对齐和相位连续,载波聚合定位当前只限于同一频段内的载波聚合方式。载波相位定位:载波相位定位:NR 载波相位定位主要包括 UE-Based 和UE-Assisted 载波相位定位、上行载波相位定位和下行载波相位定位、利用在单载波频率载波相位测量或多个载波频率载波相位测量的定位以及载波相位定位与其他已标准化的定位方法的组合定位等。低功耗高精度定位:低功耗高精度定位:工业物联网场景对低功耗、高精度定位要求。5G-A通过降低深睡电流、减少INACTIVE下的移动引起的
31、重新接入、通信与定位带宽解耦、减少寻呼监听、降低物联网终端与网络信令交互、减少状态转换等多种技术组合来降低终端功耗,从而实现在水平定位精度1m(90%),定位间隔/占空比为 15-30 秒的情况下,UE 电池寿命达到 6 个月-1 年,达到低功耗高精定位目标要求。RedCap UE 定位增强:RedCap UE 定位增强:目前 5G 标准虽然可支持 RedCap 终端定位,但并未评估 RedCap 终端能力对定位性能的影响,也没有定义 RedCap UE 的定位性能指标。为此,5G-A 将完善 RedCap UE定位的相关内容,评估 RedCap 终端的定位性能,研究是否需要进一步增强 Red
32、Cap 定位功能以及基于 RedCap 的增强方法。Sidelink 定位:Sidelink 定位:研究 SL 定位参考信号,包括信号设计、资源分配、以及测量流程等,并实现基于 Sidelink 的定位业务呼叫流程,资源分配,测量上报以及位置解算。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-17-(三)数采物联/无源物联技术(三)数采物联/无源物联技术在汽车智造等工业互联网场景下,数据采集、数据传感和标识类连接等泛在物联应用需求量大。面向中高速物联场景,如视频采集和数据上传等业务,主要通过推进 NR Redcap 技术提供高速接入、高可靠性、低时延业务,实现多样化、差异化的物联场景下的 5G 网络泛在
33、接入能力,满足不同类型业务对网络覆盖、业务速率、可靠性、时延的差异化需求。面向中低速和标识类业务需求,5G-A 通过蜂窝网络结合无源物联技术实现低成本全场景物联。针对低成本高效率全场景物联,无源物联分为两大类基础连接:标识类连接(资产标识识别)和微型传感类连接(传感数据辅助生产)。标识类连接的典型场景包括制造和物流行业的资产管理,将身份标识信息存储在小尺寸、超低成本的标签中,通过电磁反射进行信息传输;微型传感类连接的典型场景包括能源电力的设备本体温度监控以及畜牧业的动物温度、运动传感体征监测等,数据信息由低功耗的传感器生成并通过物联终端传出。为了满足无源、广域覆盖、业务多样的需求,5G-A 采
34、用极简空口设置支持超低成本免电池终端并通过对调制编码和帧结构等优化提升覆盖能力,在终端超低复杂度约束下支持蜂窝网络部署以及连续覆盖所需的链路预算,为蜂窝网络开拓千亿级连接物联新空间打好基础。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-18-(四)大上行技术(四)大上行技术目前,2B 业务对上行速率需求强烈,如在智能制造行业,8K 超高分辨率表面质检上行需求 80Mbps,复合材料拼缝在线检测上行需求 350Mbps,机身喷漆检测上行需求 660Mbps。当前 5G 大网在上行速率方面难以满足行业应用需求,3.5G 单载波 2.5ms 双帧结构上行实测峰值速率 350Mbps,平均速率 250Mbps。
35、智享上行技术通过灵活帧结构、载波聚合、灵活频谱接入与上下行解耦和分布式 MIMO 增强技术实现上行千兆网络能力。1.灵活帧结构1.灵活帧结构灵活时隙让时间智能化,可以基于上行业务需求和现网干扰情况进行灵活的时隙配置,实现上行速率灵活增强。在大上行应用场景,通过下上行时隙 2:3 配比的大上行帧结构,相对于常规时配比,增加了上行时隙比例,提升上行能力。技术原理如下图所示:图 6 大上行帧结构示意图2.载波聚合2.载波聚合载波聚合是在频域聚合更多频谱资源实现上行容量的提升。载波聚合将载波捆绑实现上下行速率同时成倍提升。在 FR1 和 FR2 高低中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-19-频混合网络
36、中,可以采用 NR-DC/CA 技术充分利用中低频的覆盖优势和高频的大带宽优势,在 sub6GHz 可以通过 n1+n78+n78 下行3 载波,n1+n78/n78+n78 上行 2 载波提升上下行速率。如下图所示:图 7 载波聚合示意图3.灵活频谱接入与上下行解耦3.灵活频谱接入与上下行解耦智能终端一般只支持两个射频链路,在 5G 频谱使用机制中,上行载波的配置激活能力与并发传输能力是耦合的,即两个射频链路的用户最多只能同时配置接入 2 个频段。若需要利用其它频谱资源只能通过半静态小区重配置或小区切换等方式实现,网络切换时延大的同时带来网络上行频谱资源利用率低、用户体验差等问题。5G-A
37、灵活上行频谱接入技术可以使终端动态灵活的使用更多上行频谱资源,包括 TDD、FDD 和 SUL 频段。具体的,通过配置、激活、传输能力解耦,使两个射频链路的用户可以通过层 3 同时接入配置多于 2 个的频段,然后网络基于各频段的业务量、TDD 帧配置和信道条件等条件在层 1 动态智选配置频段的子集,并相应地切换用户射频链路进行传输。灵活频谱接入技术一是能够使用户能够获得更中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-20-多的频谱资源,大幅提升上行体验速率;二是使系统有更多的上行频段可供选择和调度,能够为用户实时分配最佳的资源传输,如进行更加快速的负载均衡提升用户的上行体验速率、调度当前信道条件较好的频
38、段给用户以更好的适应信道条件、调度当前为上行时隙的 TDD频段给用户以更加有效的利用 TDD 上行时隙资源等。4.4.分布式 Massive MIMO 增强分布式 Massive MIMO 增强分布式 MIMO 增强可有效提升上行容量,通过 eMIMO 技术将工作在相同频段上的射频模块所覆盖的n个连续覆盖的4T4R小区合并为一个 4nT4nR 的小区来消除小区边界,在降低小区间干扰的同时可以通过 MU-MIMO 功能来提升系统的上下行容量和频谱效率。图 8 分布式 Massive MIMO 原理图(五)可靠性与业务确定性技术(五)可靠性与业务确定性技术1.1.链路级保障技术链路级保障技术为实现
39、链路级高可靠通信,5G/5G-A 系统采用了原生双发选收技术,该技术结合了 5G/5G-A 网络和终端的配合,为业务提供了双链路冗余通信路径,从 UE(用户设备)到 UPF(用户面平面)之间中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-21-建立了两条并行的通信链路,如下图:图 9 链路级保障技术示意图这种双发选收机制在通信过程中起到了关键作用。它可以消除单一链路空口干扰、抖动等影响因素,从而显著提升通信的稳定性和可靠性。具体而言,当一个链路受到干扰或出现抖动时,另一个链路可以自动接管数据传输,保证通信的连续性和可靠性。双发选收机制可采用三种实现方式:CPE 中的双模组同时发:CPE 中的双模组同时发:
40、这种方案中,CPE(Customer Premises Equipment,客户端设备)内部搭载了两个独立的无线模组,可以同时从两个不同的发射机发送数据。这样,在接收端的基站设备可以通过算法选择信号进行数据接收,以提升通信的可靠性和性能。终端连接双发选收网关:终端连接双发选收网关:在这种方案中,两个终端设备通过连接到一个专门的双发选收网中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-22-关。该网关负责接收来自终端独立信号,然后,同时发送两路信号进行进一步的传输和处理,从而提供更稳定可靠的通信服务。终端支持两个会话同时发:终端支持两个会话同时发:这种方案中,终端设备具备同时支持两个会话(Session)的
41、能力。它可以通过同时使用两个独立的传输通道,将数据同时发送到网络中。在接收端,基站设备可以接收并解码这两个会话,并根据算法选择其中较好的一个进行数据处理和传输,以提供更可靠的通信连接。这三种双发选收方案在不同的场景和应用中具有一定的适用性。它们都旨在通过利用双链路冗余和选择性接收,消除通信中的干扰、抖动等问题,从而提升通信的可靠性和稳定性。具体选择哪种方案取决于系统架构、设备能力以及应用需求等因素。通过引入双发选收技术,5G/5G-A 系统有效地提高了链路级通信的可靠性。无论是在面对突发信号干扰还是其他通信问题时,双链路冗余通信路径都能够保障数据的准确传输,减少丢包和时延抖动,从而为各种业务提
42、供了稳定、可靠的通信环境。这对于支持关键应用场景,如汽车制造、港口、电网、医疗等,具有重要意义。2.设备级保障技术2.设备级保障技术在设备级提升网络可靠性和业务确定性方面,基站和核心网的冗余快速倒换方案是至关重要的。根据实现的级别和功能,可以将这些方案分为三类:基础可用性、高可用性和超高可用性中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-23-基础可用性方案基础可用性方案核心网用户面采用 MEC(Multi-access Edge Computing)负荷分担,控制面采用大网组 pool(池化)的方式。承载环形组网,通过环形路径提供数据传输。基站和终端设备没有冗余,因此需要人工干预来处理故障并恢复网络。
43、高可用性方案:高可用性方案:在基础可用性方案的基础上进行增强,采用更多的冗余机制,这种方案可以实现分钟级的自动倒换,减少故障影响并提高恢复速度。方案部署示意图如下:图 10 高可用性方案组网示意图分布式 MIMO 部署中的冗余覆盖和高可用性机制:旨在确保不同 RHUB 下的 PRRU 交叉冗余覆盖,应对单点故障情况下的连续覆盖需求。该机制通过冗余部署多个 PRRU,实现交叉覆盖,并采用快速故障切换技术,实时检测和切换受影响的 PRRU 或 PHUB,确保通信的连续性。此外,优化的路由和调度策略进一步提升系统的资源利用效率和容错能力。这些机制共同为分布式 MIMO 系统提供了高中国联通 5G+汽
44、车智造技术白皮书-24-可用性、可靠性和用户体验的保障。基站侧采用站内关键单板冗余,例如 BBU(Baseband Unit)电源板、主控板、基带板和射频模块的冗余。终端设备建议采用 1+1 备份,即备用设备能够快速接管主设备的功能。超高可用性方案:超高可用性方案:在高可用性方案的基础上进一步增强,实现系统级的双网冗余和终端 1+1 备份。采用异频双网方案,利用多段覆盖相近的频谱来实现冗余。这种方案可以支持网络断开但业务不中断,并实现秒级或秒级以下的故障恢复,部署示意图如下:图 11 超高可用性方案组网示意图还可考虑支持同频双网技术,即在同一频段内建立多个带宽重叠的主备小区,通过静态或动态分配
45、数传频谱资源,以实现网络的实时冗余,同时减少资源开销。通过采用这些冗余快速倒换方案,基站和核心网能够在面临故障或中断时快速切换到备份设备或网络,从而实现网络的高可用性和快中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-25-速恢复能力,逐步逼近有线网络秒级的响应速度。上述方案的选择和实施将根据网络要求、资源可用性和成本效益进行权衡和决策。3.运维级保障技术3.运维级保障技术基于前期网络规划可以获得满足网络要求的开销最低的网络方案。但是由于受限于用户位置、网络环境以及网络资源动态变化的影响,可能存在不满足要求的用户,这些用户的业务SLA需要通过单域自治、跨域协同、网业协同共同保障。优先通过单域自治保障,单域
46、自治无法保障时才使用跨域协同和网业协同方案。单域自治成本低,时效性高,响应时间在TTI级。跨域协同响应时间在秒级。网业协同响应时间在分钟级。SLA 智能调度中心检测到网络 SLA 存在风险时,进行跨域协同参数寻优,找到最优解则输出优化建议,供网络优化人员手动下发或系统自动下发,完成跨域协同。如果 SLA 智能调度中心无法找到最优解,则把监控到的用户 SLA 状态信息上报给上层系统,供上层系统进行闭环保障业务 SLA(网业协同是一种可供选择的方案)。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-26-图 12 运维级优化方案示意图 单域自治单域自治单域自治部署在基站,主要包括 SLA 监控和无线智能 SL
47、A 算法部分。SLA 监控对基站内部的数据包分层 MAC、RLC、PDCP 打点,统计数据包在每层处理的时间以及在基站整个处理的时间,同时统计数据包满足一定时延目标的可靠性指标。无线智能 SLA 算法根据SLA 目标和实时监控,判断目标达成情况,如果目标没有达成,则调整调度优先级或者 IBLER/MCS,以实现闭环目标。跨域协同跨域协同跨域协同接收上层系统业务转译后的网络要求,实现 CN、TN、RAN 之间的跨域协同,尽力保障网络 SLA 达成的同时成本较低。跨域协同系统综合考虑 CN、TN、RAN 能力,在各域动态分配 SLA 目标,在某域无法达成时延可靠性目标时,通过调整其它域时延可靠性目
48、标,同时匹配对应的解决方案,通过各域相应地调整调度策略,以中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-27-达成 E2E 时延可靠性目标。SLA 智能调度中心基于各域上报的 KPI现状以及各域不同方案的 SLA 保障能力,基于整体 E2E SLA 目标以及成本最优原则进行跨域指标分解和方案选择。网业协同网业协同网业协同的目的是为了业务和网络双向调整编排,用适配的网络高效满足业务的需求。传统的网络设计和业务算法是相互独立的。在网络规划时,一般基于区域业务容量要求,估算建网要求。在网络方案设计时,一般基于业务的速率或者时延等 QoS 配置要求,对每类用户都按照最大的指标要求进行尽力而为的目标保障,网络基于
49、此目标选择网络算法、参数等进行调度,当网络无法达成时,业务将受到影响无法正常运行。网业协同对于业务侧算法,一般会基于网络的情况考虑策略,如 TCP 协议的慢启动、拥塞控制等机制,部分视频流的清晰度自动调整算法等。业务侧一般为了让业务受网络的影响少稳定性好一些,会采用慢升快降等办法,即当检测到丢包或者时延大时,业务快速减少包的发送,当质量好的时候慢慢地往上升。(六)5G 与工业融合技术(六)5G 与工业融合技术1.工业协议 over5G 演进1.工业协议 over5G 演进工业协议 over 5G 的演进过程,也是 5G 网络和工业协议之间的理解逐步加深、传输效能逐步提升的过程,工业协议 ove
50、r 5G 的演进过程如图所示。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-28-图 13 工业协议 over 5G 演进过程示意图在 5G 网络部署初期,E2E 5G LAN 功能尚不具备,因此,5G 网络需要新增隧道/网关设备、通过隧道封装的方式,将二层工业协议的Ethernet 报文封装为 IP 报文后,再在 5G 网络传输;该方案虽不要求 5G 网络支持 5G LAN,但带来了如下负面影响负面影响:增加两端的隧道/网关设备部署,增加硬件和配置维护成本;缺乏为独立的隧道设备供电能力,限制应用场景;隧道封装的方式增加了报文的大小,影响传输效率/系统容量;独立的隧道设备也会增加故障点。因此,隧道封装的
51、方式并不是工业协议 over 5G 的目标方式。为了有效应对隧道封装方式带来的负面影响,5G 网络目标是 E2E 支持5G LAN 功能5G LAN 功能,即 5G 网络采用 Ethernet 类型会话,支持二层工业协议在 5G 中传输,5G 网络 E2E 类似二层交换机形态;该方案不需要新增隧道/网管设备部署,E2E 成本小、传输效率高。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-29-随着工业协议 over 5G 部署的深入,会出现工控设备报文发送和5G 网络之间的匹配效率问题,5G 网络能够承载工控设备的节点数量和部署规模受到严峻挑战,需要向 5G 与工业互联网跨域协同演进;另一方面,对于具有同
52、步需求的业务场景,需要向 5G TSN 融合演进。2.5G 内生确定性2.5G 内生确定性3GPP R16 引入了 5G TSC(时间敏感通信)技术,将 5GS 充当 TSN网络的一个或多个虚拟或逻辑 TSN 网桥,集成在 TSN 系统中,其架构如图 14 所示。该架构将 5G 内部系统作为 TSN 的一个网桥与对 TSN 网络对接,最大限度减少对现有 5G 网络内部机制的影响。5G 时间敏感通信技术主要增强的功能如下:5G 网络和 TSN 网络对接需要完成 TSN 网桥能力上报、配置信息下发以及 QoS 映射等功能。在UPF和UE侧分别增加逻辑功能NW-TT及DS-TT以支持802.1协议族
53、,并完成 5GS 与 TSN 系统的协议转换,支持 802.1Qbv定义的门控机制执行保持和转发缓冲功能,实现确定性转发时延。通过 TSN AF 适配 5GS 接口与 TSN 协议,实现与 TSN CNC 的CP 交互。引入参考定时信令 SIB9、RRC 信令为 UE 授时,实现更高精度的同步,授时精度可达到纳秒级。根据 TSN 业务的特点,优化 5G 空口预配置资源分配,包括:中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-30-分配更小的预配置资源周期;可以同时配置和激活多套预配置资源。对以太网数据包进行头压缩,以增强空口传输效率,节省 5G网络与 TSN 融合的空口开销。图 14 5GS TSN 融
54、合R17/R18 旨在推进 5G 内生确定性,支持在不依赖 TSN 网络部署的情况下实现 5G 网络内生确定性,其框架如图 15 所示。5G 内生确定性主要增强的功能如下:新增网元 TSCTSF 管理 5G 系统内 TSN 相关模块功能,并通过与外部 AF 适配,扩展 TSCAI 辅助 RAN 调度,实现跨域协同。进一步扩展时间同步能力,通过灵活配置同步主控,增强时间同步的灵活性。支持 UE-UE 的确定性通信,适配工业非 TSN 网络,为外部提供时钟源。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-31-支持时间同步能力开放增强、支持 TSN 的回传网络互通等功能。图 15 5G 内生确定性对于已部署
55、 TSN 的汽车智造现场网络对于已部署 TSN 的汽车智造现场网络,5G 通过升级支持时间敏感通信并引入交互实体,作为 TSN 的网桥嵌入到 TSN 网络中解决“无线化”需求;对于未部署 TSN 的的汽车智造现场网络对于未部署 TSN 的的汽车智造现场网络,5G 通过确定性内生能力,不依赖于 TSN 网络,直接为行业客户提供确定性服务。不论采用上述何种方式,5G 都需要通过 URLLC 增强等技术打造能力底座,提升有界时延、有界抖动、高可靠性、高精度时间同步有界时延、有界抖动、高可靠性、高精度时间同步的能力,以匹配汽车智造业务发展的需求。3.XSO 跨域协同技术3.XSO 跨域协同技术XSO
56、跨域协同技术基于 5G 新增的确定性内生网元-TSCTSF 网元,支持在不依赖 TSN 网络部署的情况下实现 5G 网络内生的确定性,支持现有的 Profinet 等工业协议传输。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-32-跨域协同主要实现流程如下:5G 网络获取工控应用的业务需求,进行统一的业务编排:5G 网络获取工控应用的业务需求,进行统一的业务编排:无线网络综合考虑空口能力限制和工业协议业务需求,进行跨域业务编排,确定各个工控设备报文发送的时间点;5G 网络将业务编排结果发送给工控设备:5G 网络将业务编排结果发送给工控设备:5G 网络按照统一的双向协同感知调度接口,向各个工控设备发送 X
57、SO 业务编排结果,按照实现方案分类,业务编排结果可能包括发送时间起点发送时间起点或者发送起点调整量;发送起点调整量;a)发送时间起点:发送时间起点:基于双方约定的时间机制,提供周期发包的具体时间起点;b)发送起点调整量:发送起点调整量:指示周期报文后续的发送调整量(向前或向后调整);工控设备按照业务编排结果调整报文发送:工控设备按照业务编排结果调整报文发送:严格按照发送时间起点发包,或者按照发送起点调整量调整周期报文发送。在工控设备 over 5G 的规模上量后,工控设备报文发送和 5G 网络之间的匹配效率问题会逐步凸显出来,需要 5G 和工业设备之间进行跨域协同以提升生产效率。XSO 技术
58、的引入将从以下两个方面改善生产效率:从单个工控业务角度:从单个工控业务角度:由于 5G 系统和工控系统间并未严格时间同步,工控周期报文发包可能存在抖动和漂移,5G 网络为了满足业务的 SLA 体验要求,需要预留多个调度机会保障,中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-33-这造成了无线资源明显浪费,如图 16(a)所示。在引入了 XSO跨域协同技术后,5G 网络和工业协议双向协同,如图 16(b)所示,期望工控设备报文按照周期稳定发包,在无线网络中没有明显的抖动/漂移,从而明显降低 5G 网络的资源需求。(a)应用前(b)应用后图 16 XSO 在单个工控业务应用中的效果 从多个工控业务角度:从多
59、个工控业务角度:多个工控设备间存在业务随机并发,峰均比高(并发峰值高、均值低、不均匀),如图 17(a)所示;一方面会导致部分工控设备引入缓存等待、时延可靠性降低;另一方面 5G 网络被迫按照并发峰值进行资源预留,导致较低的资源利用率和极高的部署成本。在引入了 XSO 跨域协同技术后,5G 网络和工业协议双向协同,如图 17(b)所示,多个工控设备的周期报文之间能够按照统一的规律发送;一方面匹配无线空口的发送时隙特征、另一方面充分降低并发峰均比(实现发送的均匀化);从而时延可靠性保障难度降低、体验提升,并且无线系统 URLLC 容量充分提升。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-34-(a)应用
60、前(b)应用后图 17 XSO 在多个工控业务应用中的效果通过 XSO 跨域协同技术,5G 网络可以通过统一的一套双向协同感知调度接口统一的一套双向协同感知调度接口对接多种工业以太协议,实现主流的工业以太协议Over5G 网络的传输。三、汽车智造融合解决方案三、汽车智造融合解决方案(一)概述(一)概述汽车智造融合解决方案是为满足汽车智造场景多业务共存的需求而设计的一种端到端网络优化方案。该解决方案从无线、核心网以及业务管理和运维多个方面进行优化,以实现多种业务的兼容性和保证服务等级协议(SLA)。在无线侧,采用多频段、多载波频谱组合与资源分配的策略,以满足 URLLC(超可靠低延迟通信)、大上
61、行、定位和工业物联等多种业务的需求。通过统一组网和统一覆盖的方式,实现不同业务在同一网络中的运行。在核心网方面,通过下沉核心网的 UPF 模块等技术手段,进一步缩短端到端业务时延,并提高链路的可靠性。这种下沉操作将核心网的功能接近到网络边缘,减少了数据传输的路径长度,提高了数据传输的效率和可靠性。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-35-智能运维方面通过基于应用的网络可视化管理,实现对网络的故障预警、隔离定位和快速恢复等运维操作,从而有效提高了整体网络的可靠性和稳定性。这种融合使得网络管理与工业应用紧密结合,更好地满足工业互联网的特殊需求。另外,终端设备也是该解决方案的一部分,逐步向多形态、多
62、功能种类演进,以适配不同的业务场景。这意味着终端设备将具备更高的灵活性和可定制性,能够满足不同业务需求的多样性。综上所述,汽车智造融合解决方案通过多方面的网络优化,包括无线、核心网以及业务管理和运维,以满足汽车智造场景下多业务共存的需求。该解决方案为实现高效、可靠的汽车智造提供了技术支持和基础设施。图 18 汽车智造融合解决方案示意图中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-36-(二)无线网解决方案(二)无线网解决方案随着汽车智造场景及业务需求的增加,当前汽车智造的网络组成也不断的丰富。生产 IT 网承载了工厂级或车间级 SLA 要求较低的生产辅助类业务,并基于 TCP/IP 实现。而生产 OT
63、网则承载产线级 SLA要求较高的工业控制类业务,基于工业以太实现。另外,AVG、无人机等工业设备的应用则需要定位网络协助。而工业视觉、VR/AR 等业务则需要大上行网络支撑。而 5G 网络凭借其大带宽、低时延高可靠、精准定位及大上行等技术可以满足当前汽车智造的 IT/OT/定位的多样化网络需求,通过多网合一的方式实现 5G 全连接工厂。在厂区室内覆盖中,可以采用 5G 数字化室分的组网方式,通过4T4R 的小站结合分布式 Massive MIMO 技术实现大带宽高容量的 5G无线网络。在大带宽方面,通过共建共享联通 3.5G 频段可用的频谱达到 300M,通过载波聚合、上下行时隙配比的调整,极
64、大的提升上下行速率,能够满足高上下行带宽业务的需求。在低时延高可靠方面,可以通过互补 TDD 等技术实现端到端 4ms 的时延,同时可根据业务需求在频段上进行合理分配,如采用 eMBB 业务与 URLLC 业务进行频点隔离的方式。室内工业网 3.3GHz+室外宏网 3.5GHz 能够有效形成隔离保护带,避免邻频干扰。在定位增强方面,可以通过数字化室分的pRRU 实现室内米级定位精度,满足基本定位需求。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-37-(三)核心网融合方案(三)核心网融合方案核心网需要业务角度出发保障业务 SLA、数据安全等工业场景需求,而 UPF 主要负责 5G 核心网中用户平面数据包
65、的路由和转发相关功能,当前一般采用 UPF 下沉的部署方式满足业务时延、数据安全等需求。面向复杂、多样的工业场景,核心网还需要具备如下能力:UPF 分级部署能力以汽车制造企业为例,UPF 应具备工厂、车间、产线多种部署能力,以满足各类型多样化的场景需求,包括生产 IT、OT 能力工厂级融合部署、生产 IT 能力工厂级部署、生产 OT 能力车间级部署、生产 OT 能力产线级部署。通过分级部署从而可提供差异化的 SLA 服务能力。UPF+MEC 数据本地卸载能力对汽车制造企业的生产类业务、设备采集类等与企业生产经营相关的数据在本地进行卸载,实现企业数据在厂区内的闭环。通过部署UPF+MEC 统一平
66、台,一方面可通过功能扩展实现业务融合,另一方面UPF 区分业务类型实现企业数据本地卸载。用户面+控制面下沉为保证工业生产数据安全和连续生产,企业要求数据不出园区,园区内 5G 网络与运营商大网解耦。在传统 UPF 下沉方式上叠加控制面下沉,可进一步满足企业对无线网络零信任的要求,同时可规避园中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-38-区 UPF 变动影响运营商大网的风险。此外在网络可靠性要求高的场景下,可通过设置主备 UFP 保障连续生产能力。(四)智能运维解决方案(四)智能运维解决方案智能运维方案通过网络可视化、基于连接的业务 SLA 监控、故障定界、模拟拨测和能力开放等关键能力,实现了对园区
67、网络的综合管理和故障处理能力,提供了全面的网络可视化、故障定位和故障修复支持,以及与其他系统的集成能力,进一步提升了网络的可靠性和管理效率。整体智能运维解决方案关键能力如下:图 19 智能运维解决方案示意图 网络可视化:该方案提供了园区网络端到端拓扑的可视化,以及网络设备和通信终端状态的可视化。这样可以直观地了解网络的整体结构和设备状态,便于网络管理和故障排查。基于连接的业务 SLA 监控:方案能够对每个业务终端甚至每个业务流进行细粒度的监控,统计其业务 SLA 指标,如 TCP中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-39-的丢包率、乱序、重传等异常网络行为。通过及时监测和统计,可以发现业务连接的
68、各种故障和问题,如中断、劣化等,从而及时解决业务体验问题。故障定界:当监控模块发现网络故障时,该方案能够根据业务连接监控收集的数据,对故障进行分段定界,最终确定是哪一段网络的问题。这样能够指导客户进行进一步的问题解决和故障修复。模拟拨测:方案具备模拟拨测的功能,以满足故障定界的需求。通过模拟拨测,可以判断网络的通断和 SLA 质量,进一步验证和确认网络故障的范围和影响。能力开放:该方案支持与其他 IT 系统进行集成,通过 API 接口将数据和能力开放给其他系统调用。这样可以实现与运营商的运维系统或企业园区的生产系统管理等的集成,共享业务数据,提供更全面的网络管理和业务支持能力。四、中国联通 5
69、G-A 在汽车智造的实践四、中国联通 5G-A 在汽车智造的实践为推进 5G-A 在工业产线中的实施与发展,中国联通、长城精工、勃傲自动化、华为等合作伙伴在长城精工搭建了业界首个 5G-AURLLC 超可靠低时延汽车柔性产线。长城精工汽车制造柔性产线作为首个 5G-A URLLC 试制线,高度还原了工业产线实际情况,产线流程与实际产线高度一致,试点成功后可以直接复制到实际产线应用。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-40-图 20长城精工 5G-A URLLC 汽车柔性产线长城精工试点实现产线的无线化和柔性化,用 5G-A 网络取代了传统的有线以太网,首次实现 4ms5 个 9 的高可靠低时延
70、技术验证,完成了 PLC 到 IO、阀岛的网线“剪辫子”,使得产线布局灵活可变,不再具有庞杂繁复的布线,终端可拓展性显著增强。近年来由于人们对产品需求的改变,车型通常一年一小改,三年一大改,产线的变更频率逐步增加,因此,汽车生产产线从固定化到柔性化顺应了工业生产的发展趋势,可以有效降低产线升级或改造带来的时间和经济成本。5G-A 技术应用于汽车生产产线后,无需进行长时间的产线重构调测及试运行,可大大缩短调整后产线上线的周期,快速恢复生产。通过引入 5G-A 技术实现了长城精工汽车制造产线的无线化、柔性化和智能化,推动了工控领域的四大突破:网络突破网络突破打破以往网络层级间的限制,实现 5G-A
71、 通信协议和工业网络协中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-41-议交互和跨域协同,更加合理的分配网络资源,从根本上最小化网络拥塞,使关键性业务数据得到必要的保障。拉通应用层与网络层的同时,通过 5G-A 网络提供给业务一定的标识信息,不需修改工业协议本身,就能使网络指标获得更高的增益,为其他技术应用提供先决保障。终端突破终端突破联合孵化首款 5G-A URLLC 工业模组,并嵌入在柔性产线的阀岛 IO 等 20 余个工控设备上,推进松绑国外头部企业的产业生态控制,实现终端生态 0 到 1 的突破。OT 工业设备可直接集成 URLLC工业模组,并全场景、全设备类型匹配,推动了工业产线下 5G-A
72、 全模组国产化进程,为未来规模化部署奠定坚实基础。运营升级运营升级UPF 网元设备下沉到本地,将数据分流到本地局域网,实现数据本地化并保证其安全性。N6 接口与主 PLC 连接,数据本地化处理,能够有效降低时延,为产线的集中化/云化 PLC 提供先决条件。同时,持续推动电信运营商服务体系发展,为工业智能化升级带来变革。模式延展模式延展实现工控业务从焊接产线延伸到装配产线,拓展了 5G-A 技术在汽车制造核心生产环节的应用场景。推动 RT 业务和 NRT 业务同网承载,将工控业务进一步拓展至完整的汽车生产线,为 5G 在汽车智中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-42-造领域的全面铺开指明方向。长
73、城精工的 5G-A URLLC 汽车柔性产线是一个典型的数字化网络化智能化解决工业企业特别是产线的实际问题案例。通过 5G-AURLLC 技术初步解决 PLC 南向剪辫子及柔性生产等行业难题,进一步推进了 5G+工业互联网应用的融合与发展。对于工业互联网而言,通过 5G-A URLLC 技术激发了 5G+工控的新生态,带动产业升级,促使 CT、IT、OT 技术紧密协同发展,促进产业链条上的企业提质增效。中国联通推行 5G 全面赋能汽车生产,加速 5G-A 柔性产线的复制推广,推动上下游产业协同发展,实现真正意义上的国产化的汽车智造。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-43-五、总结和展望五、总
74、结和展望在国家战略大背景下,5G+工业互联网融合发展是我国经济社会全面数字化转型的重要手段。汽车“智造”作为无线网络深入工业核心生产环节的前沿“阵地”,在低时延、高可靠、大上行、海量连接、高精度定位、以及网络移动性管理等方面对网络能力提出更高要求。然而现阶段 5G 技术从能力上还无法完全匹配工控等核心生产环节的需求,5G-A 在 5G 基础上,需要实现时延、速率、带宽、链接数等指标的大幅度提升,并兼容无源物联技术,从而可实现无线网络在应用场景上的进一步拓展。本白皮书基于汽车制造行业现状,分析了多样化场景对网络性能的需求,提出了 URLLC 增强、高精度定位、大上行、业务高可靠、5G 与工业融合
75、等一系列面向汽车智造的 5G-A 关键技术和解决方案,赋能汽车智造业务发展。下一阶段,中国联通将联合产业合作伙伴不断推进技术标准演进、逐步推动设备产业成熟;协同汽车行业共同推动工业终端设备的产品研发、成熟。未来,中国联通将以长城精工“5G 超可靠低时延汽车柔性产线”为基石,进一步推动汽车制造国产化厂商加速融合,深度赋能 3C 制造、装备制造等多个领域,不断拓展丰富 5G-A 技术在汽车制造及其他行业核心生产环节中的示范应用和部署。中国联通 5G+汽车智造技术白皮书-44-战略决策的参谋者技术发展的引领者产业发展的助推者战略决策的参谋者技术发展的引领者产业发展的助推者态度、速度、气度有情怀、有格
76、局、有担当中国联通研究院是根植于联通集团(中国联通直属二级机构),服务于国家战略、行业发展、企业生产的战略决策参谋者、技术发展引领者、产业发展助推者,是原创技术策源地主力军和数字技术融合创新排头兵。联通研究院以做深大联接、做强大计算、做活大数据、做优大应用、做精大安全为己任,按照4+1+X 研发布局,开展面向 CUBE-Net 3.0 新一代网络、大数据赋能运营、端网边业协同创新、网络与信息安全等方向的前沿技术研发,承担高质量决策报告研究和专精特新核心技术攻关,致力于成为服务国家发展的高端智库、代表行业产业的发言人、助推数字化转型的参谋部,多方位参与网络强国、数字中国、智慧社会建设。联通研究院
77、现有员工近 700 人,平均年龄 36 岁,85%以上为硕士、博士研究生,以“三度三有”上海品茶为根基,发展成为一支高素质、高活力、专业化、具有行业影响力的人才队伍。中国联通研究院是根植于联通集团(中国联通直属二级机构),服务于国家战略、行业发展、企业生产的战略决策参谋者、技术发展引领者、产业发展助推者,是原创技术策源地主力军和数字技术融合创新排头兵。联通研究院以做深大联接、做强大计算、做活大数据、做优大应用、做精大安全为己任,按照4+1+X 研发布局,开展面向 C3 网络、大数据赋能运营、端网边业协同创新、网络与信息安全等方向的前沿技术研发,承担高质量决策报告研究和专精特新核心技术攻关,致力于成为服务国家发展的高端智库、代表行业产业的发言人、助推数字化转型的参谋部,多方位参与网络强国、数字中国、智慧社会建设。联通研究院现有员工近 700 人,平均年龄 36 岁,85%以上为硕士、博士研究生,以“三度三有”上海品茶为根基,发展成为一支高素质、高活力、专业化、具有行业影响力的人才队伍。中国联合网络通信有限公司研究院地址:北京市亦庄经济技术开发区北环东路 1 号电话:邮编:100176