5G-TSN協(xié)同架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)
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- 作者：王健全 孫雷 馬彰超 豐雷 黃蓉
- 出版時間：2024/5/1
- ISBN：9787115634429
- 出 版 社：人民郵電出版社
- 中圖法分類：TN929.538
- 頁碼：247
- 紙張：
- 版次：01
- 開本：16開
確定性網(wǎng)絡(luò)是當前研究的熱點，具有低時延、高可靠保障的確定性網(wǎng)絡(luò)機制是 ICT 賦能垂直行業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵，也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要網(wǎng)絡(luò)保障機制。本書從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡(luò)和時間敏感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)概念出發(fā)，重點對5G-TSN 協(xié)同架構(gòu)、適配 TSN 的5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)增強、5G-TSN 協(xié)同調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)進行介紹，并對基于5G-TSN 的云化控制系統(tǒng)和5G-TSN 應(yīng)用場景進行了展望。
系統(tǒng)闡述5G-TSN協(xié)同傳輸?shù)陌l(fā)展背景、技術(shù)體系和算法機制，為從事先進移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究人員及從事5G時間敏感網(wǎng)絡(luò)標準化和產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)人員提供技術(shù)機制介紹
王健全
工學博士，北京科技大學教授、博士生導師、國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、國家重點研發(fā)計劃項目科學 家、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略咨詢專 家委員會委員，主要研究方向為“感知—通信—控制”一體化融合網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，主持或參與多項重大專項項目，發(fā)表論文100余篇，獲得授權(quán)發(fā)明專利100余項，編寫圖書9部。
孫雷
工學博士，北京科技大學副教授，主要研究方向為5G與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、時間敏感網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵機制、5G與時間敏感網(wǎng)絡(luò)協(xié)同傳輸關(guān)鍵技術(shù)、“通信—計算—控制”一體化融合關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)表論文40余篇，獲得授權(quán)發(fā)明專利50余項，牽頭制定ITU-T國際標準4項，參與編寫《時間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及發(fā)展趨勢》《無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與演進趨勢》等多部圖書。
馬彰超
工學博士，北京科技大學副教授、國際電信聯(lián)盟標準化部門量子信息網(wǎng)絡(luò)焦點組量子保密通信工作組（ITU-T FG-QIT4N WG2）主席，中國通信標準化協(xié)會ST7量子信息處理工作組副組長，主要研究方向為新一代工業(yè)控制系統(tǒng)與5G、量子安 全融合應(yīng)用，發(fā)表論文20余篇，授權(quán)發(fā)明專利30余項，主導編制標準20余項，編寫圖書多部。
豐雷
工學博士，北京郵電大學副教授、博士生導師，主要研究方向為無線網(wǎng)絡(luò)智能管理與優(yōu)化、蜂窩物聯(lián)網(wǎng)資源分配、移動通信技術(shù)垂直行業(yè)應(yīng)用等，主持并參與多項國家 級科研項目，發(fā)表論文110余篇，授權(quán)發(fā)明專利30余項，參與編寫《6G需求與愿景》《漫話6G》等多部圖書。
黃蓉
工學博士、正高 級工程師，中國聯(lián)通集團級技術(shù)專 家、中國聯(lián)通研究院研究員，IMT-2030（6G）推進組需求工作組副組長，主要研究方向為移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)、確定性網(wǎng)絡(luò)等，主持或參與國家和集團級項目20余項，授權(quán)發(fā)明專利40項，負責行業(yè)標準20項，編寫圖書2部。
第 1章 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ) 001
1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景 002
1.1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進程 002
1.1.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念及定義 005
1.1.3 國內(nèi)外工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀 006
1.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) 009
1.2.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考體系架構(gòu) 009
1.2.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知層概述 013
1.2.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺層概述 013
1.2.4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全體系概述 016
1.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 019
1.3.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層功能 019
1.3.2 工廠外網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)概述 021
1.3.3 工廠內(nèi)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)概述 022
1.3.4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的價值和意義 025
第 2章 移動通信網(wǎng)絡(luò)概述 027
2.1 移動通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu) 028
2.1.1 蜂窩移動通信系統(tǒng)的基本概念 029
2.1.2 蜂窩移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程 030
2.1.3 通信業(yè)務(wù)變革 033
2.2 5G標準進程概述 034
2.2.1 5G標準發(fā)展歷程 034
2.2.2 5G標準版本特征 035
2.3 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與功能簡述 040
2.3.1 5G組網(wǎng)架構(gòu) 040
2.3.2 5G基站功能架構(gòu) 041
2.3.3 5G核心網(wǎng)主要網(wǎng)元 041
第3章 TSN概述 045
3.1 TSN基礎(chǔ) 046
3.1.1 TSN標準發(fā)展 046
3.1.2 TSN幀格式 047
3.1.3 TSN技術(shù)特征 049
3.2 TSN調(diào)度整形機制 050
3.2.1 基于信用的整形機制 051
3.2.2 時間感知整形機制 052
3.2.3 循環(huán)排隊和轉(zhuǎn)發(fā)機制 055
3.2.4 幀搶占機制 057
3.3 TSN幀復制與刪除機制 059
3.4 TSN管理與配置協(xié)議 063
3.4.1 協(xié)議概述 063
3.4.2 完全分布式配置模型 063
3.4.3 集中式網(wǎng)絡(luò)/分布式用戶配置模型 064
3.4.4 完全集中式配置模型 065
3.4.5 網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議 066
第4章 5G-TSN協(xié)同架構(gòu) 069
4.1 5G-TSN協(xié)同需求 070
4.2 3GPP提出的5G-TSN協(xié)同架構(gòu) 074
4.2.1 協(xié)同架構(gòu)概述 074
4.2.2 5G系統(tǒng)新增網(wǎng)元 077
4.2.3 5G系統(tǒng)網(wǎng)元功能增強 078
4.2.4 5G-TSN網(wǎng)橋管理 079
4.3 基于SDNC的5G-TSN協(xié)同架構(gòu) 081
4.3.1 面向5G-TSN跨域管理的SDN控制器 081
4.3.2 5G-TSN協(xié)同關(guān)鍵技術(shù) 083
第5章 5G-TSN跨網(wǎng)時間同步機制 087
5.1 TSN時間同步機制概述 088
5.1.1 IEEE 802.1AS基本概念 089
5.1.2 gPTP時間同步工作原理 092
5.1.3 gPTP中的最佳主時鐘選擇方法 094
5.1.4 gPTP中的改進與增強 095
5.2 5G網(wǎng)絡(luò)時間同步機制概述 096
5.2.1 5G網(wǎng)絡(luò)同步架構(gòu) 097
5.2.2 5G空口時間同步方法 098
5.3 5G-TSN時間同步方案 104
5.3.1 5G-TSN時間同步系統(tǒng)機制 105
5.3.2 5G-TSN BC補償 106
第6章 適配TSN的5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)增強 115
6.1 適配TSN的5G低時延通信增強技術(shù) 116
6.1.1 5G低時延通信技術(shù) 116
6.1.2 適配TSN業(yè)務(wù)的確定性時延保障技術(shù) 121
6.2 適配TSN的5G高可靠通信技術(shù) 129
6.2.1 5G高可靠通信技術(shù) 130
6.2.2 實現(xiàn)高可靠傳輸?shù)?G信道增強技術(shù) 135
6.3 適配TSN的5G本地組網(wǎng)技術(shù) 140
6.3.1 接入網(wǎng)隔離 143
6.3.2 承載網(wǎng)隔離 144
6.3.3 核心網(wǎng)隔離 144
6.4 適配TSN的5G移動性管理技術(shù) 145
6.4.1 5G-TSN移動性管理需求 145
6.4.2 面向5G-TSN的新型移動性管理技術(shù) 146
第7章 5G-TSN協(xié)同調(diào)度關(guān)鍵技術(shù) 153
7.1 QoS基本概念 154
7.1.1 QoS定義及衡量指標 154
7.1.2 QoS類別劃分 156
7.1.3 QoS保障策略 157
7.2 QoS服務(wù)模型 163
7.2.1 盡力而為服務(wù)模型 163
7.2.2 綜合服務(wù)模型 164
7.2.3 區(qū)分服務(wù)模型 165
7.3 跨5G與TSN的QoS協(xié)同流程 166
7.3.1 5G與TSN的QoS機制差異性 166
7.3.2 5G與TSN的QoS協(xié)商流程 169
7.4 基于無線信道信息的5G與TSN聯(lián)合調(diào)度機制 171
7.4.1 5G與TSN端到端數(shù)據(jù)確定性傳輸流程 171
7.4.2 5G-TSN協(xié)同模型及問題建模 173
7.4.3 基于5G信道信息的TSN域時延預(yù)算設(shè)置 174
7.4.4 考慮信道信息的5G系統(tǒng)時延預(yù)算設(shè)置 175
7.4.5 算法性能仿真及分析 178
7.5 基于深度強化學習的5G與TSN聯(lián)合調(diào)度機制 183
7.5.1 深度強化學習理論概述 183
7.5.2 多業(yè)務(wù)場景下5G-TSN聯(lián)合優(yōu)化問題分析 185
7.5.3 基于DDPG的5G-TSN聯(lián)合調(diào)度模型 189
7.5.4 基于DDPG的5G-TSN聯(lián)合調(diào)度決策 192
7.5.5 算法性能仿真及分析 194
7.6 基于DS-TT隊列緩存的5G與TSN聯(lián)合調(diào)度機制 197
7.6.1 DS-TT門控對端到端時延的影響分析 198
7.6.2 基于DS-TT隊列緩存的5G調(diào)度策略 200
7.6.3 保障時間敏感業(yè)務(wù)的幀搶占策略 201
7.6.4 算法性能仿真及分析 202
第8章 基于5G-TSN的云化控制系統(tǒng) 205
8.1 基于5G-TSN的工業(yè)控制系統(tǒng)演進路線 206
8.2 面向網(wǎng)控算一體化的5G-TSN內(nèi)生工業(yè)控制技術(shù) 207
8.2.1 云化PLC與5G云邊端算力節(jié)點融合方案 207
8.2.2 云邊端協(xié)同的云化PLC靈活部署方案設(shè)計 210
8.2.3 面向5G-TSN的云化PLC路由決策方案 211
8.3 適配云化控制數(shù)據(jù)的5G-TSN承載方案 212
8.3.1 基于5G空口MAC層工控數(shù)據(jù)直傳技術(shù) 212
8.3.2 5G-TSN工業(yè)控制數(shù)據(jù)匯聚傳輸技術(shù) 215
8.4 5G-TSN與工業(yè)以太網(wǎng)融合組網(wǎng)技術(shù) 218
8.4.1 疊加式融合組網(wǎng)技術(shù) 218
8.4.2 拼接式融合組網(wǎng)技術(shù) 220
第9章 5G-TSN應(yīng)用技術(shù)及應(yīng)用場景 223
9.1 5G-TSN與OPC UA融合 224
9.1.1 OPC UA技術(shù)概述 224
9.1.2 5G-TSN與OPC UA 229
9.2 5G-TSN在工業(yè)場景的應(yīng)用 230
9.2.1 5G-TSN工業(yè)場景應(yīng)用模式簡析 230
9.2.2 5G-TSN與工廠自動化 233
9.2.3 5G-TSN與過程自動化 235
9.2.4 5G-TSN與遠程操控 237
9.2.5 5G-TSN與工業(yè)數(shù)字孿生 238
9.3 5G-TSN在其他場景的應(yīng)用探討 238
9.3.1 5G-TSN在智能網(wǎng)聯(lián)車中的應(yīng)用 238
9.3.2 5G-TSN在電力場景中的應(yīng)用 240
參考文獻 243
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