5G网络的高级应用：从工业到智慧城市

### 5G网络的高级应用：从工业到智慧城市 #### 1. URLLC服务与传输 网络切片，包括相关的传输切片，是超可靠低延迟通信（URLLC）服务的重要组成部分。可能会有特定的切片支持URLLC要求，而其他切片则用于其他服务。 ##### 1.1 可靠性 在传输可靠性方面，传输链路是系统可靠性分析的重要部分，因为它们对整体可靠性有显著影响。5G系统的一些增强功能，如PDCP复制或作为桥接运行的5G系统，可覆盖传输链路并提高其可靠性。 为提高可靠性，传输中可能需要冗余链路和节点，例如通过不相交路径进行数据包复制。对于空中接口，简单的可靠性模型认为，比特错误和数据包丢失率可通过重传和基于多路径/多连接的数据包复制来补偿。对于传输链路，性能良好的链路中的残余比特错误率可忽略不计，拥塞导致的数据包丢失可通过QoS和流量工程方法控制。剩下的链路和节点故障概率可通过多链路（多路径）数据包复制来处理。 为实现多路径的理想可靠性增益，使用的两条或更多路径不应同时遭受相同故障，即不同路径的故障不应相关。在实际中，对于空中接口，这一理想情况并不总是成立。 在传输方面，仅使用同一电缆中的两根光纤无法提供高弹性。为减少相关性，可使用不同电缆管道中的光纤，但这在广域传输中成本高昂，在特定小区域（如工厂、港口、矿山等）则更可行。环形拓扑也可解决部分问题，另一个选择是使用不同介质，即光学和无线的组合。 数据包复制技术在网络层也有多种实现，如IEEE TSN标准家族中的帧复制与消除可靠性（FRER），以及IETF DetNet架构。 以下是不同链路实现方式的对比表格： | 链路实现方式 | 特点 | 故障相关性 | | --- | --- | --- | | 同一电缆的两根光纤 | 成本低，但故障相关性高 | 高 | | 不同电缆的光纤 | 成本较高，故障相关性降低 | 中 | | 光学和无线组合 | 成本和复杂性较高，故障相关性低 | 低 | ##### 1.2 延迟 URLLC的低延迟特性受传输网络层的物理距离和传播延迟影响很大。主要的缓解方法是将核心网络功能和应用服务器靠近基站。 例如，URLLC服务可由位于边缘数据中心的本地UPF提供，该数据中心可能距离基站仅几公里，专注于服务URLLC应用。MBB服务则依赖区域/核心数据中心，拥有更多服务器和计算能力。 在这种情况下，URLLC可使用网络切片，在传输域中将URLLC PDU会话路由到本地CU - U，再到本地UPF和本地服务器，以最小化延迟和站点间传输链路数量。 mermaid格式流程图如下： ```mermaid graph LR A[UE] --> B[gNB] B --> C[本地CU - U] C --> D[本地UPF] D --> E[本地服务器] F[区域/核心数据中心] --> G[CU - C] F --> H[AMF] F --> I[SMF] G --> C H --> D I --> D ``` #### 2. 工业解决方案与私有5G ##### 2.1 私有5G网络简介 私有5G网络在第四次工业革命（工业4.0）背景下具有重要意义。虽然工业4.0主要关注制造业，但私有5G网络在所有行业都将发挥重要作用。 私有网络可解决农业、采矿、石油和天然气生产、发电等行业的基本无线连接问题