5G+工业互联网通信冗余可靠性研究

辛荣寰，程 远，傅成龙（中讯邮电咨询设计院有限公司，北京 100048）

1 导论

工业通信网络已经历经了三代变革，从现场总线，发展到工业有线以太网，再到现在的工业无线网络［1］。中国制造2025 和工业4.0 也明确规划了工业生产系统向数字化转型的方向。数字化转型要求人、产品和机器更加紧密的连接在一起，以实现整个垂直产业链的互联互通，这个概念被称为工业互联网［2］。移动通信技术具备高移动性和广覆盖范围的优势，具有极大潜力应用到工业生产系统中。由3GPP 主导的第5 代移动通信技术（5G）［2］不仅能够提供更大的传输带宽，将理论峰值数据速率提升到3 Gbit/s（下行）和1.5 Gbit/s（上行），甚至更高［3］，同时针对工业通信场景和物联网场景进行了优化设计，提升通信系统时延、可靠性等性能，以支持更为先进的工业自动化转型升级，包括制造自动化和流程自动化。

然而，鉴于工业通信网络直接服务于工业生产，其对覆盖范围、连接能力、可靠性、能耗均有更高性能要求。同时，随着工业自动化程度的提升，更多的工业通信场景是时间敏感型网络（Time Sensitive Network，TSN）［4］，在传输关键性工业控制信号时，要求能做到实时传输，实时响应。虽然3GPP 及5G 设备制造商提出了一系列新技术来提升5G 通信的低时延高可靠传输。但针对不同的工业应用场景及5G 技术发展阶段，厂商应充分利用已有工业有线和无线的相对优势，将多种技术相结合，来满足工业通信网络更高的低时延高可靠传输要求。融合多种技术在4G 时代已有所应用，未来更会成为一种趋势［5］。……