用于工业4.0的5G专网 上篇 - 标准、用例和赋能 5G 关键功能
白皮书
概述
5G 专网正在飞速发展。据预测，5G 专网的收入将从 2021年的 16 亿美元增长到 2030 年的 650 亿美元。不过 5G 专网的成功道路并不平坦，在网络生命周期的每个阶段――从部署到运营――每一步都充满挑战。要想实现 5G 专网使用场景，尤其是工业 4.0，网络必须达到很高的性能水平。所有网络组件——设备、无线接入网 (RAN)/Open RAN、5G 核心和多接入边缘计算 (MEC)——必须以巅峰性能运行。端到端网络性能也必须优中再优。在站点验收期间仅测试RAN 会留下盲点。要想克服这些挑战，您需要深入了解 5G 专网使用场景及其要求。任何采用 5G 专网的人都应该熟悉赋能这些网络的基本标准、部署选项以及关键的 5G 功能。
您可以通过本白皮书了解以下内容 ：
- 关于 5G 专网的 3GPP 标准
- 工业 4.0 使用场景和要求
- 频谱和部署选项
- 赋能 5G 的功能特性：MEC、TSN 和安全性
5G 专网标准
5G 进军工业世界的第一步是制定标准。5G 专网也需要政府参与监管频谱分配、民用和军事应用，以及由行业提供试验、测试台和生态系统解决方案。很多行业组织都积极参与了 5G 专网标准的开发。其中包括大家熟知的第三代合作伙伴计划（3GPP）和 5G 互联工业和自动化联盟（5G-ACIA）。
3GPP 标准
第一个 5G 标准版本（3GPP 第 15 版）主要关注消费者服务。当前版本（第 16 版）和即将发布的版本（图 1）为工业领域提供了特定功能。第 16 版为实现低时延引入了一系列重大增强，其中包括：
- 上行链路抢占指示，其中 gNodeB (gNB)可以指示增强型移动宽带 (eMBB) 用户设备 (UE)停止先前调度的上行链路传输，腾出信道传输来自其他 UE 的更高优先级、低时延流量
- 改进物理上行链路共享信道（PUSCH）重复功能
- 改进上行链路无授权传输，允许 UE 以更快的速度发送数据
- 改变上行链路控制信息（UCI），引入流量优先级概念
第 17 版增加了 5G 与时间敏感网络（TSN）的集成。该版本还将引入能够改善 5G 定位和减少时延的功能，以及用于实现工厂自动化和远程控制应用的关键功能。
第 18 版将是首个正式纳入 3GPP“5G Advanced”标准的版本。这个版本将对网络智能做出重大增强，包括在不同的网络层级上实施机器学习（ML）技术。对于要求更高的工业使用场景来说，人工智能（AI）增强功能将至关重要。
5G-ACIA 在定义工业 4.0 使用场景中的作用
5G-ACIA 通过定义工业应用中的使用场景，在确定 5G 性能目标方面发挥了重要作用。尽管5G 专网并非专门用于某个特定行业，但就目前这些网络的采用情况来看，制造业在短期内获益最多。未来的智能工厂需要实施许多应用以实现数字化转型。这些应用包括通过大数据分析实时制定业务决策；监测和跟踪时间敏感型资产；以及进行先进的预测性维护。其他应用还包括：
- 无线、实时、闭环控制和过程自动化
- 基于人工智能的生产控制
- 基于增强现实和虚拟现实（AR / VR）的设计与生产
- 无线和协作机器人，包括自动引导车辆（AGV）和自主移动机器人（AMR）
- 众多无线传感器
- 为远程团队提供基于 VR 的支持与培训
这些使用场景需要在工厂车间建立许多无线连接，实现超级可靠和稳定的覆盖范围和连通性、超低时延以及在下行链路和上行链路上保持出色的数据速率。在无线消费市场中，应用很少需要保持上行链路高数据速度和超低时延，但是在工业 4.0 应用中这些要求至关重要。5G 无线网络可以满足这些要求。
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