中国联通黄蓉：5G确定性技术赋能工业互联网
6月15日，2022确定性网络技术与应用创新峰会盛大开幕，本届大会由“科创中国”未来网络专业科技服务团指导，江苏省未来网络创新研究院、南京未来网络产业创新有限公司主办，SDNLAB社区承办。在确定性网络技术创新与产业应用分论坛上，中国联通研究院项目经理黄蓉分享了《5G确定性技术赋能工业互联网》主题演讲。
黄蓉表示5G开启了万物智联之路，目前全国5G基站有150万+，5G创新案例1万+，覆盖了22个重要行业。传统的制造业从蒸汽时代到电气时代、信息化时代，现在进入了智能化的时代。在智能化时代发展方向下，数据是关键要素、网络是发展基础、智能是核心引擎，工业互联网将推进生产业务流程的变革，支撑企业的转型升级、助力提质、增效降本。
传统工业自动化的系统基于 ISA-95的金字塔结构，制约工业数据难以实现横向、纵向的高效流转。因此在工业智能化的发展趋势下，会形成以云边端为基础的数据处理结构，实现智能工厂全要素的按需动态智能互联。在云边端的发展情况下，端到端网络的高可靠低时延和确定的网络能力成为了需要重点探讨的发展方向。
5G超越了3G/4G的通信接入能力，通过“架构创新、技术融合、能力开放、业务原生”设计为垂直行业提供简单灵活的统一底座，已经逐步形成“感知、通信、计算、智能”一体化能力，高度匹配工业互联网需求和架构，5G和工业互联网将融合发展、相互促进、相互成就。
经过不断发展，5G基于R15版本，充分释放了其大带宽的能力，目前可以看到5G已广泛应用于各个行业领域。从能力建设的角度看，各个运营商也初步完成了面向网络切片边缘计算的布局，同时逐步构建面向客户的自服务、可定制的相关能力。但是面向工业发展的领域，除了现有大带宽的能力外，需要更多的去探讨怎么释放5G低时延高可靠的能力？怎么让5G更多地进入工业的生产环节？这是目前面临的挑战之一。
工业互联网实现多业务场景的拉通，需要确定性的网络能力。之前关于确定性讨论更多的是低时延低抖动以及相关可靠性的满足，实现业务“不快不慢刚刚好”的到达。但是现在面向工业互联网这个更多维度更多业务场景的领域，希望它是一个更加广义范围的确定性网络。通过确定性网络的构建，在复杂多业务接入和高效传输的情况下，为客户提供更加稳定可靠的网络连接，满足带宽、时延、抖动、可靠性等多维度的综合性指标要求。
关于确定性网络的技术探讨，有以下几个方面：
- 时间同步：端到端高精度时间同步是网络各节点协调调度的基础；
- 精准调度：精准时延控制和抖动消除是确定性传输的核心技术；
- 闭环协调管理：通过跨域的管理协调实现端到端确定性网络的性能闭环；
- 超高可靠传输：低码率、多路径冗余机制提供“无”丢包的超高可靠传输。
不同网络层次上确定性业务承载着不同技术：
- FlexE：MAC层以下技术，基于时分复用调度不同业务至多个不同的子通道，实现业务的“管道”隔离，不解决同一管道内的流量抢占问题；
- TSN：MAC层及以上技术，基于流方式按照时间片进行流刚性调度，可解决同一管道内不同流传输“瞬时”冲突，保证确定性业务流实时传输；
- DetNet：借鉴TSN二层流的确定性传输技术，扩展到IP层，重点解决IP层的确定性业务传送。
从3GPP 5G版本规划的角度来看，2020年实现了R16版本的冻结，初步实现了低时延高可靠能力的建设。目前制定的R17版本逐步对相关技术上进行完善，到了R18版本可能会得到更充分的标准化，期待面向未来能够实现毫秒级的确定性时延，小于6个9的丢包率，100us级控制，同时能够支持多业务共存、并发。
R15/R16版本更多讨论的是空口的超低时延高可靠的能力。在通信设计的过程当中，时延和可靠性具有非常强的相关性，不同的时延可靠性需要不同的支撑技术，将其进行分级保障。在R15和R16版本，已经通过PDCP的复制以及下行链路针对高可靠业务采用更低码率来实现更高可靠的传输能力。通过降低SR周期、Mini-slot、HARQ优化、以及URLLC上下行抢占来达到超低时延的能力。
在R16版本里已经开始初步探讨5G如何与TSN网络融合演进的问题。TSN是工业以太网通用的协议标准，在R16版本里5G作为TSN的网桥融合到TSN的网络当中，UE和UPF是网桥的两个端口需要适配TSN能力。TSN时钟同步方案不依赖于基站，只需要UE和UPF与TSN时钟同步。CNC将TSN报文的传输要求传输到5GS网络，5GS网络内部由PCF和SMF分解，最终由UE、基站和UPF协同实施。
R18版本在逐步完善5G确定性能力，包括支持DetNet实现端到端的确定性网络能力，提供 IP确定性通信；5G提供授时弹性的服务，提升精准同步的能力；同时空口、N3以及业务联合调度支持端到端的低时延确定性通信能力。
中国联通发布了CUBE-Net 3.0新型数字基础设施计划，提出全面推动网络从提供“尽力而为”的连接向提供内生确定性服务转变的理念，构建5G网络确定性服务质量保障体系。
- 确定性网络能力：包括域内确定性网络技术及域间协同、面向上层业务提供专属网络资源、实现端到端确定性网络KPI指标；
- 确定性业务感知：识别业务特性，并提供端到端业务性能实时监控、评估反馈、决策优化及配置下发的能力；
- 确定性应用服务：实现快速业务订购与自动建模，高效满足各行业不同应用场景的确定性服务需求；
- 确定性保障体系：网络和业务的快速部署实施，用户故障、运维管理等快速响应。
另外，中国联通还提出了基于本地业务算网一体化融合方案，希望基于本地更加开放的架构，融合云原生和边缘计算相关的能力，无需N4接口解耦，通过基站本地分流、智能SLA闭环优化、以及无线能力开放等实现网业的深度协同，进一步缩短业务传输的时延，提升业务传输可靠性，打造行业虚拟专网一体化的方案。
最后黄蓉谈到面向工业互联网的未来发展，希望能够打造5G工业算网一体的新的底座。主要可以从以下三个方面来实现：
- 算力协同：构建现场级、车间级、工厂级的算力架构体系，并与外部算力协同，形成算力资源池；
- 工厂内算力网络：基于5G、工业PON和TSN等技术构建确定性连接，结合工业光网、IPv6形成宽带化、IP化的确定性工业园区网；
- 工厂外算力网络：基于联通CUII，智能城域网构建工业外算力网络。
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