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面向6G演進(jìn)的確定性信息物理系統(tǒng)架構(gòu)研究

2022年電子技術(shù)應(yīng)用第12期

高秋悅，李金艷，劉洋

中國(guó)電信股份有限公司研究院，北京102209

摘要： 確定性技術(shù)是滿足6G新興業(yè)務(wù)確定性轉(zhuǎn)發(fā)要求的重要研究?jī)?nèi)容。信息物理系統(tǒng)(Cyber-Physical System，CPS)作為工業(yè)4.0的核心系統(tǒng)，其確定性保障對(duì)于生產(chǎn)的高效穩(wěn)定和服務(wù)的安全可靠至關(guān)重要。圍繞以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為代表的CPS系統(tǒng)的確定性需求，提出一種基于確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的CPS系統(tǒng)架構(gòu)，包括確定性通信網(wǎng)絡(luò)和確定性系統(tǒng)組件。在此基礎(chǔ)上，面向低時(shí)延云化控制場(chǎng)景、高可靠移動(dòng)控制場(chǎng)景和大帶寬閉環(huán)控制場(chǎng)景三類典型用例對(duì)所提的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)的時(shí)延、抖動(dòng)、可靠性、帶寬等指標(biāo)的確定性進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞： 確定性網(wǎng)絡(luò) 信息物理系統(tǒng) 工業(yè)控制

中圖分類號(hào)： TN929.5
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.223364
中文引用格式： 高秋悅，李金艷，劉洋. 面向6G演進(jìn)的確定性信息物理系統(tǒng)架構(gòu)研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(12)：11-14.
英文引用格式： Gao Qiuyue，Li Jinyan，Liu Yang. Research on deterministic Cyber-Physical Systems architecture for 6G evolution[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(12)：11-14.

Research on deterministic Cyber-Physical Systems architecture for 6G evolution

Gao Qiuyue，Li Jinyan，Liu Yang

China Telecom Corporation Limited Research Institute，Beijing 102209，China

Abstract： Deterministic technology is an important research content to meet the deterministic forwarding requirements of 6G emerging services. As the kernel system of Industry 4.0, the deterministic guarantee of Cyber-Physical System(CPS) is of vital importance for the efficiency and stability of production and the safety and reliability of service. Focusing on the deterministic requirements of CPS represented by industrial Internet, a CPS system architecture based on deterministic network technology is proposed, including deterministic communication network and deterministic system components. On this basis, the proposed system architecture is detailed designed for three typical use cases: low delay cloud control scenario, high reliability mobile control scenario and large bandwidth closed-loop control scenario, and the determinacy of delay, jitter, reliability and bandwidth is analyzed.

Key words : deterministic network；Cyber-Physical System；industrial control

0 引言

信息物理系統(tǒng)(Cyber-Physical System，CPS)作為第四次工業(yè)革命的重要組成部分^[1]，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)世界與物理世界的交互與融合。CPS是一種綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)^[2]，通過(guò)集成3C技術(shù)，即計(jì)算(Computing)、通信(Communication)和控制(Control)，來(lái)提高傳統(tǒng)物理系統(tǒng)的工作效率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)服務(wù)和管理的自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化^[3]。因此，CPS被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)駕駛、智能電網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，不斷助力生產(chǎn)制造的數(shù)智化轉(zhuǎn)型。

CPS對(duì)物理環(huán)境進(jìn)行感知和數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)海量的數(shù)據(jù)處理、信息轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葋?lái)控制生產(chǎn)制造過(guò)程，任何環(huán)節(jié)的故障都會(huì)對(duì)系統(tǒng)整體的運(yùn)作效率產(chǎn)生較大影響。此外，系統(tǒng)海量的信息采集、繁重的數(shù)據(jù)計(jì)算、泛在的業(yè)務(wù)傳輸對(duì)系統(tǒng)的感知能力、計(jì)算能力和網(wǎng)絡(luò)能力都提出了較高的要求。尤其是工業(yè)控制、自動(dòng)駕駛等對(duì)實(shí)時(shí)性和安全性要求較高的場(chǎng)景，需要毫秒級(jí)的超低時(shí)延、微秒級(jí)的抖動(dòng)以及5個(gè)9以上的可靠性，高清視頻監(jiān)控類場(chǎng)景由于對(duì)視頻分辨率、尺寸等具有較高要求，需要網(wǎng)絡(luò)提供穩(wěn)定的大帶寬傳輸^[4]。因此，按需提升網(wǎng)絡(luò)性能，為CPS提供高質(zhì)量的確定性保障是當(dāng)前工業(yè)4.0的重要研究方向之一^[5]。

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作者信息：

高秋悅，李金艷，劉洋

(中國(guó)電信股份有限公司研究院，北京102209)

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