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確定性網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，具有低時(shí)延、高可靠保障的確定性網(wǎng)絡(luò)機(jī)制是 ICT 賦能垂直行業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵，也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要網(wǎng)絡(luò)保障機(jī)制。本書從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)概念出發(fā)，重點(diǎn)對(duì)5G-TSN 協(xié)同架構(gòu)、適配 TSN 的5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)增強(qiáng)、5G-TSN 協(xié)同調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹，并對(duì)基于5G-TSN 的云化控制系統(tǒng)和5G-TSN 應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了展望。

王健全工學(xué)博士，北京科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、國(guó)家“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目科學(xué) 家、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略咨詢專家委員會(huì)委員，主要研究方向?yàn)椤案兄ㄐ拧刂啤币惑w化融合網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，主持或參與多項(xiàng)重大專項(xiàng)項(xiàng)目，發(fā)表論文100余篇，獲得授權(quán)發(fā)明專利100余項(xiàng)，編寫圖書9部。孫雷工學(xué)博士，北京科技大學(xué)副教授，主要研究方向?yàn)?G與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵機(jī)制、5G與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)協(xié)同傳輸關(guān)鍵技術(shù)、“通信—計(jì)算—控制”一體化融合關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)表論文40余篇，獲得授權(quán)發(fā)明專利50余項(xiàng)，牽頭制定ITU-T國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)，參與編寫《時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)》《無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與演進(jìn)趨勢(shì)》等多部圖書。馬彰超工學(xué)博士，北京科技大學(xué)副教授、國(guó)際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化部門量子信息網(wǎng)絡(luò)焦點(diǎn)組量子保密通信工作組（ITU-T FG-QIT4N WG2）主席，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)ST7量子信息處理工作組副組長(zhǎng)，主要研究方向?yàn)樾乱淮I(yè)控制系統(tǒng)與5G、量子安全融合應(yīng)用，發(fā)表論文20余篇，授權(quán)發(fā)明專利30余項(xiàng)，主導(dǎo)編制標(biāo)準(zhǔn)20余項(xiàng)，編寫圖書多部。豐雷工學(xué)博士，北京郵電大學(xué)副教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)智能管理與優(yōu)化、蜂窩物聯(lián)網(wǎng)資源分配、移動(dòng)通信技術(shù)垂直行業(yè)應(yīng)用等，主持并參與多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目，發(fā)表論文110余篇，授權(quán)發(fā)明專利30余項(xiàng)，參與編寫《6G需求與愿景》《漫話6G》等多部圖書。黃蓉工學(xué)博士、正高級(jí)工程師，中國(guó)聯(lián)通集團(tuán)級(jí)技術(shù)專家、中國(guó)聯(lián)通研究院研究員，IMT-2030（6G）推進(jìn)組需求工作組副組長(zhǎng)，主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)、確定性網(wǎng)絡(luò)等，主持或參與國(guó)家和集團(tuán)級(jí)項(xiàng)目20余項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利40項(xiàng)，負(fù)責(zé)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)20項(xiàng)，編寫圖書2部。

第 1章　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ) 001 1.1　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景 002 1.1.1　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進(jìn)程 002 1.1.2　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念及定義 005 1.1.3　國(guó)內(nèi)外工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀 006 1.2　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) 009 1.2.1　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考體系架構(gòu) 009 1.2.2　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知層概述 013 1.2.3　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)層概述 013 1.2.4　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全體系概述 016 1.3　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 019 1.3.1　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層功能 019 1.3.2　工廠外網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)概述 021 1.3.3　工廠內(nèi)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)概述 022 1.3.4　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的價(jià)值和意義 025 第 2章　移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)概述 027 2.1　移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu) 028 2.1.1　蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本概念 029 2.1.2　蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程 030 2.1.3　通信業(yè)務(wù)變革 033 2.2　5G標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程概述 034 2.2.1　5G標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程 034 2.2.2　5G標(biāo)準(zhǔn)版本特征 035 2.3　5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與功能簡(jiǎn)述 040 2.3.1　5G組網(wǎng)架構(gòu) 040 2.3.2　5G基站功能架構(gòu) 041 2.3.3　5G核心網(wǎng)主要網(wǎng)元 041 第3章　TSN概述 045 3.1　TSN基礎(chǔ) 046 3.1.1　TSN標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展 046 3.1.2　TSN幀格式 047 3.1.3　TSN技術(shù)特征 049 3.2　TSN調(diào)度整形機(jī)制 050 3.2.1　基于信用的整形機(jī)制 051 3.2.2　時(shí)間感知整形機(jī)制 052 3.2.3　循環(huán)排隊(duì)和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制 055 3.2.4　幀搶占機(jī)制 057 3.3　TSN幀復(fù)制與刪除機(jī)制 059 3.4　TSN管理與配置協(xié)議 063 3.4.1　協(xié)議概述 063 3.4.2　完全分布式配置模型 063 3.4.3　集中式網(wǎng)絡(luò)/分布式用戶配置模型 064 3.4.4　完全集中式配置模型 065 3.4.5　網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議 066 第4章　5G-TSN協(xié)同架構(gòu) 069 4.1　5G-TSN協(xié)同需求 070 4.2　3GPP提出的5G-TSN協(xié)同架構(gòu) 074 4.2.1　協(xié)同架構(gòu)概述 074 4.2.2　5G系統(tǒng)新增網(wǎng)元 077 4.2.3　5G系統(tǒng)網(wǎng)元功能增強(qiáng) 078 4.2.4　5G-TSN網(wǎng)橋管理 079 4.3　基于SDNC的5G-TSN協(xié)同架構(gòu) 081 4.3.1　面向5G-TSN跨域管理的SDN控制器 081 4.3.2　5G-TSN協(xié)同關(guān)鍵技術(shù) 083 第5章　5G-TSN跨網(wǎng)時(shí)間同步機(jī)制 087 5.1　TSN時(shí)間同步機(jī)制概述 088 5.1.1　IEEE 802.1AS基本概念 089 5.1.2　gPTP時(shí)間同步工作原理 092 5.1.3　gPTP中的最佳主時(shí)鐘選擇方法 094 5.1.4　gPTP中的改進(jìn)與增強(qiáng) 095 5.2　5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步機(jī)制概述 096 5.2.1　5G網(wǎng)絡(luò)同步架構(gòu) 097 5.2.2　5G空口時(shí)間同步方法 098 5.3　5G-TSN時(shí)間同步方案 104 5.3.1　5G-TSN時(shí)間同步系統(tǒng)機(jī)制 105 5.3.2　5G-TSN BC補(bǔ)償 106 第6章　適配TSN的5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)增強(qiáng) 115 6.1　適配TSN的5G低時(shí)延通信增強(qiáng)技術(shù) 116 6.1.1　5G低時(shí)延通信技術(shù) 116 6.1.2　適配TSN業(yè)務(wù)的確定性時(shí)延保障技術(shù) 121 6.2　適配TSN的5G高可靠通信技術(shù) 129 6.2.1　5G高可靠通信技術(shù) 130 6.2.2　實(shí)現(xiàn)高可靠傳輸?shù)?G信道增強(qiáng)技術(shù) 135 6.3　適配TSN的5G本地組網(wǎng)技術(shù) 140 6.3.1　接入網(wǎng)隔離 143 6.3.2　承載網(wǎng)隔離 144 6.3.3　核心網(wǎng)隔離 144 6.4　適配TSN的5G移動(dòng)性管理技術(shù) 145 6.4.1　5G-TSN移動(dòng)性管理需求 145 6.4.2　面向5G-TSN的新型移動(dòng)性管理技術(shù) 146 第7章　5G-TSN協(xié)同調(diào)度關(guān)鍵技術(shù) 153 7.1　QoS基本概念 154 7.1.1　QoS定義及衡量指標(biāo) 154 7.1.2　QoS類別劃分 156 7.1.3　QoS保障策略 157 7.2　QoS服務(wù)模型 163 7.2.1　盡力而為服務(wù)模型 163 7.2.2　綜合服務(wù)模型 164 7.2.3　區(qū)分服務(wù)模型 165 7.3　跨5G與TSN的QoS協(xié)同流程 166 7.3.1　5G與TSN的QoS機(jī)制差異性 166 7.3.2　5G與TSN的QoS協(xié)商流程 169 7.4　基于無線信道信息的5G與TSN聯(lián)合調(diào)度機(jī)制 171 7.4.1　5G與TSN端到端數(shù)據(jù)確定性傳輸流程 171 7.4.2　5G-TSN協(xié)同模型及問題建模 173 7.4.3　基于5G信道信息的TSN域時(shí)延預(yù)算設(shè)置 174 7.4.4　考慮信道信息的5G系統(tǒng)時(shí)延預(yù)算設(shè)置 175 7.4.5　算法性能仿真及分析 178 7.5　基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的5G與TSN聯(lián)合調(diào)度機(jī)制 183 7.5.1　深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論概述 183 7.5.2　多業(yè)務(wù)場(chǎng)景下5G-TSN聯(lián)合優(yōu)化問題分析 185 7.5.3　基于DDPG的5G-TSN聯(lián)合調(diào)度模型 189 7.5.4　基于DDPG的5G-TSN聯(lián)合調(diào)度決策 192 7.5.5　算法性能仿真及分析 194 7.6　基于DS-TT隊(duì)列緩存的5G與TSN聯(lián)合調(diào)度機(jī)制 197 7.6.1　DS-TT門控對(duì)端到端時(shí)延的影響分析 198 7.6.2　基于DS-TT隊(duì)列緩存的5G調(diào)度策略 200 7.6.3　保障時(shí)間敏感業(yè)務(wù)的幀搶占策略 201 7.6.4　算法性能仿真及分析 202 第8章　基于5G-TSN的云化控制系統(tǒng) 205 8.1　基于5G-TSN的工業(yè)控制系統(tǒng)演進(jìn)路線 206 8.2　面向網(wǎng)控算一體化的5G-TSN內(nèi)生工業(yè)控制技術(shù) 207 8.2.1　云化PLC與5G云邊端算力節(jié)點(diǎn)融合方案 207 8.2.2　云邊端協(xié)同的云化PLC靈活部署方案設(shè)計(jì) 210 8.2.3　面向5G-TSN的云化PLC路由決策方案 211 8.3　適配云化控制數(shù)據(jù)的5G-TSN承載方案 212 8.3.1　基于5G空口MAC層工控?cái)?shù)據(jù)直傳技術(shù) 212 8.3.2　5G-TSN工業(yè)控制數(shù)據(jù)匯聚傳輸技術(shù) 215 8.4　5G-TSN與工業(yè)以太網(wǎng)融合組網(wǎng)技術(shù) 218 8.4.1　疊加式融合組網(wǎng)技術(shù) 218 8.4.2　拼接式融合組網(wǎng)技術(shù) 220 第9章　5G-TSN應(yīng)用技術(shù)及應(yīng)用場(chǎng)景 223 9.1　5G-TSN與OPC UA融合 224 9.1.1　OPC UA技術(shù)概述 224 9.1.2　5G-TSN與OPC UA 229 9.2　5G-TSN在工業(yè)場(chǎng)景的應(yīng)用 230 9.2.1　5G-TSN工業(yè)場(chǎng)景應(yīng)用模式簡(jiǎn)析 230 9.2.2　5G-TSN與工廠自動(dòng)化 233 9.2.3　5G-TSN與過程自動(dòng)化 235 9.2.4　5G-TSN與遠(yuǎn)程操控 237 9.2.5　5G-TSN與工業(yè)數(shù)字孿生 238 9.3　5G-TSN在其他場(chǎng)景的應(yīng)用探討 238 9.3.1　5G-TSN在智能網(wǎng)聯(lián)車中的應(yīng)用 238 9.3.2　5G-TSN在電力場(chǎng)景中的應(yīng)用 240 參考文獻(xiàn) 243

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