面向6G演进的确定性信息物理系统架构研究
2022年电子技术应用第12期
高秋悦，李金艳，刘 洋
中国电信股份有限公司研究院，北京102209
摘要： 确定性技术是满足6G新兴业务确定性转发要求的重要研究内容。信息物理系统(Cyber-Physical System，CPS)作为工业4.0的核心系统，其确定性保障对于生产的高效稳定和服务的安全可靠至关重要。围绕以工业互联网为代表的CPS系统的确定性需求，提出一种基于确定性网络技术的CPS系统架构，包括确定性通信网络和确定性系统组件。在此基础上，面向低时延云化控制场景、高可靠移动控制场景和大带宽闭环控制场景三类典型用例对所提的系统架构进行细化设计，并对系统的时延、抖动、可靠性、带宽等指标的确定性进行分析。
中圖分類號： TN929.5
文獻標識碼： 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演進的確定性信息物理系統架構研究[J].電子技術應用，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.
文獻標識碼： 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演進的確定性信息物理系統架構研究[J].電子技術應用，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(Cyber-Physical System，CPS)作為第四次工業革命的重要組成部分[1]，實現了網絡世界與物理世界的交互與融合。CPS是一種綜合計算、網絡和物理環境的多維復雜計算機系統[2]，通過集成3C技術，即計算(Computing)、通信(Communication)和控制(Control)，來提高傳統物理系統的工作效率，實現系統服務和管理的自動化、數字化、智能化[3]。因此，CPS被廣泛應用于自動駕駛、智能電網、工業物聯網等領域，不斷助力生產制造的數智化轉型。
CPS對物理環境進行感知和數據采集，并通過海量的數據處理、信息轉換、網絡傳輸等來控制生產制造過程，任何環節的故障都會對系統整體的運作效率產生較大影響。此外，系統海量的信息采集、繁重的數據計算、泛在的業務傳輸對系統的感知能力、計算能力和網絡能力都提出了較高的要求。尤其是工業控制、自動駕駛等對實時性和安全性要求較高的場景，需要毫秒級的超低時延、微秒級的抖動以及5個9以上的可靠性，高清視頻監控類場景由于對視頻分辨率、尺寸等具有較高要求，需要網絡提供穩定的大帶寬傳輸[4]。因此，按需提升網絡性能，為CPS提供高質量的確定性保障是當前工業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
(中國電信股份有限公司研究院，北京102209)
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