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。
中图分类号：TN929.5
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.223364
中文引用格式：高秋悦，李金艳，刘洋. 面向6G演进的确定性信息物理系统架构研究[J].电子技术应用，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.
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.223364
中文引用格式：高秋悦，李金艳，刘洋. 面向6G演进的确定性信息物理系统架构研究[J].电子技术应用，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
信息物理系统(Cyber-Physical System，CPS)作为第四次工业革命的重要组成部分[1]，实现了网络世界与物理世界的交互与融合。CPS是一种综合计算、网络和物理环境的多维复杂计算机系统[2]，通过集成3C技术，即计算(Computing)、通信(Communication)和控制(Control)，来提高传统物理系统的工作效率，实现系统服务和管理的自动化、数字化、智能化[3]。因此，CPS被广泛应用于自动驾驶、智能电网、工业物联网等领域，不断助力生产制造的数智化转型。
CPS对物理环境进行感知和数据采集，并通过海量的数据处理、信息转换、网络传输等来控制生产制造过程，任何环节的故障都会对系统整体的运作效率产生较大影响。此外，系统海量的信息采集、繁重的数据计算、泛在的业务传输对系统的感知能力、计算能力和网络能力都提出了较高的要求。尤其是工业控制、自动驾驶等对实时性和安全性要求较高的场景，需要毫秒级的超低时延、微秒级的抖动以及5个9以上的可靠性，高清视频监控类场景由于对视频分辨率、尺寸等具有较高要求，需要网络提供稳定的大带宽传输[4]。因此，按需提升网络性能，为CPS提供高质量的确定性保障是当前工业4.0的重要研究方向之一[5]。
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作者信息：
高秋悦，李金艳，刘 洋
(中国电信股份有限公司研究院，北京102209)
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