本書由北方工業(yè)大學(xué)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)團隊編寫，分為四大部分15章，分別探討了工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)、TSN技術(shù)、工業(yè)5G與TSN協(xié)同技術(shù)及其在遠程駕駛和智能制造方面的場景化應(yīng)用，可作為工程技術(shù)人員參考資料，旨在推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)和技術(shù)發(fā)展。
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目錄
前言
第一部分工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
第1章 工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)概述 3
1.1 發(fā)展背景 3
1.1.1 移動通信發(fā)展概述 3
1.1.2 5G標(biāo)準(zhǔn)演進 8
1.2 工業(yè)5G的定義 11
1.2.1 工業(yè)5G與商用5G的差異 11
1.2.2 工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò) 11
1.3 工業(yè)5G典型場景現(xiàn)狀 12
1.4挑戰(zhàn) 15
第2章 工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及基礎(chǔ) 17
2.1 工業(yè)5G業(yè)務(wù)需求與性能指標(biāo) 18
2.1.1 工業(yè)5G業(yè)務(wù)需求 18
2.1.2 工業(yè)5G性能指標(biāo) 22
2.2 工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu) 27
2.2.1 工業(yè)5G無線網(wǎng)架構(gòu) 28
2.2.2 工業(yè)5G核心網(wǎng)架構(gòu) 33
2.2.3 工業(yè)5G承載網(wǎng)架構(gòu) 36
2.2.4 工業(yè)5G典型組網(wǎng)架構(gòu) 38
2.3 小結(jié) 39
第3章 工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù) 40
3.1 大規(guī)模MIMO及5G波束 40
3.1.1 MIMO技術(shù) 40
3.1.2 波束賦形 41
3.2 編碼技術(shù) 44
3.2.1 Turbo碼 44
3.2.2 LDPC碼 45
3.2.3 Polar碼 45
3.3 SDN+NFV 48
3.3.1 SDN技術(shù)概述 48
3.3.2 NFV技術(shù)概述 51
3.3.3 SDN和NFV技術(shù)在5G中的應(yīng)用 52
3.4 5GLAN 54
3.4.1 5G LAN技術(shù)概述 54
3.4.2 5G LAN技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用 55
3.5 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù) 56
3.5.1 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)概述 56
3.5.2 5G網(wǎng)絡(luò)切片關(guān)鍵技術(shù) 58
3.5.3 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用 60
3.6 邊緣計算 61
3.6.1 邊緣計算技術(shù)概述 62
3.6.2 邊緣計算的應(yīng)用 64
3.6.3 邊緣計算賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 66
3.7 小結(jié) 68
第4章 工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)時延分析及優(yōu)化 69
4.1 概述 69
4.1.1 技術(shù)演進及業(yè)務(wù)需求 71
4.1.2 工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)時延分析 75
4.2 工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化 77
4.2.1 智能預(yù)調(diào)度及上行免調(diào)度技術(shù) 77
4.2.2 下行搶占機制及降低HARQ重傳次數(shù) 79
4.2.3 微時隙技術(shù)及靈活頓結(jié)構(gòu) 80
4.3 5G工具箱使用 82
4.3.1 MATLAB 5G工具箱介紹 82
4.3.2 OMNeT++軟件介紹 83
4.4 小結(jié) 87
第二部分 時間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
第5章 時間敏感網(wǎng)絡(luò)概述 91
5.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展 91
5.1.1 工業(yè)現(xiàn)場總線 92
5.1.2 工業(yè)以太網(wǎng) 95
5.1.3 TSN技術(shù) 97
5.2時間敏感網(wǎng)絡(luò)基本概念 101
5.2.1 TSN標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu) 101
5.2.2 TSN協(xié)議層次 103
5.2.3 TSN數(shù)據(jù)幀格式 105
5.3 小結(jié) 107
第6章 時間敏感網(wǎng)絡(luò)時間同步技術(shù) 108
6.1 時間同步技術(shù)概述 108
6.2 時間同步技術(shù)基礎(chǔ) 109
6.2.1 時間同步基本概念 109
6.2.2網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議 110
6.3 IEEE 802.1 AS協(xié)議機制 112
6.3.1 基本概念 112
6.3.2 gPTP 工作原理 114
6.3.3 最佳主時鐘選擇方法 115
6.3.4 校時精度影響因素 117
6.3.5 gPTP與PTP的差異性分析 118
6.3.6 IEEE 802.1 AS-Rev 協(xié)議簡介 119
6.4 小結(jié) 120
第7章 時間敏感網(wǎng)絡(luò)調(diào)度整形機制 121
7.1 業(yè)務(wù)流控制概述 121
7.1.1 流量監(jiān)管與整形 121
7.1.2 調(diào)度策略 124
7.2 基于信用的整形機制 124
7.2.1 CBS機制概述 125
7.2.2 時間敏感流的轉(zhuǎn)發(fā)與排隊 126
7.2.3 CBS機制流程 128
7.3 時間感知整形機制 133
7.3.1 TAS機制概述 133
7.3.2 TAS相關(guān)參數(shù) 135
7.4 循環(huán)排隊轉(zhuǎn)發(fā)機制 135
7.4.1 CQF機制概述 136
7.4.2 CQF系統(tǒng)建模 137
7.4.3 CQF調(diào)度策略 139
7.5 幀搶占機制 142
7.5.1 FP機制概述 142
7.5.2 時間片與保護帶技術(shù) 144
7.5.3 FP 原理 145
7.6 小結(jié) 148
第8章 時間敏感網(wǎng)絡(luò)可靠性保障機制 150
8.1 數(shù)據(jù)流過濾與監(jiān)管機制 150
8.1.1 PSFP 機制概述 150
8.1.2 PSFP 整體架構(gòu) 151
8.1.3 過濾和控制策略 152
8.2 幀復(fù)制與消除機制 156
8.2.1 FRER機制概述 156
8.2.2 FRER機制分析 158
8.2.3 FRER機制展望 159
8.3 小結(jié) 160
第9章 時間敏感網(wǎng)絡(luò)管理與配置機制 161
9.1 時間敏感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)配置模型 161
9.1.1 YANG 模型 162
9.1.2 NETCONF 協(xié)議 163
9.2 時間敏感網(wǎng)絡(luò)配置框架與模型 166
9.2.1 完全分布式配置模型 167
9.2.2 集中式網(wǎng)絡(luò)/分布式用戶配置模型 167
9.2.3 完全集中式配置模型 167
9.3 結(jié)合SDN控制器的時間敏感網(wǎng)絡(luò)配置方法 168
9.3.1 OpenFlow協(xié)議 169
9.3.2 結(jié)合SDN控制器的TSN配置架構(gòu) 171
9.3.3 結(jié)合SDN控制器的TSN配置架構(gòu)實現(xiàn) 172
9.4 配置架構(gòu)的發(fā)展趨勢 174
9.5 小結(jié) 175
第三部分5G與TSN協(xié)同技術(shù)
第10章 5G-TSN概述 179
10.1 5G與TSN發(fā)展現(xiàn)狀 181
10.2 5G-TSN協(xié)同的產(chǎn)業(yè)需求 182
10.3 5G-TSN協(xié)同的挑戰(zhàn) 184
10.4 小結(jié) 185
第11章 5G與TSN的融合 186
11.1 3GPP定義下的 5G 186
11.2 TSN 技術(shù) 187
11.3 3GPP標(biāo)準(zhǔn)進展 188
11.4 5G-TSN協(xié)同架構(gòu) 189
11.5 小結(jié) 191
第12章 5G-TSN協(xié)同傳輸機制分析 192
12.1 支持TSN業(yè)務(wù)的5G增強機制 192
12.2 5G-TSN跨網(wǎng)時間同步機制 197
12.3 5G-TSN網(wǎng)橋管理 200
12.4 5G與TSN QoS映射 201
12.5 小結(jié) 202
第13章 5G-TSN解決方案 204
13.1 端到端同步解決方案的體系結(jié)構(gòu) 204
13.2 端到端確定性調(diào)度方案 207
13.3 實際案例 209
13.4 小結(jié) 211
第四部分 場景化應(yīng)用
第14章 遠程駕駛場景 215
14.1 遠程駕駛系統(tǒng)組成 215
14.2遠程駕駛網(wǎng)絡(luò)性能需求 217
14.3 5G和TSN賦能的遠程駕駛 220
14.3.1 5G賦能遠程駕駛 220
14.3.2 TSN車載網(wǎng)絡(luò) 222
14.3.3 遠程駕駛應(yīng)用案例 223
14.4 未來展望 227
第15章 智能物流場景 228
15.1 智能物流重要設(shè)備和信息系統(tǒng) 228
15.1.1 立體倉庫和堆垛機 229
15.1.2 AGV裝卸搬運設(shè)備 231
15.1.3 WMS倉庫管理系統(tǒng)和WCS倉庫控制系統(tǒng) 232
15.2 5G和TSN賦能智能物流 233
15.2.1 基于5G+TSN網(wǎng)絡(luò)的智能物流倉儲 234
15.2.2 基于5G網(wǎng)絡(luò)的物流工業(yè)級視覺系統(tǒng) 236
15.2.3 案例：京東物流5G智能物流園區(qū) 237
15.2.4 案例：基于5G的港口物流 238
15.3 未來展望 240
參考文獻 241
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