2024-2-6 14:51

工业物联网终端5G LAN组网方案研究

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摘要:随着网络侧日趋成熟,5G LAN行业示范应用层出不穷,这对商业化工业物联网5G 终端也提出新的需求。为了满足工业现场组网规范要求,首先分析行业应用对工业物联网终端5G LAN组网的具体要求,然后提出相应的组网解决方案,方案的核心在于设计了5G终端系统内L2/L3数据混合转发、转发优先级保障。方案已经在相关5G物联网终端产品中采用,该方案解决其生产区、运维混合组网问题。最后,展望了未来的研究方向。

关键词:工业物联网终端;5G LAN;组网

doi:10.12045/j.issn.1007-3043.2024.01.018

概述

工信部印发的《5G 全连接工厂建设指南》中明确提出,在“十四五”时期,主要面向原材料、装备、消费品、电子等制造业各行业以及采矿、港口、电力等重点行业领域,推动万家企业开展 5G全连接工厂建设,建成 1 000 个分类分级、特色鲜明的工厂,打造 100 个标杆工厂,推动5G融合应用纵深发展。鼓励企业综合利用 5G等新型网络技术,在确保安全可靠的前提下,推动企业办公、生产管理、监控预警、工业控制和物联等工业网络互通,加快IT-OT网络融合。典型工业IT、工业OT网络结构如图1所示。

IT网络部署在工厂级别,主要支持业务及企业管理职能,关注数据处理速度、系统可靠性和安全性等问题,一般采用 OSI(Open System Interconnection)七层参考模型。而OT网络部署在车间和现场级别,主要支持自动化控制和监控,以确保生产过程的正常运行,因此对稳定性、可靠性要求高;为了实现工业网络的低成本,工业控制网络通常在 OSI 模型的基础上进行不同程度的简化,典型对比如图2所示。

从图2可知,IT网络和典型OT网络在网络分层模型上存在显著差异。如果仅通过简单的网络互联来实现 IT-OT 网络的融合,可能会导致业务数据不通或异常。为了实现现有工业 OT 网络的 5G 升级改造,需要考虑 OT 网络的组网习惯,如要求支持 5G 的工业物联网终端具备二层通信能力和同一业务的不同子系统的隔离能力等。在5G LAN使用前,常规的做法是通过引入 AR 类企业路由器,利用 L2 GRE、VxLAN 等技术来实现 OT 网络的 5G 转发。然而,该种机制的组网复杂、成本高。

随着 5G 技术的高速发展,5G LAN 这一适用于垂直行业的新型局域网技术应运而生。通过 MAC 地址直接选址,二层数据直接通过 5G 进行通信。通过 5G大网,5G LAN实现了组管理、流量转发、广播多播复制等功能,将不同场景的终端进行“分组”或“建群”,构建虚拟的或特定的LAN网络,从而实现终端之间的数据传输。在 R16 到 R18 的演进过程中,5G LAN 的功能及性能不断得到增强和完善,为垂直行业的 ITOT融合提供了新的方向,成为推动工业物联网创新发展的新工具。

5G LAN的出现对5G大网、物联网终端、场景应用都提出新的要求。在5G大网日趋成熟的前提下,智慧楼宇、工业制造、电力、集装箱码头等场景的应用证明了垂直行业应用的可行性。针对物联网终端如何进行组网以实现整体解决方案的商用探索较少。本文将从物联网终端的商用应用角度出发,分析研究工业物联网终端的5G LAN组网解决方案。

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作者:刘 霞,陈礼波,王运付,姜元山,陈德进,张光伟   来源:邮电设计技术

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本评论 更新于:2024-6-22 3:59:03
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