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矿用5G网络切片技术研究

孟庆勇 姜玉峰 李晨鑫 张立亚

孟庆勇,姜玉峰,李晨鑫,等. 矿用5G网络切片技术研究[J]. 工矿自动化,2023,49(6):168-174.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.18131
引用本文: 孟庆勇,姜玉峰,李晨鑫,等. 矿用5G网络切片技术研究[J]. 工矿自动化,2023,49(6):168-174.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.18131
MENG Qingyong, JIANG Yufeng, LI Chenxin, et al. Research on mine 5G network slicing technology[J]. Journal of Mine Automation,2023,49(6):168-174.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.18131
Citation: MENG Qingyong, JIANG Yufeng, LI Chenxin, et al. Research on mine 5G network slicing technology[J]. Journal of Mine Automation,2023,49(6):168-174.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.18131

矿用5G网络切片技术研究

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.18131
基金项目: 天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项项目(2023-TD-ZD005-001, 2022-2-TD-ZD001)。
详细信息
    作者简介:

    孟庆勇(1982—),男,山东梁山人,研究员,硕士,现主要从事煤矿安全监控与通信技术方面的研究和应用工作,E-mail:mengqingyong@ccrise.cn

  • 中图分类号: TD655

Research on mine 5G network slicing technology

  • 摘要: 网络切片是5G网络的一项重要技术,现有矿用5G研究主要集中于系统架构及应用场景,缺乏对切片技术具体实现方案的研究。针对该问题,通过分析矿用5G网络的基本结构及智能矿山的应用需求,提出利用FlexE的通道化功能实现传输网的资源分配及业务隔离,从而在同一网络基础设施上构建多个按需定制的专用逻辑网络,即网络切片。根据当前矿用信息通信系统及智能矿山应用情况,提出矿用5G网络基础切片划分+基于带宽权重的传输资源分配方法,将网络划分为低时延业务、大带宽业务、工业环网业务、特定业务(无人化协同控制)及预留业务5类切片,并通过进一步的虚拟专用网(VPN)划分方法,设计差异化的带宽权重,以确保充足的传输资源,避免信道拥塞。根据不同业务对时延、带宽的要求,定义具体的5G QoS标志符(5QI),并根据5QI进行业务映射及隔离,为各类业务提供所需的服务级别。在实验室条件下,对矿用5G网络系统的业务调度时间和端到端时延2项指标进行测试,结果表明:网络切片与传统的尽力而为服务模型相比,能够实现更加高效的业务调度,在高负载的场景下,平均调度时间减少了10.9%;在同一业务切片内,矿用5G网络的平均端到端时延为10.33 ms,为无人化协同控制等业务的实施提供了必要条件。

     

  • 图  1  矿用5G网络的系统架构

    Figure  1.  System architecture of mine 5G Network

    图  2  网络切片总体架构

    Figure  2.  Architecture of network slicing

    图  3  FlexE技术参考模型

    Figure  3.  Reference model of FlexE technology

    图  4  FlexE的通道化功能

    Figure  4.  Channelization capabilities of FlexE

    图  5  网络切片设计方案

    Figure  5.  Design scheme of network slicing

    图  6  业务映射及隔离

    Figure  6.  Service mapping and isolation

    图  7  测试网络拓扑

    Figure  7.  Testing network topology

    图  8  低负载下的调度时间

    Figure  8.  Scheduling time under low load

    图  9  高负载下的调度时间

    Figure  9.  Scheduling time under high load

    图  10  时延测试结果

    Figure  10.  Results of latency testing

    表  1  典型终端的网络需求

    Table  1.   Network requirements of typical terminals

    序号终端类型速率时延
    要求/ms
    上行下行
    1CPE100 kbit/s100 kbit/s25
    25G手机100 kbit/s100 Mbit/s25
    3矿压传感器100 kbit/s100 kbit/s100
    4车载终端100 kbit/s100 kbit/s25
    下载: 导出CSV

    表  2  常见业务类型及权重值

    Table  2.   Common service types and weight values

    序号矿用系统及应用权重等级权重值
    1矿用5G通信系统11.0
    2矿用4G通信系统
    3安全监控系统
    4定位系统
    5广播系统
    6调度指挥系统
    7供电系统
    8特定业务(无人化协同控制)
    9自动风门系统20.9
    10主运胶带系统
    11矿压监测系统
    12水文监测系统
    13视频监控系统30.8
    14WiFi通信系统
    15其他环网非安全类业务40.7
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-05
  • 修回日期:  2023-06-02
  • 网络出版日期:  2023-06-29

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