18、5G超可靠低延迟通信及6G展望

5G超可靠低延迟通信及6G展望

1 工业自动化通信需求

在工业自动化领域，由于工厂规模显著扩大（可达10平方公里）、传感器数量众多以及有线基础设施复杂度高，无线解决方案逐渐应用于工业过程自动化。相关用例要求每个工厂支持大量传感器设备，通信服务可用性高达99.99%。同时，功耗也是重要因素，部分传感器设备由电池供电，目标电池寿命长达数年，且每隔几秒更新一次测量数据。受传感器发射功率低、工厂面积大以及传输可靠性要求高等因素影响，通信范围成为关键因素。端到端（E2E）延迟要求在10毫秒至1秒之间，用户数据传输速度可能较慢，每次事务通常包含少于256字节的数据。不过，随着分布式和数据驱动应用的增加，数据传输速率已从约2Mbps的现场总线提升至约10Mbps，例如生产过程的视觉控制应用，其用户数据传输速率通常约为10Mbps，传输的数据包也比之前大得多。

过程自动化与工厂自动化有许多共同点，但过程自动化生产的是汽油和反应气体等批量产品，而非离散产品（如汽车）。与工厂自动化不同，运动控制在过程自动化中重要性有限或无关紧要，典型的E2E延迟为50毫秒。不同应用在用户数据传输速度、通信服务可用性和连接密度方面存在显著差异。

工厂自动化中的运动控制需要用于闭环控制应用的通信，例如机器人、机床以及包装和印刷机的运动控制。在运动控制应用中，控制器与集成在制造单元中的大量传感器和执行器（多达100个）进行交互，传感器/执行器密度通常非常高（高达每立方米1个）。在工厂内的近距离范围内，可能需要支持许多这样的制造单元（如汽车装配线生产中多达100个）。

2 V2X通信需求与应用

2.1 V2X通信背景与挑战

汽车垂直市场正在经历关键的技术变