5G物联网关键技术与应用主讲：李文耀2024年08月30-09月01日·西安第1页问题与思考??5G网络采用全新的、革命性的、全IT技术架构重构未来网络，以用户和业务需求为导向、以云架构为基础设施搭建下一代智能IT平台，构建全联接型社会。5G网络的发展目标是做强移动互联网，做大移动物联网，主要面向增强移动宽带（eMBB）（面向人）、海量机器类型通信（mMTC）（面向物联网）与超高可靠低时延（uRLLC）（面向工业互联网）三大应用场景。?窄带物联网（NB-IoT）是面向电信运营商的第一个电信级广域物联网技术，广泛应用于智能抄表（智能水表、智慧燃气）、智能路灯、智能停车、宠物跟踪、物流追踪、智慧农牧业等领域，在智能抄表、智能路灯、智能停车等方面的应用已达到百万级大连接。NB-IoT引领物联网规模化商用与发展，5G将开启万物互联之门。?5G网络的全新体系架构及业务连接与流量分布特征将对其网络架构及组网产生重要影响。如何建设5G网络？5G网络采用何种技术体制？标准体系建设及标准制定进展情况如何？设备制造商5G网络技术、产品研发现状及进展情况如何？我国三大电信运营商建设5G网络分别采用何种技术路线？何种技术体制？试验网建设情况如何？如何进行5G网络规划与建设，以适配5G网络全新的体系架构及三大应用场景业务发展的需要？这是5G网络建设需要探讨的关键问题。第2页主要内容??????????模块一：架构篇—5G网络系统架构及网元设备组成模块二：无线网—5G无线网架构及技术原理与应用模块三：核心网—5G核心网架构及技术原理与应用模块四：承载网—5G承载网架构及技术原理与应用模块五：设备篇—5G网络基站设备介绍及安装示例模块六：建设篇—5G网络建设与部署方案实例分析模块七：物联篇—5G物联网的体系架构及关键技术模块八：终端篇—5G物联网终端、芯片与模组介绍模块九：应用篇—5G物联网的行业应用与典型案例模块十：项目篇—5G物联网的项目规划与设计方法第3页课程导入：5G网络技术与建设核心要点诠释扫码关注“5G通信”可下载更多5G技术资料第4页问题：5G网络的主要应用场景有哪些？5G网络的三个主要应用场景：eMBB、mMTC、uRLLC。关键词：eMBB：增强移动宽带mMTC：海量机器通信uRLLC：超高可靠低时延通信第5页5G网络建设—围绕一个中心：三大应用场景uRLLC特征：低时延、MEC局部存储及计算；应用：AR/VR、自动驾驶等IoT。eMBB特征：大吞吐量；应用：手机类等。mMTC特征：大连接；应用：智能抄表等NB-IoT类。Edge DCAAULocal DC核心层Central DC骨干层维护最优接入层AAU汇聚层时延最优体验最优?时延敏感的业务，应用网关下移，协同就近转发；?时延不敏感的业务，应用网关集中上移，优化网络运维。第6页5G网络基于“三大应用场景”的总体建设方案?核心思想：5G以TIC（电信集成云）为核心构建网络。vCDNIMS-CPolicyGW-CMgt..5G New Core骨干层N*400GEInternet（4）核心TIC：控制功能集中化。……mMTC GW5G CP核心层N*200GEvCDNeMBB GW（1）5G核心网控制面和媒体面云化。（2）媒体面分布式下沉。VMVMVMVMVM核心TICMEC/vCDNuRLLC GWCU汇聚层N*100GEGW Fowarder边缘TICVMVMVMGW FowarderCloud RAN/MEC（3）分布式部署接入层50GE/100GEDU10GEAAU25GEAAUDU边缘TICTIC：形成网络基础设施资源池，承载不同网络功能。（5）边缘TIC：靠近接入点设置，媒体面下沉，将大流量媒体内容调度到网络边缘，提升用户体验。VMVMVM第7页小结：5G网络涉及的相关技术及应用5G网络涉及的相关技术有哪些？这些技术应用于5G解决哪些问题？关键词：网随云动—5G承载网业务应“云”而生—云DC多业务融合承载—网络切片网络资源灵活配置—NFV网络基于业务设计—SDN网络设计定指标—物联网降低网络时延—MEC全“IT”架构设计—云计算第8页5G网络端到端的技术特征5G业务新业务?eMBB、URLLC、mMTC?IT化：软件功能化，C/D（计算与数据）分离?互联网化：SBA服务化架构，HTTP/2互联网化协议?服务化：网络切片，边缘计算?更大交换容量：核心层由640G提升至12.8T?更高性能：节点时延10us级，时间误差ns级新核心网?极简化：C/U（控制面/用户面）分离，多样化连接核心网传送网新传输网?切片支持：支持分组/TDM，实现软、硬融合切片?智慧运维：引入SDN，实现全局视角智能调度?更大带宽：100MHz@3.5/4.9，400MHz@26/39GHz无线网新无线网?更多天线：标配天线64通道，192阵子?系统设计：波束管理、新参考信号、新编码等?灵活参数：短帧结构、短调度等（空口时延1-3.5ms）?更新结构：CU/DU分离，超密集组网?更高功率：26dBm?更多天线：2发射天线、4接收天线?更多形态：智能手机，AR/VR眼镜，无人机、机器人等第9页终端新终端5G网络的关键能力指标及实现技术能力指标用户体验速率峰值速率流量密度连接密度时延移动速度频谱效率能耗效率ITU-T目标值100M/1Gbps10/20Gbps10Tbps/Km21M/Km21ms空口500Km/h3-5X100倍实现技术用户随时随地体验，挑战大大带宽，多流传输，高阶调制极限承载能力，超密集组网、站间协作物联网，关键技术：非正交多址、免调度等帧结构、编解码、重传机制、网络架构超高速铁路，主要用低频段主要技术：大规模天线、非正交多址传输技术、芯片技术、组网方案第10页5G网络的体系架构及组成5GCNGNG-RANgNBgNB-CUXnNGgNBgNB-CUF1F1F1F1gNB-DUgNB-DUgNB-DUgNB-DU第11页5G网络的网络架构及参考接口LTE无线接入网架构MME/S-GWMME/S-GW5G NR（新无线）架构AMF/UPFAMF/UPF5GC5G核心网S1EPC（SAE）E-UTRANNGX2eNodeBX2eNodeBeNodeBXnng-eNBX2XnXnng-eNBgNBgNBXnNG-RAN5G接入网????MME：移动管理实体S-GW：服务网关eNB：演进Node B（演进基站）EUTRAN：演进的UTRAN????AMF：接入移动管理功能UPF：用户平面功能gNB：NR Node B（NR基站）NR：新无线第12页5G网络与4G网络的关键需求差异对比分析5G网络功耗需求前传带宽需求回传带宽需求回传端口需求时延需求时间同步需求L3需求切片需求5倍左右25GE/2*10GE/100GE3-5GDU 10GE上联端口根据业务差异明显，大量业务对时延要求≦10ms基本需求1.5us核心汇聚层软切片+硬切片4G网络1倍2.5G/10G100~240MBBU GE上联端口端到端>10ms1.5us核心汇聚层无第13页2G/3G/4G到5G无线接入网组网架构的演进InternetInternetInternetInternetInternetGGSN服务GPRS支持节点GGSN网关GPRS支持节点EPC核心网EPC演进的分组核心网UP+CPCN回传UPSGSN到电路交换网回传SGSN无线网控制器回传基带处理单元+L3trL2nCU集中单元中传UPBSC基站控制器RNC增强基站BBUL2rt+L1DU射频拉远模块eCPRICPRI前传L1分布单元前传BTSNode B基站eNodeBRRURRU2G / 3G4G5G第14页5G无线网络CU与DU的分离?CU集中单元包括PDCP层以上功能，DU分布式单元包括了RLC及其以下的功能。F1eCPRICPRIRRCCUPDCPRLCMACDUHigh PHYLow PHYAAURF5G无线网络CU和DU分离的必要性?对现有RAN架构进行分离可以有效降低前传（Front-hual）的带宽需求；?RAN CU内部的移动性不可见，从而可以降低CN的信令开销和复杂度；?采用CU将控制协议和安全协议集中化后，CU的出现更加适应NFV的架构实现Cloud RAN，增加了RAN侧的功能扩展性。第15页5G RAN架构变化及部署方案?架构变化：3GPP 5G RAN功能切分定义了CU、DU两级架构。架构变化：3GPP 5G RAN功能切分定义了CU、DU两级架构。CU：非实时处理，集中部署，通用硬件。DU：HARQ流程，高实时数字信号处理，面向空口，保证频谱效率。RRU：eCPRI封装，带宽收敛，与天线数无关，与负载相关。CUNGFI接口(CU-DU)DUL2内部切分L1内部切分eCPRI接口(DU-RRU)RRU?部署考虑：标准化中确定的CU/DU都是逻辑网元，实际两者可以分开，也可以一体部署考虑：标准化中确定的CU/DU都是逻辑网元，实际两者可以分开，也可以一体化部署，两种方式在5G系统均有可能部署。CU/DU分离方案CU/DU一体化方案?与4G宏站部署方式相同，CU与DU在部署在同一位置?一个BBU带3~6个RRU第16页?CU位置：区县中心或者汇聚点，集中化节省机房数量和成本，但CU-DU间时延需<3ms?DU带1~10个物理站5G NGC与4G EPC核心网元对应关系5G NGC网元AMF：接入和移动性管理功能AUSF：鉴权服务器功能SMF：会话管理功能PDN-GWUPF：用户平面功能SGWPCF：策略控制功能UDM：统一数据管理PCRFHSSMME对应4G EPC网元4G EPC网元EPC网元功能移动性管理鉴权管理PDN会话管理PDN会话管理用户面数据转发用户面数据转发计费及策略控制用户数据库第17页5G承载网的典型部署方案5G New Core骨干层vCDNIMS-CPolicyGW-CMgt..……N*400GEInternetmMTC GW5G CP核心层N*200GEvCDNeMBB GWVMVMVMVMVM核心TICMEC/vCDNuRLLC GWCU汇聚层N*100GEGW Fowarder边缘TICGW FowarderVMVMVMCloud RAN/MEC接入层50GE/100GEDU10GEAAU25GEAAUDUVMVMVM第18页5G试验网介绍第19页机房机架设备布局中国联通5G试验网介绍ODF光配线盒频段/制式/通道：CBand/NR（4T4R）接口：1光2电pRRU5935中国联通北京长途电报电话大楼试验网5G室内刀片电源直流输出能力：8Kw（5G MassiveMIMO）单板：3*100MHz 64T64R（5G MassiveMIMO）单板：3*100MHz 64T64RBBU59002根光纤，2根铜导线拉远距离：200米光电复合缆BBU5900RHUB39088*10GE 电口pRRU5935（5G LampSite）BBU5900RHUB59238*10GE 光口AAU5612RRU+天馈线频段/制式/通道：CBand/NR（4T4R）接口：1光2电5G100GE多业务接入与预汇聚路由器ATN980B5G电源铁锂电池（75AH×2）可持续供电3小时北京长话大楼现场实测3Gbps第20页5G承载网的业务流及流向分析第21页5G承载需求及关键技术的应用DUAAU25GE10GEAAU前传DU中传CU接入层50GE/100GECU汇聚层N*100GE核心层N*200GE骨干层N*400GE5G New Core回传5G承载需求5G关键技术NGFI/eCPRIUNI：25GNNI50G/100GEN*100GEN*200GEN*400GE超大带宽超低时延超高精度网络切片灵活组网ODUflex物理隔离，满足差异化服务Flex-E超高精度时间同步（单跳误差＜±5ns）eClockSyncSRSDNSDN灵活控制，云网协同解决海量联接，业务就近转发第22页三大电信运营商5G承载网技术选型方案DUCUAAU25GE接入层50GE/100GE汇聚层N*100GE核心层N*200GE骨干层N*400GE5G New Core10GEDUCUAAU前传分组增强型OTN中传回传中国电信中国移动中国联通（PeOTN）IP RAN2.0=NFV/SDN+网络切片+L3增强功能+OAM+PS端到端IP RAN2.0/STN2.0（切片传送网）SPN2.0（切片分组网）（PeOTN）G.MetroUTN2.0 （IP RAN2.0）端到端UTN2.0（IP RAN2.0）第23页5G SA和NSA网络架构及组成NSA架构投资比SA架构将贵60%-80%。5G独立部署方式（SA）5G独立组网模式（SA）：指新建5G 网络，包括新基站、回传网络和核心网。SA引入全新网元与接口，将大规模采用网络虚拟化、软件定义网络等新技术，并与5G NR结合。优点：SA将是主流部署方式；SA基站单站价格更有优势；SA可满足5G高可靠、低时延要求。5G非独立部署方式（NSA）非独立组网模式（NSA）：指使用现有的4G 基础设施，进行5G 网络的部署。基于NSA 架构的5G仅承载用户数据，其控制信令仍通过4G 网络传输。优点：借助4G网络扩大5G覆盖范围；NSA标准更早结束，产品更成熟；无需建设新的核心网。第24页5G产业发展方向—面向行业应用第25页思维转型—5G着眼于物联网与工业互联网5G网络发展及应用方向与现网的最大区别是什么？关键词：5G物联网与工业互联网人与物、物与物的通信满足不同场景设计需求大连接、大带宽、低时延、高可靠第26页风向标：5G时代将开启万物互联之门第27页5G的重点行业应用领域5G通过与工业、交通、医疗、文化体育、能源等各个行业融合，孕育航标灯新兴信息产品和服务，产生各种5G行业应用，重塑传统产业发展模式。第28页5G物联网面向行业应用的总体解决方案第29页亮剑：打造5G产业核心价值业务的关键要素如何运用新技术、新理念打造5G产业核心价值业务？关键词：5G网络做平台物联网做感知云计算做服务大数据做分析人工智能给智慧区块链建信用SDN重构网络互联网+思维服务创新发展第30页5G产业现状与发展第31页5G产业生态及产业现状与发展5G产业生态已经完备成熟第32页5G芯片商用进展及技术规格多数芯片厂家已经于2024NWC 巴展发布终端芯片XMM 8060X50/X55X50：2017年10月X55:2024年2月X50已商用X55 2024年Q3量产X50单模X55多模Exynos 51002024年8月balong 50002024年1月Helio M702024年2月发布时间商用进展技术规格2024年下半年未商用5G到2G多模毫米波&sub 6G已商用已商用2024年Q2供货5G到2G多模5G到2G多模5G到2G多模毫米波&sub 6G毫米波&sub 6G毫米波&sub 6G第33页5G终端产品及商用进展终端比芯片晚1~2个季度，2024年年中主流终端厂商5G终端上市华为5G CPE PRO华为mate X小米MIX3 5GOPPOR15(5G)VIVOAPEX三星S10 5G版三星Galaxy Fold2024年2月2024年5月先行者一号天机Axon 10 Pro2024年2月2024年Q2发布时间商用供货2024年2月2024年2月2024年2月2024年1月2024年2月2024年4月2024年12月2024年6月2024年5月2024年Q2未知2024年2月第34页5G行业应用发展趋势起步阶段聚焦eMBBT0T1T2T3渐进低时延T4发展期?工业制造（工厂、机械、能源）?自动驾驶（汽车、无人机）?远程医疗?智慧交通海量物联网爆发T5…………………Tn运营商行业应用探索期?5G开始商用?无线宽带?高清及超视频?AR / VR?云端游戏成熟期?海量物联网应用与连接当前形式???搭台子，建圈子，抱团子相互渗透演示为主当前阶段1.正在由应用探索逐步走向应用验证2.行业应用距离商用尚遥远(商用需求、商业模式、基础设施等)5G行业应用逐步从探索走向验证，覆盖5G三大场景第35页我国5G商用首先重点应用的领域有哪些？我国5G商用后，首先重点应用的领域将集中在工业互联网、车联网、智慧医疗、云多媒体等方面。5G更重要的应用是：助力工业互联网等多个产业的发展。关键词：工业互联网车联网智慧医疗云多媒体第36页问题探讨与互动环节第37页交流与互动环节?个人介绍?从事的工作介绍?工作中最需要解决的问题有哪些？?本次技术交流最关注的问题有哪些？?想重点了解的技术有哪些？?你最想了解的应用案例有哪些？第38页内容提要??????????模块一：架构篇—5G网络系统架构及网元设备组成模块二：无线网—5G无线网架构及技术原理与应用模块三：核心网—5G核心网架构及技术原理与应用模块四：承载网—5G承载网架构及技术原理与应用模块五：设备篇—5G网络基站设备介绍及安装示例模块六：建设篇—5G网络建设与部署方案实例分析模块七：物联篇—5G物联网的体系架构及关键技术模块八：终端篇—5G物联网终端、芯片与模组介绍模块九：应用篇—5G物联网的行业应用与典型案例模块十：项目篇—5G物联网的项目规划与设计方法第39页5G的基本概念与关键技术特征第40页问题：5G网络概念的关键要素有哪些？理解5G网络概念的三个要点是什么？关键词：eMBB：增强移动宽带mMTC：海量机器通信uRLLC：超高可靠低时延通信第41页5G网络的关键能力特征2024年及以后时间需求400MHz-6GHz6GHz-60GHz频率业务数据、连接和用户体验的用户体验速率5G之花0.1～1Gbps每平方公里一百万的连接密度（mMTC）平方公里数十T的流量密度的端到端时延uRLCC）毫秒级数十Gbps峰值速率（eMBB）每小时500Km以上的移动性数据来源: IMT 2024 5G需求白皮书第42页5G网络的关键性能指标性能指标定义参考指标100Mbps~1GbpsN*10GbpsN*10 Tbps/Km2100万/Km21ms500Km/H用户体验速率（bps）真实网络环境下，用户可获得的最低传输速率。用户峰值速率（bps）单用户可获得的最高传输速率。流量密度（bps/Km2）连接数密度（/Km2）端到端时延（ms）移动性（Km/s）单位面积区域内的总流量。单位面积上，支持的在线设备总和。数据包从源节点传输到目的节点正确接收的时间。满足一定性能要求，收发双方间的最大相对移动速度。第43页5G网络与4G网络关键性能指标的对比第44页5G网络的应用场景及能力要求第45页ITU定义的5G三大应用场景GB/秒移动通信智能家居工业自动化自动驾驶3D/超高清视频增强移动宽带eMBBVR/AR海量机器通信mMTC智能交通超高可靠低时延通信URLLC高可靠应用高清语音云游戏M2M云办公智慧城市移动医疗第46页5G eMBB应用—虚拟现实VR医学教学娱乐游戏时尚情景教学商务会议环境第47页5G mMTC应用—智慧家庭第48页5G uRLLC应用—无人驾驶汽车行为分析周边物体Google self-driving carcrashes into a bus [Feb 29]测速定位Who is responsible?运动与平衡Google Car?对5G网络的要求：–非常低的延迟，如<1ms；–超可靠，多样化，多个天线，多个基站；–设备到设备通信，警告，延迟时间短。第49页5G网络的体系架构及技术特征第50页
369页PPT5G物联网关键技术与应用 - 图文
