《5G地下移动通信网络(5G DMN)白皮书》,构建地下智能化综合性通信网络
展会资讯 2021-11-24 来源:IntelMining智能矿业
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11月21日,在武汉举办的中国5G+工业互联网大会上,中国移动主办了主题为“5G矿山,掘进未来”的5G+矿山分论坛,中国移动联合华为技术有限公司、中国煤炭工业协会、中国矿业大学(北京)共同发布《5G地下移动通讯网络(5G DMN)白皮书》。

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《5G地下移动通讯网络(5G DMN)白皮书》发布

5G DMN,构建地下智能化综合性通信网络

期间,中国移动研究院无线与终端技术研究所副所长邓伟以《5G DMN,构建地下智能化综合性通信网络》为题进行演讲,对白皮书内容进行了全面阐述。该白皮书发布旨在联合产业合作伙伴共同构建地下智能化综合性通信网络,共筑5G DMN产业生态,助力我国矿山行业安全生产和智慧化发展。

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中国移动研究院无线与终端技术研究所副所长邓伟

邓伟指出,矿业是国民经济的重要支柱产业,我国矿业年产值超过6万亿,GDP占比超7% ,其中煤炭生产占比超70%,85%来自地下。矿山领域具备极高的战略地位和经济价值。我国高度重视煤炭产业高质量发展,加速智慧煤炭矿山的建设并对5G智能矿山生态发展提出了明确要求。

但由于矿山行业环境制约趋紧、要素成本上升,地下矿山在智能化演进过程中面临环境特殊、多网并存、性能挑战、运维困难四大痛点:第一,地下矿山空间狭窄,环境特殊且存在安全隔爆要求,对地下网络的设备形态和网络覆盖面临挑战;第二,地下通信、视频、定位、语音、物联多张网络并存,数据采集和处理决策过于分散,不利于智能化发展;第三,地下安防监控、少人无人智能作业对网络性能提出较高要求;第四,地下系统繁多,管理困难,现场运维、统一运维面临挑战,驱使网络运营维护升级。

面对矿山地下网络的四大挑战,5G网络的大带宽、低时延、广联接等特性给运营商及行业生态伙伴应对挑战提供了技术基础,同时基于中国移动与合作伙伴在矿山行业的5G专网部署经验,提出构建全新5G地下移动通信网络(5G DMN)及技术体系。

5G DMN愿景是基于5G技术构建一张智能化综合性地下专用移动通信网络,移动通信运营商基于5G DMN在矿山等地下环境可为公众和企业提供移动通信服务。针对地下业务在无线传播环境的差异性和安全、可靠性等网络性能方面的特殊要求,5G DMN网络通过构建连接泛在、性能极致、一网多能、运维极简的四大技术体系,支撑矿山实现感知、决策、操控等全智能化。

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5G DMN技术图谱

《5G地下移动通信网络(5G DMN)白皮书》

对四大技术体系及技术图谱做了详细介绍

第一,连接泛在。

一方面,通过设备定制和频谱灵活使用奠定网络覆盖的基础,通过多频协同、信号中继、移动式部署等弹性组网技术,实现连接随时随地、无处不在的目标;另一方面,为保障网络连续不间断,从升级设备可靠性到升级组网方案,5G DMN基于分级可用性方案全面保障地下网络可用。

第二,性能极致。

一方面,通过频谱资源灵活组合、上下行配比弹性调整和设备能力定制增强,全面提升网络上行容量和单用户峰值速率,构建DMN超级上行能力;另一方面,5G DMN网络提供精准定位能力,满足矿区定位数据不出场的数据安全需求,通过5G及5G融合定位实现分场景不同精度的通信+定位一张网。

第三,一网多能。

通过多网融合和云网业融合实现一网多能,提供本地优质连接+本地充足算力+本地丰富能力,打造基于DMN的融合一体数字底座,实现信息、管理、资源、服务融合贯通。

第四,运维极简。

基于5G专网管理平台,提供设备状态监控、网络指标监控、能力开放等功能,基于自主化技术满足行业用户“自运维、自服务、自开发”需求,并基于网络数字孪生能力,加速5G网络与企业生产深度融合,赋能生产精细化管理运营。

基于以上四大技术体系,中国移动给出了分阶段技术路径,通过2~3年时间分阶段打造5G DMN技术能力:

一阶段基础型5G DMN实现主要环节自动化;

二阶段增强型5G DMN实现重点矿山固定和移动场景少人、无人化;

三阶段全能型5G DMN实现各类煤矿基本智能化。

分阶段的智能化演进图谱给DMN的实现提出了全面的技术规划。

最后,邓伟代表中国移动及相关产业提出5G DMN发展倡议:“从技术攻关、标准制定、产业推进和生态构建四方面共同推进5G DMN的发展和成熟,共创以矿山为代表的广阔的井下数智经济发展新空间,促进井下通信产业的范式变革。”

中国移动致力于成为网络强国、数字中国、智慧社会的主力军,愿积极联合华为、行业协会、龙头矿企、高校等产业合作伙伴构建5G DMN产业生态,政、产、学、研、用各界紧密合作,加快建设以5G为代表的信息基础设施和部署5G基础矿山网络,助力我国矿山行业安全生产和智能化快速发展。

5G DMN智慧矿山创新解决方案,重定义地下通信网络

华为5G产品线总裁彭红华发表了题为“5G DMN智慧矿山创新解决方案,重定义地下通信网络”的主题演讲。他指出:“基于5G DMN(地下移动通信网络)愿景的连接泛在、性能极致、一网多能、运维极简4个技术体系,华为提出了5G DMN的技术创新方向,构建全弹性、全感知、全融合的网络,解决矿山行业在数智化转型中遇到的关键问题,助力打造智能感知、智能决策和自动执行的智能化体系。”

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华为5G产品线总裁彭红华

以煤矿为代表的矿山行业,在国民经济发展中起着举足轻重的作用。利用5G等新一代信息通信技术可以加速矿山的全面数智化转型进程,以实现少人化、无人化,为矿山行业带来提质、降本、减碳和增效等巨大价值。5G在智慧矿山中应用广泛,包括数据回传、智能巡检、装备远程控制、智能调度等,其网络需求可以归纳为:千兆上行能力、E2E 20ms的低时延、米级的准定位、每年故障时间小于5-50分钟的高可用网络等。

在煤矿智能化探索中,我们发现当前地下通信网络存在4大挑战:环境复杂、性能挑战大、多网并存和运维困难。地下环境复杂,存在瓦斯、粉尘、水害等多种杂质,对网络干扰大,另外多为狭长线状分布,地下低发射功率和特殊传播环境容易造成覆盖受限。性能挑战大主要表现在上行速率以及定位需求。地下人员、环境和生产对安全监控需求迫切,仅2公里采煤巷道需部署40~60个摄像头,综采面需部署摄像头的密度更高,对上行需求大。矿山监控管理、应急救援、智能作业等也都需要较高精度的定位。目前地下多网并存,语音呼叫有2G、3G、4G和有线,物联有NB-IoT、2G、LoRa和Sigfox等技术,定位有UWB、ZigBee等,控制有局域网工业总线等,导致数据采集、数据处理、决策和执行能力都过于分散,易形成数据孤岛,从而影响智能化决策。这些不同网络的运营管理平台是相互独立,带来运维困难、运维效率低且无法形成协同。这4大挑战一定程度制约了矿山全面智能化发展,亟待利用5G加快数智化转型进程。

5G DMN构想,重定义了地下移动通信网络,未来将会形成天地通信、地面通信、地下通信三张通信网。当前地面通信作为广域大覆盖场景,2G、3G、4G和5G移动通信体系已非常成熟并持续演进,但矿山等地下场景作为相对独立的狭长封闭空间,在无线电传播特征、网络部署及应用的安全性、可靠性、可用性等方面均具有独特性。为了更好地推动技术标准和产业成熟,解决矿山智能化当前面临的挑战并能够长期持续发展,中国移动和华为联合提出了5G DMN创新解决方案构想,重定义地下移动通信网络,服务于矿山的全面智能化升级。

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DMN地下移动通信网络,未来三张通信网之一

基于5G DMN愿景的连接泛在、性能极致、一网多能、运维极简4个技术体系,华为提出了5G DMN的技术创新方向,构建地下通信全弹性、全感知、全融合的网络。5G DMN创新解决方案,旨在解决矿山行业在数智化转型过程中遇到的关键挑战,助力打造智能感知、智能决策、自动执行的矿山智能化体系。5G DMN将通过重定义连接、重定义能力、重定义场景,建设一张极简、智能、意图驱动的网络,满足地下作业的数据采集、数据传送、数据处理、远程控制等应用要求,助力实现智慧矿山。

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5G DMN技术创新方向,构建地下通信三全网络

全弹性是指通过构建弹性网络,匹配业务的时空不确定性,实现泛在连接。5G DMN网络需要具备灵活频谱、弹性拓扑、资源软定义等能力,以应对矿山深度覆盖、大上行、动态作业等场景的特殊需求。灵活频谱方面,考虑井下是全封闭场景,与地面公网无频率干扰风险,可考虑重构地下频谱使用模式,通过频谱重组、SUL、载波聚合和频谱共享等技术按需灵活配置更多的上行时隙资源,显著提升上行性能,满足地下应用场景的大上行容量诉求以及灵活兼容其他制式的诉求。弹性拓扑是指基于业务的覆盖调整,小区免切换、小区拓扑可动态调整等技术,满足地下业务场景动态变化、高可靠性等诉求。资源软定义是指通过网云业一体化、E2E切片、边缘计算等技术,实现网络资源和计算资源协同部署,满足矿山对地面地下网络统一部署和资源动态均衡的要求。

全感知通过全域智能感知,集体智慧实现智能决策。5G DMN网络具备多维感知能力,包括大量的各类传感器数据、高清视频数据、精准位置数据等,助力智能决策,达到全面智能化的目的。

全融合是指消除信息孤岛实现深度融合,业务高效协同,一网多能。5G DMN网络具备良好的兼容性和优异的性能,通过统一的设备和统一的组网,满足各种业务的差异化诉求,简化部署和运维。5G DMN网络需要通过网络切片、智能协同等技术实现地上地下一网通,用一张专网实现地上生活流、地上办公流和地下作业流的有序隔离和统一管理。

5G DMN网络需要具备深度覆盖和泛在连接,低频具有天然优势。5G DMN网络通过引入上下行解耦技术按需灵活组合频谱,提供千兆上行能力,进一步有效满足煤矿井下的多种业务需求,实现一网多能。结合覆盖、容量和成本等因素,加速优质频谱资源的重耕和发掘,实现场景化的低、中、高频协同,以获得极致性能,实现频谱价值最大化。

基于矿山的特点和低频的优势,华为联合中国移动等产业合作伙伴提出了5G DMN创新解决方案:通过低频一体化小型RRU基站设备,提供远覆盖和大上行能力,并通过NB-IoT接入各种窄带物联业务。该创新解决方案具有远覆盖、大上行、准定位、大物联四大超强能力,能很好的满足矿山等行业需求。

在构建5G DMN创新解决方案的同时,我们也很关注配套终端产业生态的构建。经过产业伙伴们的共同努力,目前5G DMN智慧矿山解决方案的终端生态已逐步成熟,终端类型也在逐渐丰富,不仅有5G数据终端、矿用5G CPE、矿用5G 4K摄像仪、矿用5G手机等,还有Dongle、网关、T-Box、模组等。

当前中国移动联合华为等产业合作伙伴提供了端到端的5G智慧矿山解决方案。面向未来,我们将继续联合产业合作伙伴,在满足矿山行业标准的基础上,深入结合5G移动通信技术发展,持续加强大上行、定位、高可靠、融合感知等技术研究,推动更多的地下5G应用场景,携手开创5G DMN地下移动通信新产业,助力智慧矿山的数智化转型。

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