面向数字孪生的5G现场网体系架构白皮书

1 面向数字孪生的5G+现场网体系架构白皮书 （2021年） 中国移动通信有限公司研究院 · 前 言 数字孪生助推社会及行业发展，实现行业发展的新业态，现场网技术是数字孪生网络连接的重要技术实现，现场网技术作为工业、医疗、交通等场景现场网络与设备间的最后“一百米”，是未来设备低时延、高精度定位、高可靠通信系统的基础，也是未来各行业现场业务信息化升级的核心。本白皮书介绍了面向数字孪生的5G+现场网的体系架构，并根据市场、产业、技术需求等方面给出未来5G+现场网技术演进方向及应用前景，呼吁业内企业在5G+现场网领域通力合作，共同促进垂直行业的数智化转型。 本白皮书在编写过程中得到了各行业专家、企业及研究机构的大力支持，在此向各位专家们提出的真知灼见和宝贵意见表示感谢。 本白皮书版权受法律保护。任何单位和个人转载、摘编、引用或其它方式使用本白皮书文字或者观点的，应注明来源。 中国移动 面向数字孪生的5G+现场网体系架构白皮书 （2021） 目 录 目 录 .............................................................................................................................................. 3 1. 数字孪生是未来行业发展的方向 ............................................................................................. 4 1.1 数字孪生概念与发展历程 ............................................................................................ 4 1.2 数字孪生三层架构与关键技术 .................................................................................... 4 1.3 数字孪生发展趋势 ........................................................................................................ 6 2. 行业现场网的概念与关键技术 ................................................................................................. 7 2.1 5G+现场网体系架构与关键技术 .................................................................................. 7 2.2 5G+现场网典型应用场景 .............................................................................................. 8 3. 面向数字孪生的5G+现场网体系架构 ...................................................................................... 9 3.1 面向数字孪生的5G+现场网三层架构 ......................................................................... 9 3.2 5G+现场网的六个发展趋势和六个技术维度 ............................................................ 10 3.2.1 “感”-感知 ....................................................................................................... 11 3.2.2 “通”-通信 ....................................................................................................... 12 3.2.3 “算”-计算 ....................................................................................................... 12 3.2.4 “数”-数据 ....................................................................................................... 12 3.2.5 “智”-智能 ....................................................................................................... 13 3.2.6 “用”-应用 ....................................................................................................... 13 3.3 5G+现场网的五个连接技术 ........................................................................................ 13 3.3.1 5G+新型无源通信 ............................................................................................... 14 3.3.2 5G+新型短距通信 ............................................................................................... 15 3.3.3 5G+确定性网络 ................................................................................................... 17 3.3.4 5G+高精度室内定位 ........................................................................................... 20 3.3.5 5G与中低速网络 ................................................................................................ 21 4. 面向数字孪生的5G+现场网行业典型应用 ............................................................................ 23 4.1 工程机械制造 .............................................................................................................. 23 4.2 智慧矿山 ...................................................................................................................... 23 4.3 智慧钢铁 ...................................................................................................................... 24 4.4 智慧楼宇 ...................................................................................................................... 25 4.5 智慧医疗 ...................................................................................................................... 26 5. 缩略语....................................................................................................................................... 27 参考文献......................................................................................................................................... 28 联合编写单位及作者 ..................................................................................................................... 28 中国移动 面向数字孪生的5G+现场网体系架构白皮书 （2021） 1. 数字孪生是未来行业发展的方向 1.1 数字孪生概念与发展历程 数字孪生是一种数字化理念和技术手段，它以数据与模型的集成融合为基础与核心，通过在数字空间实时构建物理对象的精准数字化映射，基于数据整合与分析预测来模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程，最终形成智能决策的优化闭环。 数字孪生的概念始于航天领域，经历了“技术探索、概念提出、应用萌芽、行业渗透”四个发展阶段。数字孪生技术最早在1969年被应用于阿波罗计划中，用于构建航天飞行器的孪生体，反映航天器在轨工作状态，辅助紧急事件的处置。2003年，美国密歇根大学的Grieves教授提出了数字孪生概念。经历了几年的概念演进发展后，自2010年开始，数字孪生技术在各行业呈现应用价值，大型工业自动化企业开始推广数字孪生技术。近年来，数字孪生技术在工业、城市管理领域持续渗透，并向交通、健康医疗等垂直行业拓展，实现机理描述、异常诊断、风险预测、决策辅助等应用价值，有望在未来成为经济社会产业数字化转型的通用技术。 1.2 数字孪生三层架构与关键技术 数字孪生技术通过对物理对象的数字化镜像，描述物理对象在现实世界中的变化，模拟物理对象在现实环境中行为和影响，以实现状态监测、故障诊断、趋势预测和综合优化等功能。根据ISO发布的数字孪