本书由北方工业大学工业互联网团队编写，分为四大部分15章，分别探讨了工业5G网络、TSN技术、工业5G与TSN协同技术及其在远程驾驶和智能制造方面的场景化应用，可作为工程技术人员参考资料，旨在推动工业互联网人才培养和技术发展。
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2003，中国科学院研究生院，控制科学与工程，博士
2000，华北电力大学，控制科学与工程，硕士
1994，沈阳理工大学，自动化，本科2006年9月-2023年8月北方工业大学，院长担任中国有色金属学会理事，中国仪器仪表学会理事，中国仪器仪表学会物联网工作委员会秘书长、常务理事，北京市自动化学会理事、工信部工业互联网与区块链评审专家1、 中国仪器仪表学会，理事
2、 中国自动化学会技术过程的故障诊断与安全性专业委员会，委员
3、 中国仪器仪表学会物联网工作委员会，秘书长
4、 中国指挥与控制学会云控制与决策专业委员会，副主任委员
目录
前言
第一部分工业5G网络系统
第1章 工业5G网络概述 3
1.1 发展背景 3
1.1.1 移动通信发展概述 3
1.1.2 5G标准演进 8
1.2 工业5G的定义 11
1.2.1 工业5G与商用5G的差异 11
1.2.2 工业5G网络 11
1.3 工业5G典型场景现状 12
1.4挑战 15
第2章 工业5G网络架构及基础 17
2.1 工业5G业务需求与性能指标 18
2.1.1 工业5G业务需求 18
2.1.2 工业5G性能指标 22
2.2 工业5G网络系统架构 27
2.2.1 工业5G无线网架构 28
2.2.2 工业5G核心网架构 33
2.2.3 工业5G承载网架构 36
2.2.4 工业5G典型组网架构 38
2.3 小结 39
第3章 工业5G网络关键技术 40
3.1 大规模MIMO及5G波束 40
3.1.1 MIMO技术 40
3.1.2 波束赋形 41
3.2 编码技术 44
3.2.1 Turbo码 44
3.2.2 LDPC码 45
3.2.3 Polar码 45
3.3 SDN+NFV 48
3.3.1 SDN技术概述 48
3.3.2 NFV技术概述 51
3.3.3 SDN和NFV技术在5G中的应用 52
3.4 5GLAN 54
3.4.1 5G LAN技术概述 54
3.4.2 5G LAN技术在工业中的应用 55
3.5 网络切片技术 56
3.5.1 网络切片技术概述 56
3.5.2 5G网络切片关键技术 58
3.5.3 网络切片技术在工业互联网中的应用 60
3.6 边缘计算 61
3.6.1 边缘计算技术概述 62
3.6.2 边缘计算的应用 64
3.6.3 边缘计算赋能工业互联网 66
3.7 小结 68
第4章 工业5G网络时延分析及优化 69
4.1 概述 69
4.1.1 技术演进及业务需求 71
4.1.2 工业5G网络时延分析 75
4.2 工业5G网络优化 77
4.2.1 智能预调度及上行免调度技术 77
4.2.2 下行抢占机制及降低HARQ重传次数 79
4.2.3 微时隙技术及灵活顿结构 80
4.3 5G工具箱使用 82
4.3.1 MATLAB 5G工具箱介绍 82
4.3.2 OMNeT++软件介绍 83
4.4 小结 87
第二部分 时间敏感网络技术
第5章 时间敏感网络概述 91
5.1 工业网络技术发展 91
5.1.1 工业现场总线 92
5.1.2 工业以太网 95
5.1.3 TSN技术 97
5.2时间敏感网络基本概念 101
5.2.1 TSN标准体系架构 101
5.2.2 TSN协议层次 103
5.2.3 TSN数据帧格式 105
5.3 小结 107
第6章 时间敏感网络时间同步技术 108
6.1 时间同步技术概述 108
6.2 时间同步技术基础 109
6.2.1 时间同步基本概念 109
6.2.2网络时间协议 110
6.3 IEEE 802.1 AS协议机制 112
6.3.1 基本概念 112
6.3.2 gPTP 工作原理 114
6.3.3 最佳主时钟选择方法 115
6.3.4 校时精度影响因素 117
6.3.5 gPTP与PTP的差异性分析 118
6.3.6 IEEE 802.1 AS-Rev 协议简介 119
6.4 小结 120
第7章 时间敏感网络调度整形机制 121
7.1 业务流控制概述 121
7.1.1 流量监管与整形 121
7.1.2 调度策略 124
7.2 基于信用的整形机制 124
7.2.1 CBS机制概述 125
7.2.2 时间敏感流的转发与排队 126
7.2.3 CBS机制流程 128
7.3 时间感知整形机制 133
7.3.1 TAS机制概述 133
7.3.2 TAS相关参数 135
7.4 循环排队转发机制 135
7.4.1 CQF机制概述 136
7.4.2 CQF系统建模 137
7.4.3 CQF调度策略 139
7.5 帧抢占机制 142
7.5.1 FP机制概述 142
7.5.2 时间片与保护带技术 144
7.5.3 FP 原理 145
7.6 小结 148
第8章 时间敏感网络可靠性保障机制 150
8.1 数据流过滤与监管机制 150
8.1.1 PSFP 机制概述 150
8.1.2 PSFP 整体架构 151
8.1.3 过滤和控制策略 152
8.2 帧复制与消除机制 156
8.2.1 FRER机制概述 156
8.2.2 FRER机制分析 158
8.2.3 FRER机制展望 159
8.3 小结 160
第9章 时间敏感网络管理与配置机制 161
9.1 时间敏感网络数据配置模型 161
9.1.1 YANG 模型 162
9.1.2 NETCONF 协议 163
9.2 时间敏感网络配置框架与模型 166
9.2.1 完全分布式配置模型 167
9.2.2 集中式网络/分布式用户配置模型 167
9.2.3 完全集中式配置模型 167
9.3 结合SDN控制器的时间敏感网络配置方法 168
9.3.1 OpenFlow协议 169
9.3.2 结合SDN控制器的TSN配置架构 171
9.3.3 结合SDN控制器的TSN配置架构实现 172
9.4 配置架构的发展趋势 174
9.5 小结 175
第三部分5G与TSN协同技术
第10章 5G-TSN概述 179
10.1 5G与TSN发展现状 181
10.2 5G-TSN协同的产业需求 182
10.3 5G-TSN协同的挑战 184
10.4 小结 185
第11章 5G与TSN的融合 186
11.1 3GPP定义下的 5G 186
11.2 TSN 技术 187
11.3 3GPP标准进展 188
11.4 5G-TSN协同架构 189
11.5 小结 191
第12章 5G-TSN协同传输机制分析 192
12.1 支持TSN业务的5G增强机制 192
12.2 5G-TSN跨网时间同步机制 197
12.3 5G-TSN网桥管理 200
12.4 5G与TSN QoS映射 201
12.5 小结 202
第13章 5G-TSN解决方案 204
13.1 端到端同步解决方案的体系结构 204
13.2 端到端确定性调度方案 207
13.3 实际案例 209
13.4 小结 211
第四部分 场景化应用
第14章 远程驾驶场景 215
14.1 远程驾驶系统组成 215
14.2远程驾驶网络性能需求 217
14.3 5G和TSN赋能的远程驾驶 220
14.3.1 5G赋能远程驾驶 220
14.3.2 TSN车载网络 222
14.3.3 远程驾驶应用案例 223
14.4 未来展望 227
第15章 智能物流场景 228
15.1 智能物流重要设备和信息系统 228
15.1.1 立体仓库和堆垛机 229
15.1.2 AGV装卸搬运设备 231
15.1.3 WMS仓库管理系统和WCS仓库控制系统 232
15.2 5G和TSN赋能智能物流 233
15.2.1 基于5G+TSN网络的智能物流仓储 234
15.2.2 基于5G网络的物流工业级视觉系统 236
15.2.3 案例：京东物流5G智能物流园区 237
15.2.4 案例：基于5G的港口物流 238
15.3 未来展望 240
参考文献 241
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