5G特性在智慧矿山中的应用研究

目前智慧矿山5G建设主要针对矿用5G的宏观技术发展方向、测试方法和特定应用场景展开研究,缺乏对智慧矿山5G各类应用场景特点的全面梳理。针对该问题,归纳了智慧矿山5G应用场景类型,梳理了主要应用场景的通信需求,指出传感器信息回传类应用具有广覆盖需求、视频信息采集和回传类应用具有上行大带宽传输需求、实时控制信息交互类应用具有下行低时延传输需求、自动驾驶信息采集和回传类应用具有上行大带宽和下行低时延共存的差异化传输需求。针对智慧矿山5G应用的环境特点和技术要求,提出了核心网+承载网+接入网的矿用5G网络总体架构:(1)核心网通过用户平面功能(UPF)和多接入边缘计算(MEC)下沉,实现矿山5G独立组网、独立运行。(2)承载网中的信息安全模块用于数据安全审计监测和传输控制,实现井上下数据安全隔离;网络切片和服务质量(QoS)管理模块用于对不同业务进行信道划分和隔离,实现多业务共存信道隔离,保障传输性能。(3)接入网采用基站控制器+基站汇集器+基站+终端的方式,实现5G信号分区、按需覆盖。根据上述架构,提出了面向智慧矿山多样化应用需求的5G关键技术方案:(1)采用网络切片技术将矿山5G网络划分为传感器切片、视频回传类切片、实时控制类切片、远程控制类切片,结合传输业务的QoS指标,将业务数据映射到不同的切片资源上进行传输,实现5G网络传输的按需分配。(2)通过灵活空中接口调度机制满足无线资源按需调度,即大带宽业务采用资源请求-业务缓存报告资源分配-业务缓存-数据传输资源分配的空口资源调度方式,保障上行传输带宽,低时延业务采用预留的专用空口资源进行传输,保证下行传输低时延。(3)当单一频段无法满足上行传输需求时,通过载波聚合技术将多个连续或非连续的载波聚合成更大的带宽,有效支撑矿山5G的大带宽传输需求。