5G技术在石油化工行业的应用研究.pdf
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1、技术研究 102 2023年第9期进入2010年代以来,国务院、工业和信息化部、发展和改革委员会等部门相继印发和出台了多次5G和工业互联网相关的政策规划,如国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见、关于推动5G加快发展的通知、“5G+工业互联网”512工程推进方案等,引导并助推5G、工业互联网等新型基础设施的快速建设,进而驱动经济社会数字化转型的高速、高质发展1。近年来,我国高度重视“5G+工业互联网”的融合发展,工业和信息化部发布的工业互联网专项工作组2022年工作计划中则提到要加快5G全连接工厂建设,进而奠定了“5G+工业互联网”的发展基调2。5G 技术对石化行业的企业
2、数字化转型、智能化发展起到了巨大的推动力,开拓了新的产业格局。一方面 5G 的发展为工业互联网落地起到加速助推的作用,加速产业融合,助推企业转型升级;另一方面,企业在 5G+工业互联网下也推动石油化工行业在数字化推进过程中发展出现代化运营新模式,石化行业衍生产品也参与到 5G 行业的建设与扩张中,对化工产业升级起到推动作用。1 5G 的主要特点4G(第四代移动通信技术)改变生活,5G改变社会。随着通信网络的演进,5G已于2020年迎来商用。相较于4G以个人用户为主、企业用户为辅,5G则兼顾个人和企业用户。在设计上,4G相比于3G以移动宽带增强为主,而5G网络的三大场景,增强移动宽带(eMBB)
3、、海量大连接(mMTC)和超可靠低延时(uRLLC)则兼顾了速率、连接、时延、可靠性等要求,在多个技术方向上取得了突破,更加贴合了基于工业互联网的生产需求。1.1 支持了更高的频谱范围4G及以前的通信标准的工作带宽基本都部署在3GHz以下,5G的工作频率则在36GHz以及2452GHz(毫米波段)这两个广阔频谱空间。对移动通信而言,频谱是最珍贵的资源。低频谱的可用范围小,而且被已有的移动通信系统长期占用,无法部署满足需求的通信带宽。而更高的频谱范围意味着更宽的通信带宽也就是更高的传输速率。1.2 支持了更大的系统带宽4G系统的最大单载波带宽为20MHz。5G扩展了系统带宽,它在6GHz以下这个
4、频段,其最大单载波带宽为100MHz,而在毫米波段,其最大单载波带宽可以达到400MHz。此外,5G相比4G,大幅提升了系统带宽的有效频谱效率,5G系统的频谱使用效率也从4G的90%提升到98%。1.3 增强了空口低时延技术空口即空中接口,是指无线通信设备之间通过无线电波进行连接的接口。空口时延是通信系统时延的瓶颈,只有把空口时延做得更低,整个系统的低时延需求才可以得到保障。5G网络在空口时延方面是大大低于4G网络的,从4G的10ms降低为1ms。1.4 支持了大规模天线技术大规模天线技术是对高频通信短板的补充。4G网络之所以不能使用更高的频谱范围,一个很重要的原因就是它不支持大规模天线技术。
5、1.5 增强了终端节能技术终端节能技术是保证海量大连接的基础。在工业生产领域,无线通信终端的种类繁多,受体积、重量、工作环境等因素的影响,这些终端无法像手机一样可以及时充电或更换电池,因此节能技术就显得尤为重要。1.6 增强了终端移动性终端移动性是指手机或其它通信设备从一个基站所控制的小区切换到另一个小区时候,不可避免地产生业务中断的现象。5G技术相比于4G,满足了0ms的中断要求和更高的切换鲁棒性。因此,它是保证超可靠低延时特性的基础。1.7 支持了网络切片功能网络切片是5G网络引入的新特性,也是5G5G技术在石油化工行业的应用研究陈悦石化盈科信息技术有限责任公司 北京 100007摘要:结
6、合典型用例,研究了5G在智能工厂建设中的六大应用场景及三张网络切片,通过和云计算、物联网、人工智能等新一代数字技术的协同发展,推进石化企业的数字化转型和智能化升级。随着5G技术的普及和深化应用,它将在石油化工行业提高效能、提升效益方面发挥越来越重要的作用。关键词:5G 工业互联网 智能制造 103 技术研究2023年第9期网络的代表性特征。网络切片即通过不同的网络部署满足不同业务相互隔离的需求。切片间独立工作、互不干扰,网络攻击无法穿越网络切片。网络采用加密传输,能够防止任何形式的数据盗取,从而最大限度地提供网络安全保障。5G在以上七个技术领域的增强,所带来的是相比于4G技术全方位的关键能力指
7、标提升。国际电信联盟依托5G网络三大典型应用场景拟定了八条关键能力指标,包括峰值速率、用户体验速率、时延、移动性、连接密度、流量密度、频谱效率和能量效率,其基本描述见表1。表1 移动通信系统关键能力指标指标基本描述峰值速率理想条件下,终端的最大可达数据速率用户体验速率覆盖区域内,移动终端普遍可达到的数据速率时延网络从发送端传输数据包至接收端正确接收后的单向空口时延移动性在保证服务质量的条件下,能够支持的收发双方的最大相对速度连接密度单位区域内的总连接数及可连接数流量密度单位区域内所能支持的总吞吐量频谱效率每小区(cell)内单位频谱资源提供的吞吐量能量效率网络端/用户端的每焦耳能量所能传输的比
8、特数量具体来讲,5G的峰值速率从4G的1Gbps提升到20Gbps,用户体验速率由10Mbps提升到100Mbps,时延从10ms缩短至1ms。在移动性方面,从最大可支持移动速度350Kmph提高到500Kmph,连接密度从105数量级提高到106数量级,流量密度从0.1Mbit/s/m2提高到10Mbit/s/m2,频谱效率提升至原来的3倍,能量效率提升至原来的100倍。图1 4G/5G 系统关键能力指标对比425G 在石油化工行业的应用5G+工业互联网将帮助石油化工企业在生产运营、安全环保、应急指挥、物流等多个方面发挥重要作用。工业互联网的一个典型应用就是智能工厂,因此建设属于石油化工行业
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