李晨鑫，副研究员，博士，煤炭科学技术研究院有限公司装备分院智慧矿山研究所副所长，中国通信标准化协会5G矿山行业专网子工作组副组长，《工矿自动化》青年专家委员会委员，国家知识产权局中国专利审查技术专家，煤炭行业（工程技术人员）技能大师。从事智能矿山通信技术研究工作，对5G、C-V2X、星闪通信等前沿技术拥有深厚研究基础。主持或参与科研项目10余项。获中国专利优秀奖1项，省部级科技奖特等奖、二等奖、三等奖各1项。发表学术论文20余篇。获授权国际国内发明专利60余项，其中第一发明人29项。制定中国通信行业标准10余项、团体标准8项。

       矿用5G依托其大带宽、低时延、高可靠的传输能力，将为实现智能矿山信息基础设施融合，打造透明矿山、万物互联、装备远程控制等应用构建基础。装备远程控制是煤矿智能化的重要应用。目前，主要研究聚焦于5G技术优势及其对采掘运设备远程控制的匹配性和支撑度，缺少针对采掘运具体过程和参数与5G信道的映射研究，需要针对采掘运等设备远程控制的功能需求、物理设备连接关系及通信链路信息流开展详细梳理和定义。另外，矿用装备远程控制应用需要构建点对点传输通道，但当前的5G网络基础组网方式为广域网架构，需要开展传输通道构建研究。再者，矿用5G装备远程控制应用中，监测监视数据具有大带宽传输需求，远程控制信息具有低时延传输需求，需要研究空口信道的资源分配机制，从而确保基于5G的矿用装备远程控制应用的可靠性和稳定性。

       本文提出了基于5G的远程控制应用系统参考架构，以采煤机远程控制为例，梳理了远程监视监测数据与远程控制数据的信息流，研究了矿用装备远程控制链路构建及空口资源灵活调度关键技术，为实现智能矿山5G+装备远程控制应用落地提供了方向。

       采用统一的矿用5G网络架构承载采、掘、主运、辅运装备远程控制应用传输业务，通过不同模态的矿用5G终端实现数据接入和收发。采煤、掘进设备主要通过CPE汇聚接入监测监视数据并接收控制指令，顶板支护监测通过5G监测分站和无线传感器进行数据上传，主运设备通过PLC接入5G CPE，上传带式输送机数据并接收控制指令，通过5G摄像仪上传视频并分析故障、违章和煤流信息，无人驾驶车辆则通过矿用5G车载终端进行监视、规划和控制信息收发。

       以5G+采煤机远程控制为例，通过梳理上下行链路传输的具体路径和信息流，研究5G传输链路的关键技术。

       根据基于5G的采煤机远程控制信息流的双向走向，目前5G支持采煤机远程控制需要解决2个关键技术问题：

       1）传统工业网络以有线传输为主（包括采煤机控制网络），大量使用层二传输协议。当前常规5G网络则依靠IP寻址的层三协议进行通信，需要额外构建层二协议路由，方可支持采煤机远程控制过程中集控中心控制器和受控采煤机的稳定数据传输。

       2）基于5G的采煤机远程控制需要5G空口信道同时传输监测监视的大带宽数据和远程控制的频发低时延数据。

       构建采煤机远程控制应用的矿用5G层二传输链路，可采用2种技术手段：

      1）不改变当前5G常规的层三传输架构，额外构建层二传输隧道。该方式能够在当前5G网络的核心网架构下，实现采煤机远程控制传输链路的搭建。但层二隧道维护过程中，需要增加大量信令开销，将造成额外的无线信道资源占用。

      2）采用5G LAN的网络架构。该方式不需要额外提供无线资源进行链路维护。5G LAN技术规范可按照用户需求实现特定终端组的层三或者层二服务能力，符合基于5G的矿用装备远程控制层二通信的需求，在国内面向工业领域的5G LAN通信标准研究制定完成并具备推广条件后，可通过升级核心网版本实现5G LAN在矿用装备远程控制中的应用。

       针对基于5G的矿用装备远程控制传输需求，构建了基于传输业务适配的空口信道灵活资源调度机制。通过业务与资源调度方法的映射、终端与预调度资源的映射，满足矿用5G传输大带宽监测监视信息和低时延控制信息的差异化需求。

       为了验证基于5G的采煤机远程控制技术性能，开展可靠性、端到端时延及无线参数测试。可靠性方面，测试过程中通过层二传输隧道共传输数据包13 328个，通过收发两侧对比，未出现丢包或者接收不成功的现象。端到端时延为11.5~23.8 ms，能够满足矿用装备远程控制的传输需求。无线环境测试数据的RSRP（参考信号接收功率）为-93~-53 dB·m，SINR（信号与干扰加噪声比）为10~38 dB，无线覆盖情况良好。