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1、 课题编号：课题编号：2022-01-C-010 面向 5G 行业终端的实时计算技术研究 Research on Real time Computing Technology for 5G Industry Terminals 2023 年年 4 月月 5G 应用产业方阵研究报告 20222022-0101-C C-010010 研研 究究 报报 告告 要要 点点 自 5G 商用以来，各行各业都在推动 5G 融合业务的发展，不同业务的通信场景逐渐趋于多样化，也对实时性、可靠性、安全性提出了更高的需求。在时延敏感场景中，关键是降低网络端到端时延。随着 5G、新型短距等技术推动网络通信时延不断下降

2、，终端操作系统计算时延在端到端时延的占比不断提升。目前 5G 行业终端操作系统可粗略分为嵌入式实时操作系统和通用操作系统。而两类操作系统在设计目的、技术架构、应用方式等方面存在较大差异，导致工业控制、电力保护、自动驾驶等实时任务和数据采集、数据处理、AI 训练等非实时任务无法在同一设备上运行。本研究课题旨在保留操作系统的通用处理能力的前提下，提升终端操作系统实时性，保障高实时、高性能业务需求，实现异构设备的生态兼容。本研究报告主要阐述了各类典型行业客户的业务需求，并对业务场景根据低、中、高时延进行性能分级，研究了终端实时虚拟化系统及五种技术实现路线：专有硬件实时增强、硬件实时虚拟化、操作系统实

3、时虚拟化、微内核虚拟化、算力调度实时增强，阐明相关技术的原理、优缺点和适用场景，并针对性提出了性能高、易用性好、兼容性强的分级解决方案，为业界提供了最佳实践参考。最后对终端侧实时虚拟层和硬件、应用软件之间的接口方面提供标准化建议。研究单位：中国移动通信集团有限公司研究单位：中国移动通信集团有限公司、中国信息通信研究院中国信息通信研究院、浪潮浪潮通信技术有限公司通信技术有限公司、北京东土科技股份有限公司北京东土科技股份有限公司、中科创达软件股份中科创达软件股份有限公司有限公司、紫光展锐（上海）科技有限公司紫光展锐（上海）科技有限公司 研究人员：刘玮哲、王小莹、房正正、张悦、姜永、张天静、陈晟民、

4、研究人员：刘玮哲、王小莹、房正正、张悦、姜永、张天静、陈晟民、张硕、林加、张伟强张硕、林加、张伟强 完成日期：完成日期：2023 年年 4 月月 5G 应用产业方阵研究报告 20222022-0101-C C-010010 目目 录录 1 范围范围.1 2 规范性引用文件规范性引用文件.1 3 缩略语缩略语.1 4 5G 行业终端实时计算需求分析行业终端实时计算需求分析.2 4.1 5G 应用场景性能需求应用场景性能需求.2 4.1.1 实时性要求实时性要求.2 4.1.2 可靠性要求可靠性要求.3 4.1.3 安全性要求安全性要求.4 4.2 典型场景的业务性能指标典型场景的业务性能指标.4

5、 4.3 5G 典型场景的端到端时延构成分析典型场景的端到端时延构成分析.5 5 5G 行业终端实时计算典型场景行业终端实时计算典型场景.7 5.1 低时延场景低时延场景.7 5.2 中低时延场景中低时延场景.8 5.3 中等时延场景中等时延场景.9 6 5G 行业终端操作系统现状行业终端操作系统现状.10 6.1 嵌入式实时操嵌入式实时操作系统作系统.10 6.2 通用操作系统通用操作系统.11 7 5G 行业终端实时行业终端实时计算关键技术计算关键技术.11 7.1 专有硬件实时增强专有硬件实时增强.12 7.2 硬件实时虚拟化硬件实时虚拟化.13 7.3 微内核实时虚拟化微内核实时虚拟化

6、.14 5G 应用产业方阵研究报告 20222022-0101-C C-010010 7.4 操作系统实时虚拟化操作系统实时虚拟化.15 7.5 算力调度实时增强算力调度实时增强.16 8 5G 行业终端实时计算解决方案行业终端实时计算解决方案.18 8.1 PLC 工业控制解决方案工业控制解决方案.18 8.1.1 虚拟化层实时性优化虚拟化层实时性优化.18 8.1.2 内核层实时性优化内核层实时性优化.20 8.2 网络数据转发方案网络数据转发方案.20 8.2.1 硬件层实时性优化硬件层实时性优化.20 8.3 高清视频传输解决方案高清视频传输解决方案.21 8.3.1 应用层实时性优化