深圳聯(lián)通打造的富康5G智慧園區(qū)將助推中國制造業(yè)加速走向智能化

在今年的政府工作報告中，李克強總理明確提出“打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，拓展‘智能+’，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級賦能”。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為工業(yè)體系和互聯(lián)網(wǎng)體系深度融合的產(chǎn)物，將是今后我國堅持創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展，培育壯大新動能的重要支撐。深圳聯(lián)通先行先試探索5G通信技術(shù)在制造業(yè)企業(yè)和工業(yè)園區(qū)的應(yīng)用場景，打造的“富*康5G智慧園區(qū)”入選廣東省第一批5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范園區(qū)名單，成為深圳市唯一入選廣東省“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范園區(qū)”的園區(qū)，對深圳市政府加速5G技術(shù)應(yīng)用落地、全面推廣5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)具有示范作用，也將助推中國制造業(yè)加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展。

圖1? 示范園區(qū)牌

深圳聯(lián)通5G助力無人物流

該園區(qū)目前已完成5G+無人物流車的試點并落地成熟。5G+無人物流車擁有高精度感知定位和機器視覺驅(qū)動能力，對周圍環(huán)境中的其他人和物體進行探測，有效地規(guī)避障礙和行人，在目標地點智能?？?。同時CPE放置于車內(nèi)，無人物流車的視頻等數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡(luò)回傳到后臺，充分利用5G大帶寬、低延時的特點，大幅提高無人物流車的效能。

圖2? 5G+無人物流車

5G深度賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

隨著5G技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展和深度融合，智慧園區(qū)加速崛起，構(gòu)建起全新工業(yè)生態(tài)體系。在深圳聯(lián)通“富*康5G智慧園區(qū)”，一系列與生產(chǎn)、物流相關(guān)的5G應(yīng)用正不斷試點、推廣、完善。

1.MEC技術(shù)實現(xiàn)方案

在流量疏導(dǎo)方面，5G核心網(wǎng)通過SMF靈活的會話管理機制，實現(xiàn)本地流量疏導(dǎo)；采用“上行分類”功能和IPv6 Multi-Homing實現(xiàn)本地流量卸載。

（1）上行分類（UL CL）方案：如圖3所示，UL CL的增加、刪除由SMF依據(jù)切換過程中的終端位置決定，當終端移入MEC覆蓋區(qū)域時，SMF通過N4接口對UPF增加UL CL功能和PDU Session Anchor完成本地流量通路的創(chuàng)建。SMF可以在一個PDU會話的數(shù)據(jù)路徑上引入多個支持UL CL功能的UPF。PDU Session可以是IPv4或IPv6，UL CL通過識別業(yè)務(wù)流的傳輸特征信息實現(xiàn)分流。

圖 3 “上行分類”方案

（2）IPv6 MulTI-Homing方案：MulTI-Homing 場景下通過對Branching Point的增加、刪除完成對本地業(yè)務(wù)Anchor的創(chuàng)建，并完成分流功能。SMF通過N4接口對UPF功能進行控制。當會話為IPv6類型時通過Branching Point將需要分流的本地流量疏導(dǎo)到本地Anchor 上。PDU session可以與多個IPv6前綴關(guān)聯(lián)，提供多個IPv6 PDU錨點接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)DN。

圖4? “IPv6 MulTI-Homing”方案

在業(yè)務(wù)連續(xù)性方面，為支持移動性下會話與業(yè)務(wù)的連續(xù)性，5G網(wǎng)絡(luò)提供三種不同的SSC模式。

（1）SSC Mode1：UE移動過程中，無論UE所采用何種接入技術(shù)，PDU會話建立時的Anchor UPF保持不變。這種模式類似于LTE網(wǎng)絡(luò)中PDN錨點不變更的方式。此時UE IP不會發(fā)生變化。

（2）SSC Mode2：當終端離開當前UPF的服務(wù)區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)會觸發(fā)釋放掉原有的PDU Session，指示UE立即建立與同一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的新的PDU會話。建立新會話時，可以選擇一個新的UPF作為PDU會話Anchor UPF，此時需要保證新建立的Session信息和原Session信息的UE IP相同。

（3）SSC Mode3：當終端離開Anchor UPF的服務(wù)區(qū)域，保持原有的PDU Session及Anchor UPF，同時通過選擇新的Anchor UPF，并在該Anchor UPF上建立新的PDU Session，此時UE同時擁有到2個Anchor UPF的PDU Session，最后釋放掉原有的PDU Session，在這個過程中UE IP保持不變。

圖5? ?5G網(wǎng)絡(luò)會話與業(yè)務(wù)連續(xù)性示意圖

根據(jù)運營商網(wǎng)絡(luò)配置SSC模式選擇策略，UE可以為一個應(yīng)用或者一組應(yīng)用選擇合適的SSC模式。在該策略中，可以為所有應(yīng)用配置一個默認SSC模式。如果UE沒有為應(yīng)用選擇SSC模式，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)簽約信息、本地配置和應(yīng)用請求等，為該應(yīng)用選擇一個合適的SSC模式，以支撐邊緣計算業(yè)務(wù)連續(xù)性。例如圖5所示，UE移動到UPF1覆蓋的區(qū)域內(nèi)，5G核心網(wǎng)采用業(yè)務(wù)連續(xù)性SSC Mode1，并通過上行分類或IPV6 MulTI-Homing的方式，保持本地分流業(yè)務(wù)的連續(xù)性。當UE移動到UPF2覆蓋的區(qū)域內(nèi)，5G核心網(wǎng)采用業(yè)務(wù)連續(xù)性SSC Mode3，將業(yè)務(wù)遷移到新的UPF2，業(yè)務(wù)不中斷。當UE移動到MEC覆蓋的區(qū)域之外，5G核心網(wǎng)采用業(yè)務(wù)連續(xù)性SSC Mode2，業(yè)務(wù)中斷或者通過Cloud接續(xù)。

在智能感知與優(yōu)化方面，MEC將與5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)深度融合，其業(yè)務(wù)分流、策略控制、Qos保證等功能，都將通過標準的5G網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)。邊緣計算應(yīng)用（ME APP）通過NEF（Network Exposure Function，網(wǎng)絡(luò)能力開放）與5G網(wǎng)絡(luò)進行實時交互。一方面，NEF將感知的UE和業(yè)務(wù)流相關(guān)測量信息，比如UE實時位置、無線鏈路質(zhì)量、漫游狀態(tài)等傳遞給MEC服務(wù)器，MEC服務(wù)器基于上述測量信息通過智能分析和抽象，對應(yīng)用的業(yè)務(wù)性能進行優(yōu)化（例如調(diào)整視頻播放碼率），進而提升服務(wù)質(zhì)量；另一方面，NEF將感知的應(yīng)用服務(wù)相關(guān)信息，比如業(yè)務(wù)時長、業(yè)務(wù)周期、移動模式等傳遞給網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)感知分析應(yīng)用提供的這些信息，進一步優(yōu)化其UE資源配置（例如為VIP用戶分配合適的帶寬資源）與會話管理。

圖6? 5G智能感知與優(yōu)化方案

針對MEC的各種應(yīng)用，用戶可經(jīng)由NEF查詢網(wǎng)絡(luò)的各種狀態(tài)，如計費策略、網(wǎng)絡(luò)能力等，也可提交各種任務(wù)請求，如定位、帶寬等。

2.MEC建設(shè)方案

在園區(qū)場景方面，富*康智慧園區(qū)要求建設(shè)相對完善、發(fā)達且安全的通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)移動辦公室工作企業(yè)內(nèi)部通信、與公共網(wǎng)絡(luò)安全隔離等功能。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，除了對人人之間通信的需求外，對物聯(lián)網(wǎng)管理的需求日益迫切?；?u>Wi-Fi的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)周期長、成本高、維護成本高，不能保證足夠穩(wěn)定、安全覆蓋或提供連續(xù)服務(wù)。對于用戶體驗來說，這是不方便的。對于終端用戶來說，這種專用網(wǎng)絡(luò)只能用于特殊用途，公共服務(wù)和私人服務(wù)相互分離也很不方便。

圖7? 定制化園區(qū)解決方案

如圖7所示，通過局部分流方式，邊緣云服務(wù)平臺可以創(chuàng)建移動虛擬專用網(wǎng)來分流富*康園區(qū)用戶、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、工業(yè)設(shè)備、機器人設(shè)備的本地數(shù)據(jù)服務(wù)進入邊緣服務(wù)器，形成本地5G虛擬專網(wǎng)，保證移動辦公、工業(yè)生產(chǎn)的安全穩(wěn)定，避免流量切換，減少服務(wù)訪問延遲。它也可以幫助富*康創(chuàng)建私有物聯(lián)網(wǎng)并部署相關(guān)服務(wù)。

通過富*康智慧園區(qū)解決方案建設(shè)的邊緣云，可以為富*康提供電信級安全身份認證。此外，基于邊緣云的物聯(lián)網(wǎng)管理平臺可以管理無線傳感器，如工業(yè)設(shè)備傳感器、消防噴頭、火災(zāi)報警聯(lián)動，進行室內(nèi)定位救援，組織以實時火災(zāi)信息為基礎(chǔ)的人群疏散，在智慧園區(qū)內(nèi)建立一個安全可靠的私有網(wǎng)絡(luò)。

在VR/AR場景方面，5G時代可采用本地渲染和移動邊緣計算結(jié)合的方式進行數(shù)據(jù)處理。在靠近XR內(nèi)容生成端引入MEC移動邊緣計算能力，提供XR云端渲染功能，使得數(shù)據(jù)無需穿越互聯(lián)網(wǎng)而降低時延，并分擔了XR終端計算量。XR終端只需將來自邊緣云的渲染數(shù)據(jù)和本地渲染數(shù)據(jù)進行增量合并，然后對用戶進行呈現(xiàn)。此方案實現(xiàn)云化XR輕前端、重后臺的整體架構(gòu)，從而滿足XR業(yè)務(wù)對時延、網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求，并擺脫硬件計算能力不足的掣肘。針對工廠內(nèi)的VR/AR類業(yè)務(wù)，MEC可以考慮的組網(wǎng)方案如圖8。

圖8 ?VR/AR類MEC組網(wǎng)方案

攝像頭對接邊緣云平臺，實現(xiàn)視頻直播/點播處理及視頻的本地分流/分發(fā)，實現(xiàn)VR/AR類業(yè)務(wù)。

在AGV場景方面，隨著基于攝像頭的VSLAM（視覺導(dǎo)航）解決方案的成熟,AGV上會安裝多個攝像頭，而將基于圖像識別的導(dǎo)航算法部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)。此外，隨著相關(guān)技術(shù)與AGV機械臂技術(shù)的成熟(即電池壽命、AI)，并應(yīng)用于未來的AGV，AGV將變成真正的工業(yè)移動機器人。這些技術(shù)將真正釋放5G的潛力,將5G無線連接到工廠中的移動設(shè)備，如移動運輸機中的機械臂、智能倉儲、傳感器和電梯等，在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的聚合、整合，從而將傳統(tǒng)的制造工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€智能制造工廠。

圖9 移動機器人場景下的應(yīng)用案例

工廠內(nèi)移動機器人車載和天花板4k/8K攝像頭所采集到的周圍環(huán)境視頻，實時地傳到邊緣計算平臺服務(wù)器。利用邊緣計算平臺上的圖像識別和人工智能算法，實時為移動機器人規(guī)劃路線和導(dǎo)航，完成貨物運送任務(wù)。不僅僅是移動機器人，利用5G無線網(wǎng)絡(luò)進行橫向擴展，支撐工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)各種應(yīng)用場景，如人流監(jiān)控、無人巡檢、無人固定資產(chǎn)盤點，助力工廠降低人力成本，提質(zhì)增效。

在工業(yè)控制場景方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展促使工業(yè)園區(qū)對無線通信的要求越來越強烈，目前多數(shù)廠區(qū)/園區(qū)通過Wi-Fi進行無線接入。然而，Wi-Fi在安全認證、抗干擾、信道利用率、QoS、業(yè)務(wù)連續(xù)性等方面無法進行保障，難以滿足工業(yè)需求。如圖所示，結(jié)合蜂窩網(wǎng)絡(luò)和MEC本地工業(yè)云平臺，可在工業(yè)4.0時代實現(xiàn)機器和設(shè)備相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時分析處理和本地分流，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，提升生產(chǎn)效率。由于無需繞經(jīng)傳統(tǒng)核心網(wǎng)，MEC平臺可對采集到的數(shù)據(jù)進行本地實時處理和反饋，具有可靠性好、安全性高、時延短、帶寬高等優(yōu)勢。

圖10? 基于 MEC 平臺實現(xiàn)工業(yè)控制

科技驅(qū)動發(fā)展。深圳聯(lián)通將不斷推進5G技術(shù)研發(fā)與建設(shè)，依托5G新型網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)業(yè)鏈聚合、系統(tǒng)集成能力等優(yōu)勢，加速賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，驅(qū)動工業(yè)向智能化快速發(fā)展。
來源；通信世界