5G-CPE應(yīng)用場景實踐探索

何銳 何偉 桑育海

摘要：本文主要介紹了伴隨著5G商用服務(wù)的開啟，中國聯(lián)通南京分公司在行業(yè)市場積極開展合作，探索將5G技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)制造、光纖線路備份等諸多行業(yè)場景，實踐5G技術(shù)與行業(yè)市場深度融合。作為一家有社會責(zé)任感的運營商，中國聯(lián)通南京分公司高度重視5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)新，圍繞5G應(yīng)用，持續(xù)提升網(wǎng)絡(luò)能力、產(chǎn)品能力、服務(wù)能力，以促進經(jīng)濟社會數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型升級。

關(guān)鍵詞：5G-CPE；智慧工廠；光纖備份

一、市場分析

研究發(fā)現(xiàn)，5G與行業(yè)的融合是一個漸進的過程，需經(jīng)歷預(yù)熱、起步、成長、規(guī)模發(fā)展四個階段。不同行業(yè)的數(shù)字化水平和需求，決定了5G技術(shù)創(chuàng)新擴散速度。對照5G應(yīng)用整體發(fā)展規(guī)律，我國行業(yè)應(yīng)用整體處于發(fā)展初期階段，各領(lǐng)域5G應(yīng)用將梯次導(dǎo)入，呈現(xiàn)出螺旋上升發(fā)展模式。隨著5G產(chǎn)業(yè)鏈體系的逐步成熟以及千行百業(yè)對5G需求的不斷增長，5G與行業(yè)的融合更加緊密，促進安全、平臺、網(wǎng)絡(luò)、終端等領(lǐng)域的全方位變革，在原有5G產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上，催生了5G行業(yè)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)新的分支，推動形成了新型產(chǎn)業(yè)體系。5G行業(yè)應(yīng)用的商業(yè)模式初具雛形，生態(tài)價值正在逐漸凸顯，如圖1所示。

隨著行業(yè)需求進一步聚焦，通用型終端需求旺盛。5G-CPE、5G網(wǎng)關(guān)、攝像頭/相機、傳感器等終端需求旺盛，各行各業(yè)對終端類型的需求進一步聚焦。在對工業(yè)制造、園區(qū)、教育、智慧城市、文旅五個行業(yè)領(lǐng)域的分析中發(fā)現(xiàn)，5G-CPE在大部分行業(yè)中使用需求和使用率已超過半數(shù)，成為各領(lǐng)域項目中的剛需。5G-CPE仍然是各行業(yè)普遍采用的5G連接方式，一段時間內(nèi)，各類5G應(yīng)用解決方案中使用5G-CPE轉(zhuǎn)接信號連接設(shè)備的方式將持續(xù)。

二、產(chǎn)品介紹

G532i系列5G-CPE終端是基于新一代虛擬化技術(shù)，具備云邊協(xié)同，能夠?qū)崿F(xiàn)多種邊緣計算應(yīng)用的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。通常設(shè)備用于在靠近采集節(jié)點的地方進行算力輸出，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清洗、本地聯(lián)動、故障診斷等功能，為用戶提供一種簡單可靠的工業(yè)互控、設(shè)備診斷、程序維護和故障報警的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案。

工業(yè)邊緣計算網(wǎng)關(guān)采用無風(fēng)扇工業(yè)級卡軌安裝設(shè)計，防塵防震?？梢蕴峁┮蕴W(wǎng)口、RS485/232串口和 ZigBee用于接入用戶業(yè)務(wù)，具備接入多種工業(yè)現(xiàn)場終端能力，還能對采集上來的用戶數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)存和分析，其內(nèi)置的大容量存儲可以支持離線狀態(tài)下長時間數(shù)據(jù)緩存需求。上行采用4G/5G高速無線網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)承載網(wǎng)絡(luò)，支持包括FDD LTE/TDD LTE/WCDMA在內(nèi)的多種網(wǎng)絡(luò)制式。工業(yè)邊緣計算網(wǎng)關(guān)采用標(biāo)準(zhǔn)Linux內(nèi)核，良好的二次開發(fā)環(huán)境方便用戶通過Docker方式運行各類自行開發(fā)的應(yīng)用程序或通過Python/C/go進行編程開發(fā)邊緣計算應(yīng)用，兼容IEC61131-3的編程工具，可以實現(xiàn)脫網(wǎng)情況下設(shè)備的本地聯(lián)動以及數(shù)據(jù)處理分析。

三、應(yīng)用方案

（一）5G+智慧工廠應(yīng)用場景

1.項目背景

江蘇某大型制造企業(yè)，原先通過WIFI組網(wǎng)搭建工廠無線網(wǎng)絡(luò)，由于實際WIFI使用效果太差，經(jīng)過多次探討，大家一致認(rèn)為通過5G網(wǎng)絡(luò)改造智能工廠是未來的方向。5G可以釋放無線技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用空間，為智能制造帶來重大賦能支撐。為此南京聯(lián)通決定采用工業(yè)5G-CPE組網(wǎng)方案，在工廠內(nèi)部署5G室分。用5G無線網(wǎng)絡(luò)替代工業(yè)現(xiàn)場OT層的有線和Wi-Fi連接，從而提升設(shè)備智能化水平，最終實現(xiàn)柔性制造、智能制造。

2.技術(shù)方案

該企業(yè)初期改造3條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線含三臺智能運輸車和一臺控制器，控制器和運輸車之間希望組建二層網(wǎng)絡(luò)。推薦客戶使用Vxlan的方式建立二層VPN隧道，控制器側(cè)使用交換機將網(wǎng)絡(luò)打通。中國聯(lián)通南京分公司在UPF設(shè)備位置直接旁掛一臺VNF設(shè)備作為總部設(shè)備，該設(shè)備可以給多個不同的用戶項目提供服務(wù)，每個用戶項目為一個二層網(wǎng)絡(luò)。5G-CPE只作為分支點，能夠?qū)崿F(xiàn)點對多點的二層組網(wǎng)，用戶希望同一個項目中，不同5G-CPE可以二層互通，該方式對用戶原有網(wǎng)絡(luò)影響最小。

3.方案描述

①VNF總部設(shè)備，部署在運營商機房或者客戶總部機房，與UPF互聯(lián)（可通過傳輸互聯(lián)）；②各分支點5G-CPE終端采用5G上行，與VNF創(chuàng)建Vxlan隧道，最大可以支持1200條Vxlan；③不同分支點的5G-CPE通過中心點的VNF實現(xiàn)二層組網(wǎng)互通；④后續(xù)可以升級為5G智能化網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)智能化管理以及智能化業(yè)務(wù)開通，目前可以在UPF旁掛VNF實現(xiàn)對終端的管控。

4.成果效益性描述

該企業(yè)在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對AGV小車在生產(chǎn)線進行實際應(yīng)用。借助5G網(wǎng)絡(luò)低時延、大帶寬的技術(shù)特性，將 AGV所需計算資源通過5G網(wǎng)絡(luò)進行云化，在廠區(qū)實行層級部署，并借助5G網(wǎng)絡(luò)無縫切換的移動性，實現(xiàn)在線實時協(xié)同調(diào)度，大幅度提高人機信息交互和反饋處理速度，降低AGV 的掉線率，提升AGV運行效率，提高智能運輸車管理、運送的靈活性。

在該項目中，落地的5G云化AGV系統(tǒng)，包含了一個中小規(guī)模的集中式AGV小車控制器系統(tǒng)，在一個扇區(qū)內(nèi)可包含大約10-20輛AGV小車。集群的規(guī)劃與控制由5G MEC統(tǒng)一執(zhí)行。MEC控制器系統(tǒng)通過AGV上傳的圖像以及傳感器信息，能夠?qū)崿F(xiàn)對所有 AGV小車的全局定位和實時控制；同時工廠管理人員能夠通過云端系統(tǒng)直接介入操作，實時遠(yuǎn)程控制其中一臺AGV。單臺AGV小車均只帶有基本的低成本圖像傳感器、慣性測量單元、執(zhí)行機構(gòu)以及5G移動終端，具有較為明顯的成本優(yōu)勢，有利于大規(guī)模部署。

（二）5G+光纖備份應(yīng)用場景

1.項目背景

4G/5G光纖備份業(yè)務(wù)組網(wǎng)方案主要定位為集團客戶專線用戶提供更完善、更安全的保護機制，不僅可以提供基于無線的傳輸，更能提供一路有線+無線的多重級別的保護。方案主要應(yīng)用場景：應(yīng)急故障、臨時開通場景，有線路由備份場景，根據(jù)無線環(huán)境為集團客戶提供1M～1Gbps帶寬無線專線。

2.技術(shù)方案

在已具備固網(wǎng)專線點到點路由情況下，增加無線方式第2路由備份場景。在總部和分支公司各部署一臺5G專線定制終端，通過運營商5G TOB專網(wǎng)承載企業(yè)跨域數(shù)據(jù)，通過無線備份的方式提高可靠性，如圖4所示。

3.方案描述

本場景應(yīng)用于集團客戶重要專線，第一路由無法到達(dá)時，5G智慧組網(wǎng)進行補充無線備份場景?？蛻魳I(yè)務(wù)正常情況下通過主用有線傳輸，當(dāng)主用有線通道出現(xiàn)中斷或嚴(yán)重丟包時自動切換到備用無線線路，完成業(yè)務(wù)的保護倒換，保證業(yè)務(wù)的正常傳輸。中國聯(lián)通南京分公司通過5G-CPE終端提供有線的專線備份業(yè)務(wù)或重點客戶的專線應(yīng)急搶修業(yè)務(wù)。

借助5G網(wǎng)絡(luò)，針對專線備份場景沒有鏈路成本投入，開通快捷，部署方便，運營成本低，對于用戶來說，跟專線的網(wǎng)絡(luò)部署一樣，安全性高，無后期運維分解問題，實現(xiàn)互聯(lián)線路天地雙備。針對專線的應(yīng)急搶修場景可快速恢復(fù)用戶業(yè)務(wù)，為鏈路搶修提供充足時間，減少客戶投訴，提高時效性增加用戶滿意度。

4.成果效益性描述

5G+光纖備份應(yīng)用場景有效減少故障搶修時間，遇到光纜、設(shè)備類故障搶修時限從平均3小時提升到20分鐘左右，提升了用戶對專線產(chǎn)品的滿意度。同時可以作為重要用戶鏈路的備份，遇到專線故障自動切換至無線5G備用鏈路，提升了用戶使用感知。5G+光纖備份應(yīng)用場景也可替代有線專線無法覆蓋的地區(qū)和樓宇緊急開通，節(jié)省開通時間和開通成本。

四、結(jié)束語

5G通信技術(shù)作為數(shù)字經(jīng)濟的基礎(chǔ)，需要與前沿信息技術(shù)相結(jié)合，共同走進實體產(chǎn)業(yè)，確定正確的應(yīng)用場景，才能最大化發(fā)揮價值，為實體產(chǎn)業(yè)賦能。加快5G建設(shè)，同時促進5G與實體經(jīng)濟的融合顯得更為重要。

疫情之后，更多的企業(yè)開始關(guān)注到5G技術(shù)紅利，加速推動5G應(yīng)用場景創(chuàng)新，從而為促進實體經(jīng)濟的恢復(fù)與增長提供新引擎。從技術(shù)到產(chǎn)業(yè)，跨界整合的速度進一步加快，5G產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出生態(tài)化發(fā)展的趨勢。

作者單位：何銳 何偉 桑育海 中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司南京市分公司

參 ?考 ?文 ?獻

[1]5G應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展白皮書——2021年第四屆“綻放杯”5G應(yīng)用征集大賽洞察.中國信息通信研究院.

[2]馮琳琳，林琳，王松陽. 5G移動邊緣計算在垂直行業(yè)網(wǎng)絡(luò)部署中的應(yīng)用[C]//TD產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，《移動通信》雜志社.5G網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研討會（2019）論文集.《移動通信》編輯部，2019：350-352.

[3]中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展白皮書（2021）.中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院.