“5G ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”賦能水泥行業(yè)提質(zhì)增效

信 文｜李春宇 徐華錦 李 成

5G 的商用落地，并結(jié)合云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)，為智能水泥工廠建設(shè)增添新動能。5G 靈活的網(wǎng)絡(luò)部署模式，給工業(yè)企業(yè)解決數(shù)據(jù)安全問題、催生融合創(chuàng)新應(yīng)用，帶來了新的機遇

目前，水泥行業(yè)的發(fā)展正處于新舊動能更迭的關(guān)鍵階段，對信息化建設(shè)的需求不斷提高。5G的商用落地，并結(jié)合云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)，為智能水泥工廠建設(shè)增添新動能。5G靈活的網(wǎng)絡(luò)部署模式，給工業(yè)企業(yè)解決數(shù)據(jù)安全問題、催生融合創(chuàng)新應(yīng)用，帶來了新的機遇。紅獅水泥、華潤水泥、海螺水泥、千業(yè)水泥等一大批水泥企業(yè)積極發(fā)力，與基礎(chǔ)電信企業(yè)合作，利用“5G ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)賦能水泥行業(yè)各大業(yè)務(wù)場景提質(zhì)增效。

行業(yè)5G 網(wǎng)絡(luò)部署的三種主流方式

目前，5G 行業(yè)專網(wǎng)建設(shè)主要可分為三種類型。

一是直接使用運營商的公眾網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)切片等技術(shù)保證行業(yè)用戶的網(wǎng)絡(luò)資源。該模式適用于業(yè)務(wù)分散、需要廣域覆蓋、對數(shù)據(jù)安全要求不苛刻的場景，是一種低成本專網(wǎng)模式。

二是MEC（邊緣基礎(chǔ)設(shè)施）/UPF（核心網(wǎng)用戶面網(wǎng)元）根據(jù)企業(yè)私有云位置下沉到本地、核心網(wǎng)獨立或共享，企業(yè)數(shù)據(jù)本地卸載，可按需在本地邊緣云配置各類本地業(yè)務(wù)。該模式在垂直行業(yè)中應(yīng)用較多。

三是行業(yè)用戶建設(shè)5G 專網(wǎng)，專網(wǎng)專用，需要申請專有頻段，目前國內(nèi)在試點階段。

綜合考慮行業(yè)應(yīng)用需求，大型企業(yè)普遍選擇第二種模式，即“5G ＋MEC”的網(wǎng)絡(luò)部署模式，通過部署“邊緣UPF ＋MEC 平臺”，實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備/設(shè)施、儀表儀器、傳感器、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)等關(guān)鍵要素的泛在互聯(lián)互通。

基于“5G ＋MEC”網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的兩大優(yōu)勢

水泥企業(yè)的業(yè)務(wù)流程涉及礦山開采、生產(chǎn)制造、運維管理等諸多環(huán)節(jié)，園區(qū)面積大、業(yè)務(wù)流程長、終端較為分散，以“5G ＋MEC”為核心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠高效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)、資源、應(yīng)用、安全、運維等多方面的云邊協(xié)同，成為許多水泥企業(yè)建網(wǎng)的首選方案。UPF為用戶私有化部署，無線基站、核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元根據(jù)客戶需求靈活部署，為行業(yè)用戶提供部分物理獨享的5G 專用網(wǎng)絡(luò)。如圖1 所示，基于5G 網(wǎng)絡(luò)在園區(qū)內(nèi)部機房部署下沉客戶園區(qū)的“邊緣UPF ＋MEC 平臺”，平臺上可部署業(yè)務(wù)應(yīng)用以及其他第三方應(yīng)用。同時，通過“邊緣UPF ＋MEC 平臺”的能力開放接口可將5G網(wǎng)絡(luò)定位等能力以及移動業(yè)務(wù)能力開放給其他第三方應(yīng)用，以便第三方按照各自的需求設(shè)計定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。“邊緣UPF ＋MEC 平臺”支持本地分流能力，將5G 網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)中符合分流規(guī)則的本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，按需分流到園區(qū)內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)進行處理。

圖1 基于MEC/UPF 下沉的混合專網(wǎng)部署架構(gòu)示意圖

水泥行業(yè)采用基于“5G ＋MEC”的建網(wǎng)方式主要具有以下兩大優(yōu)勢：

園區(qū)數(shù)據(jù)不出廠。水泥企業(yè)面向5G SA 的MEC 解決方案部署架構(gòu)可分為中心—節(jié)點兩個層次。其中邊緣MEC節(jié)點可為產(chǎn)業(yè)園區(qū)級，也可為某區(qū)縣地市級。在邊緣MEC 節(jié)點中，可根據(jù)業(yè)務(wù)類型選擇是否提供公網(wǎng)出口，可以在本地卸載流量。5G 核心網(wǎng)中心可以只部署控制面，數(shù)據(jù)統(tǒng)一從用戶面卸載，無需在中心再部署用戶面網(wǎng)關(guān)，從而達到企業(yè)“園區(qū)數(shù)據(jù)不出廠”的目的，滿足了工業(yè)企業(yè)對數(shù)據(jù)安全的要求。

生產(chǎn)辦公“一張網(wǎng)”。水泥企業(yè)園區(qū)面積大，覆蓋礦區(qū)、生產(chǎn)、辦公等多個場景。結(jié)合業(yè)務(wù)需求，基于5G 可靈活采用多種模式進行無線覆蓋，通過采用混合云、邊云協(xié)同的架構(gòu)滿足核心業(yè)務(wù)對于性能、可靠性、安全性的需求，同步滿足員工手機終端接入需求。通過打造生產(chǎn)辦公“一張網(wǎng)”，可實現(xiàn)專網(wǎng)與公網(wǎng)互通，更加充分利用5G 網(wǎng)絡(luò)資源。

基于5G 行業(yè)專網(wǎng)的一體化解決方案成為主流

在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，“網(wǎng)、云、端、用”一體化的5G 行業(yè)專網(wǎng)部署方案成為主流。其中，云網(wǎng)融合為體系基礎(chǔ)。水泥企業(yè)中的實時監(jiān)測平臺、人工智能算法分析平臺等均可部署在云側(cè)，通過互聯(lián)網(wǎng)連接，支持云服務(wù)管理、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等?；凇?G＋MEC”的專網(wǎng)部署，可實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺、企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)內(nèi)網(wǎng)核心平臺的專線打通，通過不同層級的數(shù)據(jù)匯聚實現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)一體化，以及終端和應(yīng)用的融合管理。

在終端連接方面，目前主要通過5G CPE(客戶前置設(shè)備)設(shè)備接入5G 網(wǎng)絡(luò)，部分企業(yè)研發(fā)具備5G 通信能力的終端產(chǎn)品，例如攝像頭、無人機、VR 設(shè)備、無人礦卡、手持終端等。工業(yè)終端設(shè)備接入無線網(wǎng)絡(luò)需要安全認證方式，保證入網(wǎng)安全。重要傳感器數(shù)據(jù)仍通過有線方式接入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，如在線設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)等。在園區(qū)內(nèi)，可覆蓋礦山園區(qū)諸多場景，連接礦車、高清攝像頭、VR/AR 應(yīng)用等多終端。在室內(nèi)，可覆蓋廠區(qū)工業(yè)相機質(zhì)檢、工業(yè)機器人控制等生產(chǎn)場景，以及手機等移動終端設(shè)備。

在典型應(yīng)用場景方面，主要集中在水泥生產(chǎn)、運輸、管理等環(huán)節(jié)，包括智能化生產(chǎn)、機器視覺質(zhì)檢、預(yù)測性維護、人員行為監(jiān)測等典型應(yīng)用場景。例如在水泥生產(chǎn)環(huán)節(jié)，針對投料口、翻板閥堵塞堆積，傳送皮帶反轉(zhuǎn)以及冒灰污染等情況，利用“5G ＋機器視覺”等技術(shù)可針對性地進行實時監(jiān)測和報警。

由上文分析可以看出，基于5G 構(gòu)建滿足水泥行業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展需求的無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，融合云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，形成面向水泥行業(yè)的“5G ＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”一體化建設(shè)解決方案及典型應(yīng)用場景，已經(jīng)成為業(yè)界探索的重要方向之一。