深圳联通打造的富康5G智慧园区将助推中国制造业加速走向智能化_技术

在今年的政府工作报告中，李克强总理明确提出“打造工业互联网平台，拓展‘智能+’，为制造业转型升级赋能”。工业互联网作为工业体系和互联网体系深度融合的产物，将是今后我国坚持创新引领发展，培育壮大新动能的重要支撑。深圳联通先行先试探索5G通信技术在制造业企业和工业园区的应用场景，打造的“富*康5G智慧园区”入选广东省第一批5G+工业互联网应用示范园区名单，成为深圳市唯一入选广东省“5G+工业互联网应用示范园区”的园区，对深圳市政府加速5G技术应用落地、全面推广5G+工业互联网具有示范作用，也将助推中国制造业加速向数字化、网络化、智能化发展。

图1 示范园区牌

深圳联通5G助力无人物流

该园区目前已完成5G+无人物流车的试点并落地成熟。5G+无人物流车拥有高精度感知定位和机器视觉驱动能力，对周围环境中的其他人和物体进行探测，有效地规避障碍和行人，在目标地点智能停靠。同时CPE放置于车内，无人物流车的视频等数据通过5G网络回传到后台，充分利用5G大带宽、低延时的特点，大幅提高无人物流车的效能。

图2 5G+无人物流车

5G深度赋能工业互联网

随着5G技术、工业互联网的迅猛发展和深度融合，智慧园区加速崛起，构建起全新工业生态体系。在深圳联通“富*康5G智慧园区”，一系列与生产、物流相关的5G应用正不断试点、推广、完善。

1.MEC技术实现方案

在流量疏导方面，5G核心网通过SMF灵活的会话管理机制，实现本地流量疏导；采用“上行分类”功能和IPv6 MulTI-Homing实现本地流量卸载。

（1）上行分类（UL CL）方案：如图3所示，UL CL的增加、删除由SMF依据切换过程中的终端位置决定，当终端移入MEC覆盖区域时，SMF通过N4接口对UPF增加UL CL功能和PDU Session Anchor完成本地流量通路的创建。SMF可以在一个PDU会话的数据路径上引入多个支持UL CL功能的UPF。PDU Session可以是IPv4或IPv6，UL CL通过识别业务流的传输特征信息实现分流。

图 3 “上行分类”方案

（2）IPv6 MulTI-Homing方案：MulTI-Homing 场景下通过对Branching Point的增加、删除完成对本地业务Anchor的创建，并完成分流功能。SMF通过N4接口对UPF功能进行控制。当会话为IPv6类型时通过Branching Point将需要分流的本地流量疏导到本地Anchor 上。PDU session可以与多个IPv6前缀关联，提供多个IPv6 PDU锚点接入数据网络DN。

图4 “IPv6 MulTI-Homing”方案

在业务连续性方面，为支持移动性下会话与业务的连续性，5G网络提供三种不同的SSC模式。

（1）SSC Mode1：UE移动过程中，无论UE所采用何种接入技术，PDU会话建立时的Anchor UPF保持不变。这种模式类似于LTE网络中PDN锚点不变更的方式。此时UE IP不会发生变化。

（2）SSC Mode2：当终端离开当前UPF的服务区域，网络会触发释放掉原有的PDU Session，指示UE立即建立与同一数据网络的新的PDU会话。建立新会话时，可以选择一个新的UPF作为PDU会话Anchor UPF，此时需要保证新建立的Session信息和原Session信息的UE IP相同。

（3）SSC Mode3：当终端离开Anchor UPF的服务区域，保持原有的PDU Session及Anchor UPF，同时通过选择新的Anchor UPF，并在该Anchor UPF上建立新的PDU Session，此时UE同时拥有到2个Anchor UPF的PDU Session，最后释放掉原有的PDU Session，在这个过程中UE IP保持不变。

图5 5G网络会话与业务连续性示意图

根据运营商网络配置SSC模式选择策略，UE可以为一个应用或者一组应用选择合适的SSC模式。在该策略中，可以为所有应用配置一个默认SSC模式。如果UE没有为应用选择SSC模式，网络可以根据签约信息、本地配置和应用请求等，为该应用选择一个合适的SSC模式，以支撑边缘计算业务连续性。例如图5所示，UE移动到UPF1覆盖的区域内，5G核心网采用业务连续性SSC Mode1，并通过上行分类或IPV6 Multi-Homing的方式，保持本地分流业务的连续性。当UE移动到UPF2覆盖的区域内，5G核心网采用业务连续性SSC Mode3，将业务迁移到新的UPF2，业务不中断。当UE移动到MEC覆盖的区域之外，5G核心网采用业务连续性SSC Mode2，业务中断或者通过Cloud接续。

在智能感知与优化方面，MEC将与5G网络架构深度融合，其业务分流、策略控制、Qos保证等功能，都将通过标准的5G网络功能实现。边缘计算应用（ME APP）通过NEF（Network Exposure Function，网络能力开放）与5G网络进行实时交互。一方面，NEF将感知的UE和业务流相关测量信息，比如UE实时位置、无线链路质量、漫游状态等传递给MEC服务器，MEC服务器基于上述测量信息通过智能分析和抽象，对应用的业务性能进行优化（例如调整视频播放码率），进而提升服务质量；另一方面，NEF将感知的应用服务相关信息，比如业务时长、业务周期、移动模式等传递给网络，网络感知分析应用提供的这些信息，进一步优化其UE资源配置（例如为VIP用户分配合适的带宽资源）与会话管理。

图6 5G智能感知与优化方案

针对MEC的各种应用，用户可经由NEF查询网络的各种状态，如计费策略、网络能力等，也可提交各种任务请求，如定位、带宽等。

2.MEC建设方案

在园区场景方面，富*康智慧园区要求建设相对完善、发达且安全的通信网络，实现移动办公室工作企业内部通信、与公共网络安全隔离等功能。随着物联网的发展，除了对人人之间通信的需求外，对物联网管理的需求日益迫切。基于Wi-Fi的网络建设周期长、成本高、维护成本高，不能保证足够稳定、安全覆盖或提供连续服务。对于用户体验来说，这是不方便的。对于终端用户来说，这种专用网络只能用于特殊用途，公共服务和私人服务相互分离也很不方便。

图7 定制化园区解决方案

如图7所示，通过局部分流方式，边缘云服务平台可以创建移动虚拟专用网来分流富*康园区用户、物联网设备、工业设备、机器人设备的本地数据服务进入边缘服务器，形成本地5G虚拟专网，保证移动办公、工业生产的安全稳定，避免流量切换，减少服务访问延迟。它也可以帮助富*康创建私有物联网并部署相关服务。

通过富*康智慧园区解决方案建设的边缘云，可以为富*康提供电信级安全身份认证。此外，基于边缘云的物联网管理平台可以管理无线传感器，如工业设备传感器、消防喷头、火灾报警联动，进行室内定位救援，组织以实时火灾信息为基础的人群疏散，在智慧园区内建立一个安全可靠的私有网络。

在VR/AR场景方面，5G时代可采用本地渲染和移动边缘计算结合的方式进行数据处理。在靠近XR内容生成端引入MEC移动边缘计算能力，提供XR云端渲染功能，使得数据无需穿越互联网而降低时延，并分担了XR终端计算量。XR终端只需将来自边缘云的渲染数据和本地渲染数据进行增量合并，然后对用户进行呈现。此方案实现云化XR轻前端、重后台的整体架构，从而满足XR业务对时延、网络带宽的需求，并摆脱硬件计算能力不足的掣肘。针对工厂内的VR/AR类业务，MEC可以考虑的组网方案如图8。

图8 VR/AR类MEC组网方案

摄像头对接边缘云平台，实现视频直播/点播处理及视频的本地分流/分发，实现VR/AR类业务。

在AGV场景方面，随着基于摄像头的VSLAM（视觉导航）解决方案的成熟,AGV上会安装多个摄像头，而将基于图像识别的导航算法部署在网络边缘侧。此外，随着相关技术与AGV机械臂技术的成熟(即电池寿命、AI)，并应用于未来的AGV，AGV将变成真正的工业移动机器人。这些技术将真正释放5G的潜力,将5G无线连接到工厂中的移动设备，如移动运输机中的机械臂、智能仓储、传感器和电梯等，在网络边缘侧实现生产数据的聚合、整合，从而将传统的制造工厂转变为一个智能制造工厂。

图9 移动机器人场景下的应用案例

工厂内移动机器人车载和天花板4k/8K摄像头所采集到的周围环境视频，实时地传到边缘计算平台服务器。利用边缘计算平台上的图像识别和人工智能算法，实时为移动机器人规划路线和导航，完成货物运送任务。不仅仅是移动机器人，利用5G无线网络进行横向扩展，支撑工业物联网各种应用场景，如人流监控、无人巡检、无人固定资产盘点，助力工厂降低人力成本，提质增效。

在工业控制场景方面，工业互联网的迅猛发展促使工业园区对无线通信的要求越来越强烈，目前多数厂区/园区通过Wi-Fi进行无线接入。然而，Wi-Fi在安全认证、抗干扰、信道利用率、QoS、业务连续性等方面无法进行保障，难以满足工业需求。如图所示，结合蜂窝网络和MEC本地工业云平台，可在工业4.0时代实现机器和设备相关生产数据的实时分析处理和本地分流，实现生产自动化，提升生产效率。由于无需绕经传统核心网，MEC平台可对采集到的数据进行本地实时处理和反馈，具有可靠性好、安全性高、时延短、带宽高等优势。