深圳联通“富x康5G智慧园区”入选广东省首批5G+工业互联网示范区

责任编辑:甄清岚 2019.10.24 17:22 来源:通信世界全媒体

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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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图10  基于 MEC 平台实现工业控制

科技驱动发展。深圳联通将不断推进5G技术研发与建设,依托5G新型网络、产业链聚合、系统集成能力等优势,加速赋能工业互联网,驱动工业向智能化快速发展。


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