5G+MEC 專網(wǎng)智能制造工廠*

陳 斌，陳武軍，樊忠文，周玉杰

（1.中國(guó)電信股份有限公司寧波分公司，浙江 寧波 315000；2.浙江吉利控股有限公司，浙江 寧波 315000）

0 引言

當(dāng)前5G全國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商站點(diǎn)部署已達(dá)40萬(wàn)座，TOC 應(yīng)用場(chǎng)景已經(jīng)比較成熟，TOB 企業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)前受制于智慧改造進(jìn)展緩慢、5G 生產(chǎn)效益顯現(xiàn)周期長(zhǎng)、企業(yè)對(duì)5G 業(yè)務(wù)感知力差等因素，導(dǎo)致當(dāng)前5G 在工業(yè)制造方面進(jìn)展緩慢。汽車制造工業(yè)是全國(guó)乃至全球?yàn)閿?shù)不多的市場(chǎng)存量超過(guò)萬(wàn)億級(jí)別的分類市場(chǎng)，而工業(yè)信息化生產(chǎn)是汽車制造業(yè)不斷降低成本，提升生產(chǎn)效率比的關(guān)鍵舉措。傳統(tǒng)固網(wǎng)專線憑借其穩(wěn)定可靠的模式受到各種制造業(yè)追捧，但隨著制造業(yè)信息化改造進(jìn)步以及各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備接入內(nèi)網(wǎng)需求量增加，傳統(tǒng)拉網(wǎng)線式布局已經(jīng)很難滿足設(shè)備接入需求的靈活增長(zhǎng)。因此，汽車制造領(lǐng)域極度需要能夠滿足大數(shù)據(jù)傳輸、穩(wěn)定可靠、海量接入、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可控的網(wǎng)絡(luò)信息化方式。5G 憑借其獨(dú)有的eMBB（Enhanced Mobile Broadband 增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）、mMTC（Massive Machine-Type Communications 海量機(jī)器類通信）和uRLLC（ultra-Reliable Low-Latency Communication 超可靠低時(shí)延通信）功能特性直接塑造其在汽車制造行業(yè)的適用性，隨著5G 專網(wǎng)技術(shù)的引入，進(jìn)一步提升整個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率[2]。同時(shí)借鑒其成功案例經(jīng)驗(yàn)，可在多個(gè)領(lǐng)域復(fù)制推廣，進(jìn)一步加快5G 專網(wǎng)在垂直行業(yè)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)展。

1 汽車工業(yè)生產(chǎn)通信分析

汽車生產(chǎn)制造對(duì)通信有著極其嚴(yán)格的要求，不僅需要信息內(nèi)部流動(dòng)，多端口接入，穩(wěn)定可靠，還要承接大容量傳輸帶來(lái)極其復(fù)雜的架構(gòu)，傳統(tǒng)生產(chǎn)通信為專網(wǎng)固線、無(wú)線AP、運(yùn)營(yíng)商通信集合，維護(hù)和使用都存在短板，極大限制了產(chǎn)能效益進(jìn)一步增長(zhǎng)[3]。

1.1 制造車間有線通信連接

以一座標(biāo)準(zhǔn)化汽車制造工廠為例，專線BOSCH群控系統(tǒng)，4 個(gè)群控HMI（2 備），每個(gè)HMI 管理13 臺(tái)焊槍。調(diào)試焊槍時(shí)HMI 需要移動(dòng)，當(dāng)前所有焊槍調(diào)試全部為有線接入，且每次只能同時(shí)調(diào)測(cè)3臺(tái)設(shè)備，每次需要耗時(shí)10 分鐘，整個(gè)HMI 調(diào)測(cè)完畢需要接近1 個(gè)小時(shí)，靈活性表現(xiàn)很差，使用成本遲遲無(wú)法降低。為實(shí)現(xiàn)KUKAABB 機(jī)器人數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集預(yù)測(cè)性維護(hù)，需要實(shí)時(shí)采集每個(gè)機(jī)器人每日生產(chǎn)日志及時(shí)回傳分析，進(jìn)行生產(chǎn)預(yù)判，避免長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)帶來(lái)的工分誤差。以完整的脈動(dòng)式生產(chǎn)線為例，整個(gè)試制車間370 臺(tái)機(jī)器人需要加入聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)網(wǎng)密度很高，專網(wǎng)布線對(duì)機(jī)器人移動(dòng)帶來(lái)不必要困境。同時(shí)改善后裝系統(tǒng)布線困難，當(dāng)前大型AGV 移動(dòng)化控制焊接車間大型搬運(yùn)AGV無(wú)法使用有線傳輸，傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)接入有時(shí)延卡頓和數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法進(jìn)一步避免其特殊使用環(huán)境。傳統(tǒng)廠房焊接車間有較強(qiáng)的電火花干擾，MOXA 工業(yè)WiFi 不穩(wěn)定，無(wú)法進(jìn)行有效穩(wěn)定傳輸。為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人夾具快速切換，夾具上各IO 控制器機(jī)器人Master PLC 為有線接入，在換裝不同IO 控制器時(shí)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要重新配置和連接。傳統(tǒng)制造臺(tái)車運(yùn)行到各個(gè)工位時(shí)，臺(tái)車上各IO 控制器與機(jī)器人Master PLC，如需實(shí)現(xiàn)快速插拔端子，必須實(shí)現(xiàn)通信無(wú)線化來(lái)減少斷針概率和降低成本。例如一個(gè)普通車型約22 個(gè)快插端子，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)線約22*7=154 個(gè)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信入網(wǎng)之后可以減少30%左右的斷針幾率以及28%左右的維護(hù)采購(gòu)成本[4]。

1.2 跨廠區(qū)車間信息通信

由于制造與裝配產(chǎn)線分離，車輛軟件刷寫(xiě)車輛裝配完成后，需進(jìn)行車輛軟件刷寫(xiě)，而車輛軟件刷寫(xiě)環(huán)節(jié)嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)拍，且售后軟件升級(jí)困難，當(dāng)前生產(chǎn)手段只能駐場(chǎng)刷寫(xiě)且效率低于10 輛/h。裝配車輛采用PTL 物流系統(tǒng)需實(shí)時(shí)連接10 臺(tái)搬運(yùn)AGV，300 個(gè)PTL 工裝，AGV 上位機(jī)系統(tǒng)目前主流采用WiFi 實(shí)現(xiàn)AGV 調(diào)度和控制，PTL 實(shí)時(shí)反饋工裝數(shù)量、位置等狀態(tài)信息到WMS 系統(tǒng)物流，減少人員實(shí)時(shí)反饋物流料信息提升生產(chǎn)效率[5]。由于WiFi 移動(dòng)場(chǎng)景下是瓶頸，終端AGV 進(jìn)入物流倉(cāng)庫(kù)與堆垛機(jī)信息交互，堆垛機(jī)上RFID 讀寫(xiě)器數(shù)據(jù)回傳速度低下，堆垛機(jī)控制器在WiFi 信號(hào)覆蓋弱區(qū)域難以實(shí)時(shí)控制導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)時(shí)回傳。EMS 空中輸送系統(tǒng)主要與地面MasterPLC 控制器實(shí)現(xiàn)信息交互，WiFi 有限帶寬控制有軌22 臺(tái)輸送小車能力不足，導(dǎo)致大量信息無(wú)法及時(shí)回傳，故障后需要人員登高作業(yè)故障，維護(hù)周期長(zhǎng)，效果不佳。

2 5G+MEC 汽車制造專網(wǎng)覆蓋

5G MEC 融合專網(wǎng)應(yīng)用于汽車制造方面的突出特點(diǎn)是在沒(méi)有采用融合網(wǎng)絡(luò)之前，每個(gè)應(yīng)用的現(xiàn)狀都是獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過(guò)融合專網(wǎng)，在“一張網(wǎng)”下把所有的應(yīng)用連接管理起來(lái)。憑借運(yùn)營(yíng)商在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上部署5G 網(wǎng)絡(luò)資源向制造廠區(qū)提供融合定制化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，融合專網(wǎng)憑借其獨(dú)特廣接入、大帶寬、低時(shí)延、定制化數(shù)據(jù)運(yùn)維方案等特性替代現(xiàn)有有線無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，規(guī)避原有網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)節(jié)存在的種種弊端。

2.1 5G MEC 專網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)

如圖1 所示5G+MEC 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下：

（1）UDM（Unified Data Management 統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理），管理用戶數(shù)據(jù)，包括用戶標(biāo)識(shí)、用戶簽約數(shù)據(jù)、鑒權(quán)數(shù)據(jù)等。

（2）5GC CP（5G Core Network Control point 5G 核心網(wǎng)控制面），5G 核心網(wǎng)控制面包括AMF、SMF 等多種功能，本文簡(jiǎn)化統(tǒng)稱為控制面，其主要負(fù)責(zé)處理連接管理、會(huì)話管理、移動(dòng)性管理，承載信令或控制消息。

圖1 5G MEC 專網(wǎng)架構(gòu)示意圖

（3）UPF（User Plane Function 用戶面功能），指5G 核心網(wǎng)的用戶面，承載數(shù)據(jù)流量，負(fù)責(zé)在無(wú)線接入網(wǎng)和Internet 之間轉(zhuǎn)發(fā)流量、報(bào)告流量使用情況、QoS 策略實(shí)施等。

（4）MEC（Mobile Edge Computing 多接入邊緣計(jì)算），5G 核心網(wǎng)用戶面UPF 下沉與MEC 可組成邊緣節(jié)點(diǎn)，將千里之外的云計(jì)算能力下沉到靠近數(shù)據(jù)源的邊緣，讓數(shù)據(jù)在本地就能實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和處理，從而可降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，更好地保護(hù)本地?cái)?shù)據(jù)的安全性和隱私性，使能各種5G 專網(wǎng)應(yīng)用。

（5）gNB（5G 基站）實(shí)現(xiàn)5G 用戶的接入和用戶數(shù)據(jù)的空口傳輸。包含基帶單元BBU、射頻單元AAU（或pRRU）。BBU 主要作用是集中管理整個(gè)基站系統(tǒng)，包括操作維護(hù)、信令處理，并完成上、下行用戶數(shù)據(jù)基帶處理功能，提供基站與傳輸網(wǎng)絡(luò)的接口，完成信息的交互。

（6）5G 終端，5G 終端采用CPE 設(shè)備（前期試驗(yàn)局）、5G AR 路由器或者5G 模組，實(shí)現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)的接入。應(yīng)用終端包括5G 攝像頭、5G 工業(yè)相機(jī)、AGV 物流車、PTL 控制等通過(guò)和5G 模組實(shí)現(xiàn)應(yīng)用終端通過(guò)5G 網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用服務(wù)器的連接。

2.2 5G MEC 專網(wǎng)模式

2.2.1 企業(yè)基于專網(wǎng)頻段獨(dú)立自建與公網(wǎng)完全隔離

如圖2 模型1 所示，企業(yè)5G 專網(wǎng)規(guī)模雖然小于5G 運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)，但是依然保持由UDM、5GC CP、UPF、MEC 和gNB 組成架構(gòu)。如圖2 所示，5G 專網(wǎng)部署方式是垂直行業(yè)基于5G 專網(wǎng)頻段，自建一張包括UDM、5GC CP、UPF、MEC 和gNB 的5G 移動(dòng)專網(wǎng)，并與5G 公網(wǎng)完全隔離。能夠部署企業(yè)級(jí)5G 專網(wǎng)的前提是垂直行業(yè)分配專門的5G 頻段，且不受公網(wǎng)頻段干擾限制，例如當(dāng)前德國(guó)分配的3.7-3.8GHz 頻段，英國(guó)分配的3.8-4.2GHz 頻段、日本分配的2575-2595MHz、28.2-28.3GHz、4.6-4.8GHz 和28.3-29.1GHz 頻段5G 行業(yè)專網(wǎng)頻段。

圖2 5G 獨(dú)立專網(wǎng)架構(gòu)

這種部署方式具備可保障企業(yè)數(shù)據(jù)的絕對(duì)安全、超低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)自主可控等優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)完全與公網(wǎng)隔離且核心網(wǎng)部署本地化構(gòu)成一套獨(dú)立的物理專網(wǎng)。當(dāng)然此類部署模式缺點(diǎn)也很突出，主要是部署、后期運(yùn)維成本方面過(guò)于高昂，使一般企業(yè)無(wú)法獨(dú)立承受。

如圖2 模型2 所示，專網(wǎng)頻率資源不足情況下，企業(yè)依舊獨(dú)立建設(shè)一套小型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式，且建設(shè)基站采取和公網(wǎng)一樣的頻段，即共享頻段方式。如何實(shí)現(xiàn)公專分離，數(shù)據(jù)不受公網(wǎng)影響，當(dāng)前比較成熟的方式包括使用不同PLMN 隔離、定制專網(wǎng)卡、特殊TAC、固定IP 等方式實(shí)現(xiàn)。此類部署方式基于大網(wǎng)控制面,企業(yè)獨(dú)享基站，獨(dú)占UPF/UEG+提供高可靠局域?qū)＞W(wǎng)，滿足嚴(yán)格資源隔離，局域網(wǎng)絡(luò)不依賴大網(wǎng)運(yùn)行等定制化專網(wǎng)需求。此類場(chǎng)景是用戶對(duì)數(shù)據(jù)安全性的要求較高，需要滿足各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)不出園區(qū)，保證目標(biāo)終端只在園區(qū)內(nèi)移動(dòng)和使用，不能接入大網(wǎng)以及外網(wǎng)接入特性。

2.2.2 專網(wǎng)與公網(wǎng)之間RAN 共享

如圖3 模型3 所示，企業(yè)專網(wǎng)依然部署UDM、5GC CP、UPF和MEC，但5G基站（gNB）與公網(wǎng)共享。在這種部署方式下，無(wú)線數(shù)據(jù)流量在5G 基站上實(shí)現(xiàn)分流，屬于公網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量將傳送到公網(wǎng)UPF，而屬于專網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量則傳送到專網(wǎng)UPF。而此類專網(wǎng)基站側(cè)數(shù)據(jù)分流方式主要采用不同PLMN(Public Land Mobile Network)碼接入、獨(dú)立載波方式接入等方式實(shí)現(xiàn)。這種部署方式的優(yōu)點(diǎn)與第一種和第二種有相同之處，都能保證企業(yè)數(shù)據(jù)的絕對(duì)安全和網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延。不同的是，由于共享RAN（無(wú)線側(cè)基站），企業(yè)可節(jié)省一些部署成本和維護(hù)成本。

圖3 5G 部分共享RAN 專網(wǎng)架構(gòu)

如圖3 模型4 所示，不僅5G 基站（gNB）與公網(wǎng)共享，而且控制面也與5G 公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)共享。而所謂控制面共享，就是專網(wǎng)和公網(wǎng)的控制面功能（目標(biāo)用戶身份驗(yàn)證、移動(dòng)性管理等）均由公網(wǎng)中的5GC CP和UDM 執(zhí)行，即需要實(shí)現(xiàn)DU（Distributed Unit 控制業(yè)務(wù)）和CU（Centralized Unit 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）分離。在這種部署方式下，企業(yè)專網(wǎng)的gNB 和UPF 分別由N2 和N4 接口連接5G 公網(wǎng)的5GC CP，企業(yè)專網(wǎng)里設(shè)備的用戶信息也存儲(chǔ)在運(yùn)營(yíng)商的5G 公網(wǎng)里，而不是存儲(chǔ)在企業(yè)內(nèi)部。當(dāng)前主要考慮部署運(yùn)維成本，在數(shù)據(jù)安全性和隱私保護(hù)方面需要犧牲一部分。但由于MEC 和UPF仍然部署于企業(yè)內(nèi)部，故仍然可以保障網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延。

2.2.3 公網(wǎng)與專網(wǎng)端到端共享

如圖4 模型5 所示，企業(yè)專網(wǎng)架構(gòu)從UDM、5GC CP、UPF、MEC 到5G 基站，包括控制面和用戶面，5G 專網(wǎng)與公網(wǎng)端到端共享。實(shí)現(xiàn)企業(yè)專網(wǎng)方式實(shí)際采用端到端網(wǎng)絡(luò)切片的一種虛擬專網(wǎng)方案，即需要E2E(End To End)切片在無(wú)線/承載/核心網(wǎng)側(cè)可基于企業(yè)需求靈活配置軟隔離和硬隔離。在這種部署方式下，用戶信息和數(shù)據(jù)流量的安全性取決于網(wǎng)絡(luò)切片能力。而低時(shí)延保障取決于運(yùn)營(yíng)商的邊緣云（UPF 和MEC）的部署位置。如果運(yùn)營(yíng)商的邊緣云的位置離企業(yè)很近，那么網(wǎng)絡(luò)時(shí)延也就很低，反之時(shí)延相對(duì)會(huì)提高，同時(shí)大流量業(yè)務(wù)亦會(huì)受到相應(yīng)影響。此類部署方式優(yōu)勢(shì)在于部署和運(yùn)維成本低廉，且小型企業(yè)對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)安全性需要不高，但是對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，運(yùn)維服務(wù)要求較高的企業(yè)比較有針對(duì)性。

圖4 5G 全共享專網(wǎng)架構(gòu)

2.2.4 企業(yè)數(shù)據(jù)本地化，語(yǔ)音業(yè)務(wù)共享

如圖5 模型6 所示，專網(wǎng)中的新設(shè)備MEC DP，即MEC 的數(shù)據(jù)面，負(fù)責(zé)在無(wú)線接入網(wǎng)及核心網(wǎng)之間提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)通路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流量的本地卸載。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分流，企業(yè)需要規(guī)劃獨(dú)立的TA（Tracking Area）區(qū)，且目標(biāo)用戶簽約至公網(wǎng)DNN(Data Network Name) 包含IMS 和CTNET，根據(jù)目的IP+端口進(jìn)行分流，其中IMSDNN 不啟用ULCL，直接接入電信UPF，MEC DP 具備對(duì)N3 GTP 數(shù)據(jù)流的解析處理能力，對(duì)來(lái)自基站的GTP 分組數(shù)據(jù)包的目標(biāo)IP 地址進(jìn)行解析，如果IP 數(shù)據(jù)包是本地流量，則將其路由到內(nèi)部專網(wǎng)。因此，通過(guò)MEC DP，可以將公網(wǎng)流量和專網(wǎng)流量分開(kāi)，從而保障專網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全。此種專網(wǎng)部署方式未在企業(yè)專網(wǎng)中部署UPF，導(dǎo)致部署和運(yùn)維成本得到一定下降，但是企業(yè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)安全性依舊可以得到保障，語(yǔ)音辦公業(yè)務(wù)采用公網(wǎng)。

如圖5 模型7 所示，無(wú)線側(cè)5G 基站劃分為CU、DU 和RU 三部分。CU 中央單元處理RRC、PDCP 等高層協(xié)議，負(fù)責(zé)非實(shí)時(shí)的配置和控制決策。DU 分布式單元處理對(duì)實(shí)時(shí)性較高的層2 功能和部分物理層功能。RU 天線單元指部分物理層和RF、天線部分。其中，CU 可采用云化部署方式，可以與核心網(wǎng)UPF 和MEC 融合部署。DU/RU 通過(guò)F1 接口連接CU。其中數(shù)據(jù)分流方案采用ULCL分離方式，業(yè)務(wù)流程為：在園區(qū)基站覆蓋區(qū)劃分獨(dú)立TA 區(qū)，終端在進(jìn)入園區(qū)獨(dú)立TA 后指定本地ULCLUPF。對(duì)比可知，F(xiàn)1 LBO 分流與N3 LBO 分流的差別在于，5G 基站采用了CU 與DU、RU(Rack Unit)分離的架構(gòu)，其中CU 與UPF 和MEC 部署于運(yùn)營(yíng)商的邊緣云中，而DU/RU 部署于企業(yè)內(nèi)部，這樣一來(lái)，專網(wǎng)流量不再是通過(guò)N3 接口而是通過(guò)F1 接口至邊緣云，數(shù)據(jù)安全性可以進(jìn)一步提高，同時(shí)整體運(yùn)維成本得到相應(yīng)控制[6,7]。

圖5 5G 語(yǔ)數(shù)分離專網(wǎng)架構(gòu)

2.3 5G MEC 專網(wǎng)融合汽車制造通信

2.3.1 制造車間5G MEC 專網(wǎng)搭建

在傳統(tǒng)汽車量產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中，如零件制造、裝配、涂裝、加工等具有工種、工藝、物料多種多樣及規(guī)模大的特性，人工生產(chǎn)已經(jīng)難以滿足要求，引入自動(dòng)化、信息化制造及全過(guò)程監(jiān)控技術(shù)是非常必要的。一方面，汽車生產(chǎn)車間面積巨大，一般可達(dá)到10000 平方米的范圍，若采用AGV 小車協(xié)助生產(chǎn)，有線技術(shù)無(wú)法滿足大面積車間內(nèi)的行走覆蓋需求且線纜錯(cuò)綜復(fù)雜，難以進(jìn)行梳理和維護(hù)。另一方面，無(wú)線工業(yè)WiFi 接入雖易于部署，免于部署物理線纜節(jié)省線路布設(shè)及維護(hù)的投入，然而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，WiFi 由于其自身通信協(xié)議缺點(diǎn)導(dǎo)致其移動(dòng)性、安全性、可靠性存在天然缺陷。因此，為追求網(wǎng)絡(luò)安全、可靠、高效，引入蜂窩通信專網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)下沉、一網(wǎng)多用、互通互聯(lián)方式加快無(wú)線通信向?qū)嵱眯苑较虬l(fā)展。

以吉利汽車廠區(qū)為例，如圖6 所示，當(dāng)前生產(chǎn)情況進(jìn)行專網(wǎng)部署強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)高安全性，數(shù)據(jù)不出廠區(qū)，所有數(shù)據(jù)終端能夠滿足廠區(qū)內(nèi)無(wú)線移動(dòng)，普通5G 用戶無(wú)法訪問(wèn)專網(wǎng)，形成單獨(dú)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò),專網(wǎng)需求規(guī)劃獨(dú)立TA 區(qū)，規(guī)劃獨(dú)立廠區(qū)MEC DNN，數(shù)據(jù)采集網(wǎng)采用獨(dú)立UPF 切片。通過(guò)采用專網(wǎng)與公網(wǎng)之間部分RAN 共享方式，實(shí)現(xiàn)用戶生產(chǎn)數(shù)據(jù)與控制信令分流方案，即UPF 主錨點(diǎn)下沉，在廠區(qū)內(nèi)部署MEC，廠區(qū)用戶附著激活后由SMF 根據(jù)獨(dú)立DNN 選擇廠區(qū)MEC 為UPF 主錨點(diǎn)，對(duì)邊緣業(yè)務(wù)進(jìn)行廠區(qū)本地流量卸載。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)群控采用固定IP和動(dòng)態(tài)IP 相結(jié)合的IP 地址分配方式。固定IP 用戶IP 地址由UDM 分配，動(dòng)態(tài)IP 地址用戶IP 地址由UPF 分配，能夠滿足AGV 小車群控、焊裝機(jī)器人調(diào)控動(dòng)態(tài)IP 分配，生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集、夾具聯(lián)動(dòng)、代碼刷寫(xiě)等固定IP 分配功能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間所有聯(lián)動(dòng)組網(wǎng)，一套網(wǎng)絡(luò)整合降低運(yùn)維成本，提高各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的部署靈活性。

圖6 5G 數(shù)據(jù)信息采集專用網(wǎng)絡(luò)

2.3.2 跨廠區(qū)通信辦公專網(wǎng)

如圖7 所示，為達(dá)到一張網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個(gè)園區(qū)，包含數(shù)據(jù)通信、日常辦公、設(shè)備生產(chǎn)控制需要一個(gè)終端同時(shí)支持本地辦公，語(yǔ)音、短信和5G 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，且保證本地辦公業(yè)務(wù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不出園區(qū)。按照需求規(guī)劃獨(dú)立TA 區(qū)，用戶簽約至公網(wǎng)DNN（IMS 和CTNET），其中CTNET 啟用ULCL 功能，采用ULCL 分流方案。在廠區(qū)基站覆蓋區(qū)劃分和運(yùn)營(yíng)商大網(wǎng)獨(dú)立的TA 區(qū)，廠區(qū)辦公人員進(jìn)入園區(qū)后接入指定本地機(jī)房部署的ULCL UPF，同時(shí)根據(jù)目的IP+端口進(jìn)行分流。而當(dāng)前所有跨廠房或者園區(qū)的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信包括PTL物料小車、智能AGV控制、C2C 控制、焊裝群控IPC 無(wú)線化、機(jī)器視覺(jué)等工業(yè)應(yīng)用通過(guò)本地UPF 數(shù)據(jù)下沉至廠區(qū)生產(chǎn)監(jiān)控平臺(tái)、廠區(qū)生產(chǎn)操控平臺(tái)，完成共用一張網(wǎng)絡(luò)對(duì)廠區(qū)內(nèi)通信問(wèn)題方案解決。通過(guò)實(shí)際測(cè)試結(jié)果分析來(lái)看，如表1 所示，相較于無(wú)線WiFi 通信方案，5G 專網(wǎng)擁有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)[8]。

圖7 5G 跨廠區(qū)通信專用網(wǎng)絡(luò)

表1 PTLAGV焊裝對(duì)通信大并發(fā)和高可靠性的需求對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是第四次工業(yè)革命的關(guān)鍵支撐，5G是新一代信息通信技術(shù)演進(jìn)升級(jí)的重要方向，二者都是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要驅(qū)動(dòng)力量。5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合創(chuàng)新發(fā)展，將推動(dòng)制造業(yè)從單點(diǎn)、局部的信息技術(shù)應(yīng)用向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化轉(zhuǎn)變，也為5G 開(kāi)辟更為廣闊的市場(chǎng)空間，從而有力支撐制造強(qiáng)國(guó)、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)建設(shè)。當(dāng)前，我國(guó)產(chǎn)業(yè)界推進(jìn)5G 與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合創(chuàng)新的積極性不斷提升，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”內(nèi)網(wǎng)建設(shè)改造覆蓋的行業(yè)領(lǐng)域日趨廣泛，應(yīng)用范圍向生產(chǎn)制造核心環(huán)節(jié)持續(xù)延伸，疊加倍增效應(yīng)和巨大應(yīng)用潛力不斷釋放。通過(guò)課題技術(shù)疊加創(chuàng)興推廣，不但能促進(jìn)汽車制造行業(yè)降本增效，還能為各行各業(yè)賦能，最終帶動(dòng)整個(gè)經(jīng)濟(jì)提速[9]。