智能倉儲5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)部署方案

張建忠

中國電信股份有限公司江蘇操作維護(hù)中心

0 引言

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代信息通信技術(shù)與工業(yè)經(jīng)濟(jì)深度融合的全新工業(yè)生態(tài)、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和新型應(yīng)用模式，通過人、機(jī)、物的全面互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈的連接。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將推動全新的工業(yè)生產(chǎn)制造和服務(wù)體系的形成。

作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一個重要組成部分，智能倉儲在制造業(yè)及物流行業(yè)占有重要的位置。目前，我國倉儲行業(yè)存在的主要問題是利用率低、效果不明顯、規(guī)模不確定、智能化程度低等。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展帶動下，倉儲的功能不單單只是以往的“儲存”和“管理”，越來越多的企業(yè)對倉儲的要求更趨向于自動化、智能化，柔性制造系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)和工廠自動化對自動化倉儲更是提出更高的要求，包括具有更可靠、更實(shí)時的信息，工廠和倉庫中的物流必須伴隨著并行的信息流。

結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢特征，我們可以看到5G能給倉儲行業(yè)提供如下幾方面的支持：

（1）貨物永遠(yuǎn)在線。倉儲最大的特征是貨物的移動。在貨物移動的場景下，5G網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋可以讓貨物永遠(yuǎn)在線。這就克服了WIFI、有線網(wǎng)絡(luò)等帶來的局限性。

（2）在線高清視頻。5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬可以毫無障礙地將高清監(jiān)控視頻實(shí)時傳送。高清視頻一方面能大大提高倉儲安全性，同時也可提高生產(chǎn)效率。例如利用AI技術(shù)，可以完成貨物的在線識別和清點(diǎn)。

（3）海量貨物的接入。5G的海量物聯(lián)網(wǎng)連接能力，可以將所有貨物相關(guān)設(shè)施同時接入網(wǎng)絡(luò)中，通過系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度。低成本的電子標(biāo)簽和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，讓所有貨品的管理變得簡單。

（4）高速貨物處理。鑒于物流的處理速度要求，5G網(wǎng)絡(luò)的超低時延，完全可以滿足物流場景下所有高速流轉(zhuǎn)的要求。

1 智能倉儲的5G應(yīng)用場景

1.1 智能倉儲系統(tǒng)的構(gòu)成

智能倉儲系統(tǒng)是運(yùn)用軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動分揀技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等先進(jìn)的科技手段，對物品的進(jìn)出庫、存儲、分揀、包裝、配送及其信息進(jìn)行有效地計劃、執(zhí)行和控制的物流系統(tǒng)。它主要包括識別系統(tǒng)、搬運(yùn)系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)以及管理系統(tǒng)。具體見表1所示。

表1 智能倉儲系統(tǒng)構(gòu)成表

構(gòu)成智能倉儲的主要是兩個系統(tǒng)：倉儲管理系統(tǒng)（WMS）和倉儲控制系統(tǒng)（WCS）。

WMS是倉庫管理的核心系統(tǒng)，具有出庫業(yè)務(wù)、入庫業(yè)務(wù)、倉庫調(diào)撥、庫存調(diào)撥、虛倉管理等功能。通過系統(tǒng)還可以完成批次管理、物料對應(yīng)、庫存盤點(diǎn)、質(zhì)檢管理等操作。作為智能倉儲的重要特征，WMS還具有精準(zhǔn)報表、決策支持、費(fèi)用管理等高級服務(wù)功能。

WCS是位于WMS與物流設(shè)備之間的中間層，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、調(diào)度底層的各種物流操作設(shè)備，從而按照倉儲系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程完成物品的搬運(yùn)等操作。具體來說，就是將WMS下達(dá)的操作指令進(jìn)行翻譯、分解、優(yōu)化、編排，利用與設(shè)備間的系統(tǒng)接口，完成對各種設(shè)備的統(tǒng)一指揮、調(diào)度和監(jiān)控。

1.2 貨物入庫

（1）貨物到庫后，管理人員用5G手持終端查詢到貨信息：商品名稱、型號、數(shù)量、供應(yīng)商信息等。

（2）用5G RFID標(biāo)簽讀寫終端讀取貨物編碼，上傳到倉庫管理系統(tǒng)（WMS）。WMS負(fù)責(zé)進(jìn)行送貨單據(jù)、訂貨單據(jù)、到貨商品之間的一致性審核。如果三者匹配，系統(tǒng)自動完成貨物入庫確認(rèn)，并自動打印貨物入庫單據(jù)；如果存在不一致的情況，系統(tǒng)通過5G手持終端發(fā)出告警信息提示倉庫管理人員，倉庫管理人員可以拒收貨物。

（3）5G高清視頻終端對貨物入庫進(jìn)行全過程監(jiān)控，并將視頻上傳到云端，由AI進(jìn)行視頻設(shè)別，清點(diǎn)入庫貨物數(shù)量并判斷貨物包裝是否完好無損。

（4）入庫后的貨物堆放位置由WMS智能規(guī)劃。WMS通過5G網(wǎng)絡(luò)給倉儲控制系統(tǒng)（WCS）發(fā)布指令。WCS控制堆垛機(jī)、5G SDV貨物運(yùn)送小車、5G智能機(jī)器人等，將貨物運(yùn)送到指定位置。

1.3 貨物出庫

（1）倉庫管理人員用手持5G終端掃描出庫單，通過5G網(wǎng)絡(luò)將出庫請求發(fā)送到WMS。

（2）WMS依據(jù)出庫請求信息，自動查詢出符合要求的貨品，并生成一份電子揀選單發(fā)送給倉庫管理人員確認(rèn)。揀選單內(nèi)容包括：單號、貨品代碼、貨品名稱、型號、數(shù)量、倉位號、箱號等。

（3）倉庫管理人員對揀選單進(jìn)行確認(rèn)。確認(rèn)后通過5G手持終端給WMS發(fā)送出庫指令。WMS依據(jù)揀貨單信息，給WCS發(fā)送指令。WCS控制堆垛機(jī)、5G SDV貨物運(yùn)送小車、5G機(jī)器人等，將貨物運(yùn)送到出庫位置。

（4）5G高清視頻終端將對貨物出庫進(jìn)行全過程監(jiān)控，并將視頻上傳到云端，由AI進(jìn)行視頻設(shè)別，清點(diǎn)貨物數(shù)量并判斷貨物包裝是否完好無損。

1.4 貨物盤點(diǎn)

（1）倉庫管理人員通過手持5G終端發(fā)出貨物盤點(diǎn)指令，通過5G網(wǎng)絡(luò)將出庫請求發(fā)送到WMS。

（2）WMS依據(jù)貨物盤點(diǎn)指令，自動查詢出系統(tǒng)內(nèi)符合要求的貨品清單，并生成一份盤點(diǎn)清單發(fā)送給倉庫管理人員。清單內(nèi)容包括：貨品名稱、型號、數(shù)量、倉位號、箱號等。

（3）倉庫管理人員根據(jù)盤點(diǎn)清單，使用5G RFID標(biāo)簽讀寫終端讀取倉庫內(nèi)相關(guān)貨物編碼，通過5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到WMS。

（4）WMS依據(jù)標(biāo)簽讀取信息進(jìn)行數(shù)據(jù)核對，并生成各種類型的盤點(diǎn)報表，包括盤盈盤虧、庫存、倉位信息等。

1.5 倉儲環(huán)境及安全監(jiān)控

（1）安防監(jiān)控。在庫房室內(nèi)外安裝5G高清監(jiān)控，視頻圖像實(shí)時傳送到云端。智能視頻AI系統(tǒng)可以在線識別，發(fā)現(xiàn)安全隱患時實(shí)時報警。

（2）環(huán)境溫濕度監(jiān)控。在倉庫間隔一段位置安裝溫濕度傳感器，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳云端。一旦發(fā)現(xiàn)溫濕度異常，實(shí)時報警。

（3）消防監(jiān)控。設(shè)置煙感傳感器等物聯(lián)網(wǎng)終端。一旦發(fā)生異常及時報警，并觸發(fā)消防系統(tǒng)工作。

（4）門禁系統(tǒng)。進(jìn)出人員均要進(jìn)行人臉識別、智慧卡等安全認(rèn)證。對于未授權(quán)的人員及貨物進(jìn)出及時進(jìn)行報警。

2 基于智能倉儲的5G網(wǎng)絡(luò)部署方案

智能倉儲系統(tǒng)大多設(shè)置在室內(nèi)，在不考慮工廠其它空間網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下，建設(shè)5G室內(nèi)分布系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中涉及到帶寬的考慮，可以依據(jù)接入設(shè)備進(jìn)行估算。（1）手持終端、標(biāo)簽讀寫終端可以按照每個終端10Mbps的帶寬需求來計算；（2）門禁系統(tǒng)、溫濕度傳感器的網(wǎng)絡(luò)需求，可以采用NBIOT網(wǎng)絡(luò)覆蓋來實(shí)現(xiàn)；（3）人臉識別系統(tǒng)可以按照每終端100Mbps的帶寬需求來計算；（4）高清視頻監(jiān)控可以按照每個攝像頭10Mbps的帶寬需求來計算；（5）SDV小車、堆垛機(jī)、機(jī)器人等可以按照每個小車5Mbps的帶寬需求來計算。

網(wǎng)絡(luò)時延的考慮，一般要求在300ms以下，在實(shí)際使用中時延越小越好，特別是涉及到機(jī)械操作指令的傳輸，時延最好控制在100ms以內(nèi)。

具體網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，可以根據(jù)智能倉儲客戶的實(shí)際需求，提供如下4種方式供客戶選擇。

2.1 全獨(dú)享方案

這是一套相對獨(dú)立的5G網(wǎng)絡(luò)部署方案?？刂泼婀δ埽–PF）和用戶面功能（UPF）獨(dú)享。具體方案如圖1所示。

圖1 全獨(dú)享5GC的5G網(wǎng)絡(luò)部署方案

智能倉儲客戶對控制面功能（CPF）和用戶面功能（UPF）全部獨(dú)享。5G核心網(wǎng)（5GC）的所有控制面網(wǎng)元，包括接入和移動性管理功能（AMF）、會話管理功能（SMF）、鑒權(quán)服務(wù)器功能（AUSF）、統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲功能（UDR）、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理功能（UDM）、策略控制功能（PCF），以及用戶面網(wǎng)元功能（UPF），都需要投資建設(shè)。

這種模式建設(shè)成本最高，適合于以下幾種場景使用：（1）智能倉儲與工廠在同一區(qū)域內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)部署考慮到工廠的整體需求；（2）客戶從事涉密等級較高的業(yè)務(wù)，有物理上獨(dú)立建設(shè)網(wǎng)絡(luò)從而確保數(shù)據(jù)安全隔離和本地閉環(huán)的需求；（3）客戶業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)時延有較高的要求；（4）客戶有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)能力；（5）客戶有高等級的機(jī)房設(shè)施，包括不間斷電源、精密空調(diào)、寬帶網(wǎng)絡(luò)接入等等；（6）WMS等信息化系統(tǒng)全部部署在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)。

2.2 輕量5GC方案

這是一套相對獨(dú)立的5G網(wǎng)絡(luò)部署方案。CPF部分獨(dú)享和UPF獨(dú)享。具體方案如圖2所示。

圖2 專屬輕量5GC的5G網(wǎng)絡(luò)部署方案

此方案在客戶端部署輕量5GC，智能倉儲客戶對CPF的部分網(wǎng)元和用UPF獨(dú)享。5GC的部分控制面網(wǎng)元，包括SMF、AUSF、UDR、PCF需要投資建設(shè)，UPF也需要獨(dú)立建設(shè)。AMF和UDM利用運(yùn)營商公網(wǎng)資源。

這種模式建設(shè)成本較高，適合于以下幾種場景使用：（1）智能倉儲與工廠在同一區(qū)域內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)部署考慮到工廠的整體需求；（2）客戶從事涉密等級較高的業(yè)務(wù)，有較高的安全需求；（3）客戶業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)時延有較高的要求；（4）客戶有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)能力；（5）客戶有一定的機(jī)房條件；（6）客戶網(wǎng)絡(luò)終端納入運(yùn)營商的管理。

2.3 UPF下沉方案

這是一套性價比較高的5G網(wǎng)絡(luò)部署方案，UPF獨(dú)享。具體方案如圖3所示。

圖3 UFP下沉的5G網(wǎng)絡(luò)部署方案

5GC采用運(yùn)營商的平臺，UPF獨(dú)立建設(shè)。

這種模式建設(shè)成本相對較低，適合于以下幾種場景使用：（1）客戶對網(wǎng)絡(luò)隔離有一定的要求；（2）客戶的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)能力相對較弱，基本上依賴運(yùn)營商的支撐；（3）客戶業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)時延有一定的要求。

2.4 DNN方案

這種模式是基于公網(wǎng)的部署方案，建設(shè)投資最少。網(wǎng)絡(luò)接入采用運(yùn)營商的公共5G移動網(wǎng)元，客戶無需建設(shè)專用設(shè)備。具體方案如圖4所示。

圖4 全共享模式下專有DNN網(wǎng)絡(luò)部署方案

考慮到一定的安全性，客戶網(wǎng)絡(luò)部署可以采用定制專用DNN的模式。各類智能倉儲終端設(shè)置專用的DNN接入碼，上線后可以通過VPN接入智能倉儲專網(wǎng)。

此模式適合于以下幾種場景使用：（1）客戶對網(wǎng)絡(luò)隔離和安全性要求一般；（2）客戶的倉庫規(guī)模較??；（3）客戶業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)時延要求不高；（4）客戶不考慮在網(wǎng)絡(luò)上投資建設(shè)。

2.5 不同倉儲場景下的推薦建議

不同的倉庫規(guī)模、使用場景、智能化水平，決定了不同倉庫的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求。

從倉庫的用途來看，大致可以分為6種：（1）大型采購倉庫：用于集中儲存從各企業(yè)收購的商品，一般設(shè)在大、中城市，或商品運(yùn)輸樞紐的所在地；（2）批發(fā)倉庫：用于儲存從采購供應(yīng)庫場調(diào)進(jìn)或在當(dāng)?shù)厥召彽纳唐?，一般貼近商品銷售市場，規(guī)模要小一些；（3）零售倉庫：用于為商業(yè)零售做短期儲貨，一般是提供店面銷售，規(guī)模較小，所儲存物資周轉(zhuǎn)快；（4）中轉(zhuǎn)倉庫：處于貨物運(yùn)輸系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，一般設(shè)置在公路、鐵路的場站和水路運(yùn)輸?shù)母劭诖a頭附近；（5）企業(yè)加工倉庫：用于存儲企業(yè)生產(chǎn)用的原材料或成品，一般設(shè)置在制造企業(yè)內(nèi)部；（6）保稅倉庫：為國際貿(mào)易的需要，設(shè)置在一國國土之上，但在海關(guān)關(guān)境以外的倉庫。

從倉庫的構(gòu)造結(jié)構(gòu)來看，大致可以分為5種：（1）單層倉庫：使用最廣泛的一種倉庫建筑類型，只有一層，搬運(yùn)、裝卸貨物比較方便；（2）多層倉庫：由于是多層結(jié)構(gòu)，需要使用垂直輸送設(shè)備來搬運(yùn)貨物；（3）立體倉庫：又稱高架倉庫，利用高層貨架來儲存貨物，貨物的存取需要配套自動化、智能化設(shè)備；（4）簡倉：用于存放散裝的小顆?；蚍勰钬浳锏姆忾]式倉庫，例如存儲糧食、水泥和化肥等；（5）露天堆場：在露天堆放貨物的場所，一般堆放大宗原材料，或者不怕受潮的貨物。

依據(jù)倉庫的不同用途，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案推薦如表2所示。

表2 不同用途下網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案的推薦建議

依據(jù)倉庫的不同構(gòu)造結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案推薦如表3所示。

表3 不同構(gòu)造結(jié)構(gòu)下網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案的推薦建議

以上只是推薦建議，具體的網(wǎng)絡(luò)部署方案，要結(jié)合客戶倉儲用途、規(guī)模、管理水平、投入資金等多方面確定。

3 結(jié)束語

2B行業(yè)應(yīng)用是5G發(fā)展的一個重要方向。智能倉儲作為物流、制造行業(yè)信息化的一個重要領(lǐng)域，在5G時代有了新的發(fā)展空間。如何賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、賦能智能倉儲是擺在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者面前的一個重要課題。本文通過對5G網(wǎng)絡(luò)如何適應(yīng)不同場景下智能倉儲的網(wǎng)絡(luò)需求進(jìn)行探討，為運(yùn)營商和倉儲、物流行業(yè)尋求信息化的最佳方案做一些探索。隨著倉儲信息化、智能化水平的不斷提升，5G時代一定會出現(xiàn)更多的智能化設(shè)備，對網(wǎng)絡(luò)的依賴程度也會不斷提高。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能設(shè)備相互促進(jìn)、不斷進(jìn)步的推動下，智能倉儲行業(yè)一定會取得更大的發(fā)展。