5G技術在MEC在汽車制造業中的應用案例

段世田 滕幼琦

摘要：隨著5G新技術和智能產業的融合發展，工業互聯網技術應運而生，它是產業智能化的重要載體，也是新一輪工業革命競爭的起點。5G作為新載體的出現，本身具有廣連接、大帶寬、高可靠、低時延的先天基因，非常適合工業互聯應用的需求。它的出現將加快工業互聯發展的進程，引領新一波技術和產業革新，加速推動生產系統的智能化改造升級。

關鍵詞：5G；移動邊緣計算；速率；

隨著通信技術的快速發展，傳統4G網絡難以滿足面向企業應用的技術需求，5G技術應運而生。5G技術具有大帶寬、高可靠性和低時延的特點，為物聯網、人工智能等技術提供了一個強大的平臺，并為各種業務融合和行業應用的開發提供了關鍵的支持。在推動工業互聯網發展方面，5G技術具有不可或缺的作用。與各垂直領域的深度融合將催生眾多新的業務和業態，進而創造經濟價值。目前，中國在5G技術與工業互聯網融合應用方面尚處于起步階段，涉及的具體應用行業主要是遠程醫療、工業制造等傳統行業。

一、5G技術的簡介

（一）5G技術的產生

2015年10月，在無線電通信全會上，國際電聯無線電通信部門（ITU-R）正式批準了三項有利于推進未來5G研究進程的決議，并正式確定了5G的法定名稱為“IMT-2020”。隨著中國政府加大對5G計劃的推廣和實施力度，中國在5G網絡發展方向的步伐明顯加快。中國5G技術研發試驗依托國家科技重大專項，由IMT-2020（5G）推進組負責，正在積極實施。

（二）5G技術的關鍵技術

①全頻譜。頻段越高，使用的帶寬就越多。5G使用的超高頻相比4G的特高頻帶寬多了近10倍。

②大規模多天線。大規模多天線的好處在于，隨著天線的使用越多，波束寬度越窄。不同的波束之間，不同的用戶之間干擾就越小。

③波束賦型。隨著陣子數的增加，波束變得越來越窄。通過調整相位，可以控制波束的指向。通過動態跟蹤用戶，使最佳的波束指向用戶，實現最好的接收和發射增益。

④空口時延低。正常情況下，4G的控制面建立時延為50ms，而5G的控制面時延為10ms。4G的用戶面傳輸時延為10ms，5G的eMBB業務傳輸時延為8ms，URLLC業務的傳輸時延為1ms。

⑤具備網絡切片的能力。5G技術中將物理網絡劃分為多個虛擬網絡，每個虛擬網絡根據不同的服務需求，滿足不同行業業務對時延、帶寬、安全和可靠性的要求。實際上，這是對不同行業業務實現邏輯隔離的方式。

（三）5G應用中的典型場景

在一般情況下，5G通過網絡切片可以大致將應用分為以下三類：①增強型移動寬帶eMBB。在這種應用場景下，智能終端用戶上網峰值速率要達到10Gbps甚至20Gbps，以支持虛擬現實、無處不在的視頻直播和分享、隨時隨地的云接入等大帶寬應用。②大連接物聯網mMTC。在這種場景下，5G網絡需要支持每平方公里100萬臺設備的連接。③低時延、超可靠通信uRLLC。這種場景要求5G網絡的時延達到1毫秒，為智能制造、遠程機械控制、輔助駕駛和自動駕駛等低時延業務提供強有力的支持。

二、邊緣云計算（MEC）的概述

（一）MEC的基礎概念

MEC（Mobile Edge Computing，MEC）移動邊緣計算。它類似于核心網絡技術加應用的下沉。簡單來說，移動邊緣計算是一種分布式計算方式，它可以在接收到數據后就近進行處理，而無需集中處理，從而提高數據處理效率。移動邊緣計算的概念最早出現在2013年。由當時的IBM與Nokia Siemens網絡聯合推出了這種計算方式，通過在基站內部運行相應的應用程序，然后通過計算向周圍的用戶提供業務服務。根據相關的估算，如果將相應的服務器部署在網絡邊緣可以節省高達35%的帶寬使用，因為數據無需通過回程線路（Backhaul）返回接入網絡和相關的應用服務器[2]。在5G時代，MEC邊緣計算為多業務承載提供了一個理想的融合結點，可以孵化出很多種商業應用，從而為客戶提供更好的體驗。

（二）MEC的關鍵技術

作為一個融合平臺，移動邊緣計算具有其他平臺所不具備的一些特性：

1.提供開放的平臺

這個開放的平臺可以實現能力開放、資源開放和管理開放。企業可以將不同的應用部署在MEC上，也可以在云端部署第三方應用進行管理。

2.實現業務的分流

通過MEC平臺，企業的5G基站流量無需經過運營商的核心網絡，直接通過MEC的分流能力回到自己的內網，這樣一方面降低了網絡時延，另一方面保證了企業數據的安全。

3.實現第三方數據的緩存

通過在MEC平臺上部署第三方應用，可以將第三方應用數據緩存到MEC平臺上。這樣，就近接入MEC平臺的無線用戶就可以高清、無延時地觀看影視、直播等項目。

（三）MEC的應用場景

MEC的應用場景主要可分為數據業務的相關應用、相關業務的流量分流以及相關業務的應用優化。

數據業務的相關應用：包括車聯網和相關的定位服務等。通過MEC平臺，可以為用戶提供相關定位服務，幫助用戶準確定位到室內位置，同時也支持車輛間的實時互聯和信息共享。

相關業務的流量分流：適用于受限于傳輸和需要降低時延的場景。例如相關的企業園區和本地視頻監控等場景。

相關業務的應用優化：包括抖音直播類應用和相關游戲加速類應用等。通過MEC技術的支持，可以提升視頻質量，優化用戶體驗，并為實時的視頻直播和在線游戲提供更高效的服務。

三、5G+MEC在某汽車制造業中的應用

（一）企業用戶的業務流程

①用戶需要實現對生產車間中AGV小車的遠程控制。②在AGV小車上配備機械臂，用戶可以遠程控制機械臂對物品的抓取。③在AVG小車上的前置攝像頭能夠實時傳回圖像，并能夠實現距離測量。

（二）企業用戶的痛點

①傳統WIFI下的遠程操控時延較大，操作過程中可能會出現卡頓。②隨著AGV小車數量的增加，調度平臺受限于WIFI的速率，不能滿足高并發連接需求。③現有網絡不穩定，時常出現中斷等情況，影響生產。

（三）企業業務需求

①企業的AGV小車與控制臺之間的網絡時延低于10ms。②網絡保持平穩運行，不能出現中斷，以免影響生產。③滿足多臺AGV小車的高并發連接需求。④考慮數據安全性，希望實現數據在本地不經過公網，直接進入企業私有網絡。

（四）5G+MEC在實際應用中的網絡組網

根據與客戶的溝通，5G+MEC的組網方案被視為解決客戶痛點及滿足實際應用中對網絡指標需求的最佳方案。

1.5G+MEC在企業應用中的優勢

客戶使用5G+MEC的組網方案具有以下的優勢：

①實現對AGV小車的精準控制。AGV通過CPE接入MEC后，可以將視覺感知流量和控制信息分流至邊緣云，實現毫秒級時延的控制。

②降低企業的成本引入MEC之后，可以為大量的AGV提供百Gbps級別的共享計算平臺，打破了本地計算的限制。

③提升AGV作業效率。用戶可以將自身的調度平臺接入MEC平臺，以提供強大的云計算能力，從而提高調度作業效率。

2. 5G+MEC在企業組網方案

根據前期溝通，MEC的前期配套部署已經完成，具體如下：①在企業生產廠區部署SA基站，并同步部署5G室內分布站點。②在企業園區附近的匯聚機房部署MEC平臺。③在網絡側完成MEC和IPRAN承載網之間的網絡互聯。④完成MEC平臺至用戶調度生產平臺內網的專線電路的申請。

配套部署完成以后，需要進行相應的聯調：①實現AGV小車和CPE網絡的互聯，讓AGV小車獲取CPE所分配的地址。②實現IPRAN承載網與MEC平臺的對接，可以通過靜態路由的方式，也可以通過BGP VPN的方式進行對接。③實現5G基站至5GC控制面的路由打通，同時5GC平臺還需通過專有的VPN通過承載網回歸到MEC平臺。④實現5G基站用戶面的數據流與MEC平臺的路由互通。⑤實現MEC平臺與企業內網調度生產平臺的路由互訪，一般情況下與企業的防火墻進行互聯即可。大部分企業不要求接入內網，企業至MEC平臺的路由基本上通過NAT轉換實現。

（五）傳統網絡與5G+MEC組網測試的網絡結果對比

經過多次實驗，從應用層面上來說，基于5G應用的MEC組成的網絡下，AGV小車操縱順暢，視頻返回清楚，對中臺的控制指令反應迅速，且未出現卡頓和抖動的情況。從數據層面上來說，基于5G應用的網絡時延基本在8ms左右，而客戶傳統WIFI下的網絡時延在16ms左右，時延降低50%左右，客戶感知得到大幅度的提升。根據客戶5G應用下和WIFI下的網絡時延對比可明顯看出5G+MEC的組網方式相對于傳統WIFI的組網方式，在時延上有巨大改善，且在實際應用中，客戶明顯感受到了這一改善。通過5G+MEC這種組網方式實現時延的改善對于企業的自動化生產具有重要意義，能夠助推企業生產的顯著提升，經濟效益凸顯。

四、結束語

隨著全國5G網絡的覆蓋越來越廣，基于5G的應用將越來越多，無人駕駛、遠程醫療等應用也越發普遍。這種新技術的普遍應用必將推動社會的快速發展。5G的到來，5G+互聯網的應用正在成為社會發展的一種潮流，5G推動社會產生的效益正在日益顯現。目前MEC的建設正在加速推進，客戶將5G技術應用于生產的意愿也愈發強烈。因此，需要基于MEC平臺，針對不同的用戶以及不同的業務類型設計相應的解決方案，以加快該技術的應用推廣，帶動整個產業的蓬勃發展。

作者單位：段世田 滕幼琦 中國聯合網絡通信有限公司蘇州市分公司網絡部

參考文獻

[1]張建敏，楊峰義，武洲云，等.多接入邊緣計算（MEC）及關鍵技術[M].北京：人民郵電出版社，2019.

[2]俞一帆，任春明，阮磊峰，等.5G移動邊緣計算[M].北京：人民郵電出版社，2017.