基于700Mhz頻譜的卷煙倉儲物流裝備5G場景化改造

馮光 諸葛一鳴 許振領 時凱 姜韜

（1.中國廣電山東網絡有限公司技術研究院 山東省濟南市 250000）

（2.中國廣電山東網絡有限公司濰坊分公司 山東省濰坊市 261000）

1 項目應用背景

2021年是我國5G 全面正式商用的關鍵一年，截至6月底，我國累計開通5G 基站96.1 萬個，5G 終端連接數約3.65 億戶。工信部等十部委聯合發布《5G 應用“揚帆”行動計劃（2021-2023）》，指引中國5G 發展路線。5月27日，工信部發布5G+工業互聯網第一批五大重點行業、十大應用場景，5G 賦能產業升級邁出關鍵一步。

中國廣電作為新晉運營商，推動全國一網整合與廣電5G 一體化發展工作的同時，結合自身優勢，利用700Mhz 黃金頻譜5G 賦能煙草智慧物流產業。山東某煙草公司積極響應上級煙草公司號召，開展5G 賦能煙草物流實踐，力求打造“全面感知、數字驅動、智能管理、智慧決策”的智慧物流模式，形成較好的行業推廣示范價值，兼具物流行業跨領域推廣意義。

2 項目痛點與需求

行業痛點：煙草物流分為倉儲、分揀、配送三個環節。由于貨物較輕，倉庫貨架普遍較高，高可達27m，貨架密度較大，高速移動的物流裝備原庫房采用Wi-Fi 布網無線接入方式，但Wi-Fi 穿透力差，每個貨運通道都要部署多個AP 導致同頻干擾嚴重，高速移動的物流裝備出現斷續重連現象嚴重，時延較大，裝備時有停擺，進而影響生產效率。分揀區面積大，流水線、RGV（水平穿梭車）多，采用有線方式存在線纜多，維護難等問題，采用Wi-Fi 方式，存在同頻干擾，跨越多AP 時延差等情況，故應選擇新的無線技術賦能兩項作業。

原子能力與愿景：結合行業客戶痛點，選用700Mhz 5G 進行賦能，700Mhz頻譜繞射好、穿透強，實際測試中可以直接穿透6排金屬貨架且RSRP（接收電平）不損失。同時采用FDD（頻分）技術，上下行分離，不依托時隙調整即可達到空口1ms，具有超低時延特性，使得700Mhz 5G 替代Wi-Fi 成為可能。同時700Mhz 5G發射功率低，基站功耗小，耗電少，部署時對電源線路要求低，園區、廠房部署電力改造要求少，節能環保。通過部署5G 在賦能原有物流裝備提質增效的同時，亦可依托5G 開展其他應用，如生產線機器視覺質檢、存儲庫機器視覺實物盤庫、機器視覺巡防等。

3 項目創新應用場景

5G場景化改造主要聚焦于智慧分揀，智慧倉儲與智慧園區三大領域。

3.1 智慧分揀5G改造主要有以下三個場景

場景一：RGV 分揀機器人。訂單分發到分揀產線后，RGV 分揀機器人會根據訂單情況將香煙按照品類運送到分揀產線。5G 改造前，系統使用Wi-Fi 通信，分揀機器人移動性受限，丟包率大，穩定性低，極大影響分揀效率。創新性5G 改造，通過CPE+5G 700Mhz 方案，實現了降低丟包率，5G 連續覆蓋提升RGV 移動性，極大提升分揀效率。

場景二：機器視覺自動檢測系統。異型煙分揀系統是根據訂單要求對異性煙進行品類分揀，分揀完成后進行統一塑封歸攏。該系統雖已實現自動化，但仍存在分揀錯誤，分揀卡頓等問題。為此，通過部署攝像頭采集圖像并經由5G 網絡回傳，結合云計算進行圖像識別，對產線進行實時監控。一旦出現分揀錯誤或分揀卡頓，立即錯誤報警，人為介入干預調整，提升分揀準確性，提高分揀效率。

場景三：作業場景關鍵崗位操作行為監管。香煙分揀過程中，工作人員必須按要求穿著工服，分揀塑封后產品需要雙手輕拿以防對打包后的成品香煙造成損壞。對于操作臺工具有嚴格限制，一旦出現與操作無關的工具，需立即報警提醒。針對此項需求，通過攝像頭+5G+AI 分析，對操作區域實時監控，一旦發現穿戴不規范、操作不規范或者工作臺出現異常物品，通過AI 分析識別后，立即預警提醒，保證整個分揀場景規范安全。

3.2 智慧倉儲5G創新應用主要有以下兩個場景

場景一：堆垛機控制系統5G 改造。堆垛機為卷煙倉儲物流場景的主要運輸設備。當前控制系統采用有線通信，由于倉儲場景復雜，鋼架林立，有線連接極大阻礙了堆垛機移動性，工廠設備“剪辮子”需求強烈。為此，通過700Mhz 5G 網絡連續覆蓋，結合其低頻穿透性好，繞射力強等優勢，替換原有線網絡，實現廠區靈活性生產，提升倉儲物流效率。

場景二：堆垛機自動盤點。倉儲堆垛機在操作過程中，常有抬升場景，高空操作危險性高，因此5G 無人化自動盤點成為堆垛機應用新需求。堆垛機部署全方位視頻攝像頭，讀取貨物條碼信息，檢測貨物箱體狀況，通過5G 大帶寬，將視頻資源實時回傳，通過后臺AI 系統，自動進行信息讀取、分析、儲存。通過部署5G 邊緣計算MEC，數據業務不出園區，降低端到端時延，且結合數字孿生相關理念，智能化分析貨物倉儲周期，優先發貨倉儲時間較久產品，實現堆垛機自動化盤點與數據分析相結合。

3.3 智慧園區5G創新應用場景

運用5G 技術，率先在行業內建立以5G 專網為依托的地市級煙草智慧監管系統。系統包括一個平臺、一個數據中心、九個應用系統，實現對所有業務生產數據和經營管理數據的統一集成管理，包括：統一安防管控、 AI 賦能規范關鍵崗位操作、作業環境監測、一臉通管理功能、一張圖全景管理功能、安消一體化功能、測溫系統管理功能、月臺調度管理功能、廠區車輛限速測速。

4 項目網絡方案

4.1 項目設計理念

結合廣電700Mhz 網絡巨大優勢，山東某煙草啟動5G 智能化改造，成為全國首個使用700Mhz 網絡進行5G 智能改造并實現應用落地項目。項目旨在打造一張安全可靠、大帶寬、低時延、數據不出局的5G 安全專網，用以承載各類不同功能的智慧物流+智慧制造系統，突破傳統有線或者Wi-Fi 的技術瓶頸，使更多的智慧系統應用于智慧制造建設，同時對所有網絡實現統一規劃、建設、運維，高效服務于煙草物流行業信息化、數據化、智能化的需求。

4.2 5G網絡方案整體介紹

5G 基礎網絡建設內容有：1 套室內工坊區700Mhz 5G 基站、1 套室外700Mhz 5G 基站、1 臺防火墻、1 套MEC 邊緣計算設施、若干5G 接入終端CPE。并通過與智慧分揀系統、智慧倉儲系統、智慧園區系統三大系統的對接，實現5G 分揀，倉儲，物流場景創新應用改造。

4.3 5G網絡拓撲圖介紹

如圖1所示。

圖1：網絡拓撲

4.4 5G網絡解決方案說明

4.4.1 無線網絡

本項目共使用兩套5G 基站。共計6 面天線加6 臺RRU。其中部署倉儲區2 面天線，分揀區1 面天線，聯合工房室外園區3 面天線，實現廠區5G 連續覆蓋。700M 頻段范圍：UL 703-733MHz，DL 758-788MHz，FDD 2*30M 頻譜，700M 天線射頻采用4T4R 天線。

4.4.2 MEC 邊緣計算

MEC 邊緣計算設備部署在煙草信息機房，采用1 套基于ARM架構的MEC/UPF 硬件設備。通過數據轉發，數據本地卸載功能，降低方案端到端時延，并保證數據不出園區，提升網絡安全可靠性。MEC 下聯位于同信息機房的專網傳輸設備，采用光纖跳線連接，上聯位于同信息機房的5G 專網隔離防火墻。

4.4.3 5G 應用接入終端設備CPE

設備改造涉及傳送帶、機械臂、上位機、堆垛機、異形煙庫RGV 穿梭車、暫存煙庫多穿小車、下位機PLC 控制單元、3D-MR巡檢眼鏡、3D 識別攝像頭等多種設備。CPE 采用700MHz 5G 信號與專網基站射頻發射單元通訊；同時采用有線方式或者Wi-Fi 方式與終端物流設備連接。

CPE 應用場景主要采用以下三種技術模式：

模式一：5G-IP 穿透模式。5G-IP 地址直接穿透在物流終端設備，相當于5G 核心網穿透CPE 直接給物流終端分配IP 地址，適用于單一的物流終端設備。如倉儲區高架庫多穿RGV 小車。

模式二：5G-NAT 端口轉換網關模式。CPE 作為工業網關使用，對于網關下聯的各類物流終端通過端口轉換方式統一集中到應用平臺，適用于一個整體終端包含多種子終端的場景。如堆垛機實現3D 智能盤庫。

模式三：DMZ 主機模式。CPE 作為工業網關使用，對于網關下聯的各類物流終端通過DMZ 映射方式統一集中到應用平臺，適用于一個整體物流終端含有1 個主終端以及多個子模塊物流終端的系統。如智慧分揀系統的RGV 分揀小車。

4.4.4 5G 網絡切片：端到端切片方案

5G 專網為煙草5G 創新應用提供了更好的體驗，項目通過無線，傳輸，核心網多個維度打通端到端切片方案。

無線側，選用獨立專網隔離性最強切片方式，切片使用獨立物理基站和頻譜，獨立5G 小區。通過專用APN 方式，限定僅煙草相關終端應用才可接入網絡，保證應用獨占5G 大帶寬。將ToC 業務與ToB 工業場景業務隔離，保證工業場景應用帶寬資源不被侵占。

核心網側，通過MEC 下沉廠區邊緣，實現用戶面數據本地轉發卸載，數據本地分流。核心網MEC 邊緣計算的部署，既實現了業務隔離，滿足數據不出園廠區的安全需求；又通過核心網邊緣部署，降低端到端時延，使RGV/AGV 遠程調動、工業PLC 實時控制等多場景創新應用成為可能。

5 實用性分析

項目涉及智能分揀、倉庫盤點、智慧物流等多場景5G 改造，創新應用廣電700Mhz 新頻譜，使煙草自動化效率顯著提高。

智能分揀場景，RGV 通過5G，降低丟包率提升分揀效率。機器視覺自動檢測系統，將異型煙檢測準確率提高至99.9%，分揀設備作業效率提升3.1%，月均節省用電成本一萬余元。

堆垛機自動盤點場景，通過700Mhz 5G 網絡實現了設備“剪辮子”，提升堆垛車靈活性。堆垛車無人化，自動化改造，即保證了操作人員安全，又提升了倉庫實時盤點的準確性，設備有效作業率提升至99.2%，年節約人工成本費用9.1 萬元。

智慧配送場景，通過對現有物流車輛5G 化改造，實行車輛通信從無到有，通過實時監測優化車輛配送路線，年均節省物流成本662 萬元。此外，對駕駛室司機狀態進行監控，提升行車安全，并實現了車輛數據狀態實時共享。

智慧監管場景，煙草5G 智慧物流園區初具規模，依托700Mhz 5G 網絡，實時對園區所有數據統一進行管理，實現企業數字化，智能化高效管控。

廣電在5G 先進制造升級改造過程中對端到端進行網絡性能測試驗證。通過復雜的應用調試對接，最終達到丟包率<0.1%。端到端時延在CPE 使用IP 穿透場景下，可達8-14ms，在CPE 使用網關模式場景下可達16-20ms。根據2T4R TUE 測試結果顯示，峰值速率可達400-500Mbps。充分展示了5G 大帶寬，低時延，大上行原子能力，開啟了廣電5G 在智慧物流領域的嶄新篇章。