基于移遠RM500U的5GCPE研究與開發(fā)

摘要：采用“端—邊—云”架構(gòu)，基于移遠RM500U模組設(shè)計5G CPE，實現(xiàn)5G和LTE—A多種網(wǎng)絡(luò)制式的全面覆蓋，具備更大帶寬、更高速率、更低時延、更高防護、更高可靠性的工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)性能和保障，為工業(yè)設(shè)備提供所需的高階無線寬帶接入服務(wù)，結(jié)合邊緣計算、自主研發(fā)設(shè)備管理云服務(wù)，形成具備大數(shù)據(jù)分析服務(wù)、AI智能設(shè)備學(xué)習(xí)功能、支持海量智能終端接入能力的工業(yè)自動化管理云平臺。

關(guān)鍵詞：“端—邊—云”架構(gòu)；5G CPE；工業(yè)自動化管理云平臺

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.05.007

中圖分類號：TN 929.53，TP 3" " " " " " " "文獻標示碼：B" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）05-00-03

Abstract： The \"end edge cloud\" architecture is adopted， and 5G CPE is designed based on the remote RM500U module to achieve comprehensive coverage of 5G and LTE-A multiple network systems， with industrial network performance and guarantee of greater bandwidth， higher speed， lower delay， higher protection， and higher reliability， to provide the required high-level wireless broadband access services for industrial equipment. Combined with edge computing and self-developed equipment management cloud services， the cloud services with big data analysis services AI intelligent device learning function， industrial automation management cloud platform supporting massive intelligent terminal access capability.

Key words： \"end edge cloud\" architecture; 5G CPE; industrial automation management cloud platform

0" 引言

截至目前，我國5G基站總數(shù)234萬個，2023年將新建開通5G基站60萬個，總數(shù)將突破290萬個。在5G的飛速發(fā)展下，Wi-Fi 6也為新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶來新機遇，Wi-Fi 6具有速率更快、延時更低、容量更大、更安全的特性，為其在工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用開創(chuàng)了廣闊的前景。本文所介紹項目通過5G與Wi-Fi 6融合的方式，使系統(tǒng)間取長補短，充分發(fā)揮5G與Wi-Fi 6的優(yōu)勢，滿足未來移動通信業(yè)務(wù)。

1" 系統(tǒng)設(shè)計

聚焦工業(yè)制造智能化生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備監(jiān)控、人機協(xié)同交互等因素要求，設(shè)計基于“端-邊-云”架構(gòu)的工業(yè)級5G CPE，采用5G+Wi-Fi 6異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)[1]，如圖1所示，移遠通信模組作為無線通信模塊，核心模塊采用可編程數(shù)據(jù)處理微控制器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸高度自由定制，以兼容多種工業(yè)制造垂直行業(yè)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆９δ苤靼逯С侄喾N工業(yè)總線通信接口，設(shè)備可以通過有線或無線的方式接入5G CPE。保護外殼采用鋁合金打造。在設(shè)備研發(fā)過程中進行了充分的考量和反復(fù)的實地試驗，設(shè)計方案滿足中小型企業(yè)應(yīng)用向下兼容的要求，避免惡劣工作環(huán)境對設(shè)備主板正常運行帶來的影響。

2" 核心模組設(shè)計

核心模組設(shè)計以標準化模組解決方案為主，客制化解決方案為輔，滿足多層面市場需求。支持SA/NSA組網(wǎng)，兼容4G/5G信號，模組配件以全國產(chǎn)芯片為主，為全國產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)[2]。通過標準Mini_PCI-E和LCC+LGA兩種封裝形式，覆蓋國內(nèi)三大運營商的4G/5G頻段，可以提供短信、通訊簿、高速數(shù)據(jù)等多種功能，可廣泛應(yīng)用于移動寬帶接入、視頻監(jiān)控、手持終端、車載設(shè)備等產(chǎn)品，可內(nèi)置多種行業(yè)應(yīng)用交互協(xié)議（如電力集中抄表、車載OBD、阿里IoT套件接口協(xié)議等），支持多種業(yè)務(wù)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。采用M.2/LGA封裝技術(shù)，板載USB/PCIE/RGMII等多種通信接口可快速適配包括云辦公（ACPC）、無線網(wǎng)關(guān)、CPE、SD-WAN、5G高清視頻直播、智能電網(wǎng)、智能制造、工業(yè)互聯(lián)、數(shù)字標牌、智能試衣鏡、遠程醫(yī)療、AR/VR、車聯(lián)網(wǎng)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、C-V2X、智慧交通、自動駕駛、智慧能源、智慧城市、無人機、機器人等各種行業(yè)整機產(chǎn)品[3]。核心模組元器件布局如圖2所示，產(chǎn)品外觀設(shè)計如圖3所示。

核心模組應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)包括以下方面。

（1）智能硬件集成電路設(shè)計，采用集成電路開發(fā)技術(shù)設(shè)計數(shù)據(jù)傳輸模塊，研究5G通信模塊與高性能微控制器通信技術(shù)，使用AT指令實現(xiàn)5G通信模塊的工作模式管理、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)無線傳輸。研究低業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)通信格式，設(shè)計并實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)、解析驅(qū)動程序，實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。配置豐富的外圍電路模塊實現(xiàn)多功能應(yīng)用，引出可編程引腳滿足兼容開放性需求功能。

（2）5G通信模塊與高性能可編程微控制器通信，以串口通信作為基礎(chǔ)，實現(xiàn)組裝數(shù)據(jù)發(fā)送、接收、內(nèi)容解析，隔離業(yè)務(wù)功能對數(shù)據(jù)處理的要求，使數(shù)據(jù)傳輸在設(shè)計上滿足低業(yè)務(wù)耦合的要求。封裝數(shù)據(jù)傳輸功能函數(shù)形成庫文件，在模塊應(yīng)用的業(yè)務(wù)中實現(xiàn)多種格式數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)計可配置的多種數(shù)據(jù)加密、解密方法，實現(xiàn)可接受強度的數(shù)據(jù)加密傳輸，為數(shù)據(jù)傳輸有安全性驗證的應(yīng)用業(yè)務(wù)提供支持。數(shù)據(jù)通信的IT架構(gòu)技術(shù)解決方案可以為5G通信相關(guān)應(yīng)用提供支持。

（3）工作模式和設(shè)備狀態(tài)管理，設(shè)備檢測包括電池、無線信號等影響設(shè)備工作的關(guān)鍵模塊檢測。研究自動設(shè)備檢測，定期運行，對因異常引起的設(shè)備掉線造成數(shù)據(jù)傳輸失敗的數(shù)據(jù)進行緩存，待故障恢復(fù)后執(zhí)行重發(fā)策略。

3" 管理系統(tǒng)設(shè)計

基于軟件定義和無服務(wù)器計算的輕量級資源調(diào)度平臺自主開發(fā)云設(shè)備平臺[4]，具備大數(shù)據(jù)分析服務(wù)、AI智能設(shè)備學(xué)習(xí)功能，支持海量智能終端接入。提供以設(shè)備管理系統(tǒng)與設(shè)備交互為核心的、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用服務(wù)，形成綜合的信息化解決方案，滿足對監(jiān)控、智慧調(diào)度、數(shù)據(jù)采集和遠程控制等方面的信息化需求[5]。

在終端設(shè)備接入后實現(xiàn)動態(tài)管理：基于標準化云數(shù)據(jù)庫信息和智能物聯(lián)終端采集的數(shù)據(jù)實時呈現(xiàn)動態(tài)管理，包括在用設(shè)備數(shù)、運轉(zhuǎn)設(shè)備數(shù)、子類設(shè)備分布情況、臺賬信息、配置信息、地點分布、統(tǒng)計信息，并且在實現(xiàn)動態(tài)管理的同時將終端設(shè)備的運行數(shù)據(jù)實時在線更新——通過聯(lián)網(wǎng)自動獲取設(shè)備運行日志、設(shè)備狀態(tài)等實時動態(tài)數(shù)據(jù)，并在設(shè)備管理云平臺上動態(tài)呈現(xiàn)，運用大數(shù)據(jù)算法進行分析，為設(shè)備分析等提供數(shù)據(jù)支撐。設(shè)備管理云平臺如圖4所示。

4" 結(jié)束語

基于移遠RM500U的5G CPE，完整的5G + Wi-Fi 6研發(fā)方案，可獲得更加快速、精準、流暢、真實的數(shù)據(jù)，在工業(yè)Wi-Fi 6與5G，各有技術(shù)優(yōu)勢和最佳的應(yīng)用場景，研發(fā)5G + Wi-Fi 6智能終端及設(shè)備，使兩項技術(shù)優(yōu)勢互補，讓W(xué)i-Fi 6作為5G末端最后10米接入的利器拉近接口距離。通過對5G邊緣計算智能終端與云端設(shè)備管理平臺的研發(fā)，可為更多企業(yè)以及工業(yè)園區(qū)提供工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案，滿足企業(yè)及園區(qū)對網(wǎng)絡(luò)低時延、大帶寬、高速率和海量連接的生產(chǎn)需求，助力智能園區(qū)建設(shè)，提高生產(chǎn)效率；利用5G云化PLC及邊緣計算技術(shù)，解決工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)隱私與設(shè)備安全問題，推動開源軟件和開源硬件的技術(shù)創(chuàng)新，賦能工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)開源開放能力。

參考文獻

[1] 王曉云，段曉東，孫滔．平臺化服務(wù)網(wǎng)絡(luò)——新型移動通信系統(tǒng)架構(gòu)研究[J]．電信科學(xué)，2023，39（01）：20-29.

[2] 陳能．新型5G移動通信系統(tǒng)接入網(wǎng)技術(shù)分析[J]．中國新通信，2022，24（20）：9-11.

[3] 劉琪，洪高風(fēng)，梁鵬，夏俊杰，許幸榮，宋蒙，曾傳鑫．基于5G智慧園區(qū)的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用示范[J]．移動通信，2022，46（01）：72-77.

[4] 朱從亮．基于5G電力物聯(lián)網(wǎng)的低壓智能臺區(qū)管理平臺[D]．杭州：浙江大學(xué)，2022.

[5] 雷榮．基于華為云與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備管理云平臺開發(fā)[J]．數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2021，39（12）：216-218.