5G-CPE應用場景實踐探索

何銳 何偉 桑育海

摘要：本文主要介紹了伴隨著5G商用服務的開啟，中國聯通南京分公司在行業市場積極開展合作，探索將5G技術應用于工業制造、光纖線路備份等諸多行業場景，實踐5G技術與行業市場深度融合。作為一家有社會責任感的運營商，中國聯通南京分公司高度重視5G產業發展和應用創新，圍繞5G應用，持續提升網絡能力、產品能力、服務能力，以促進經濟社會數字化、網絡化、智能化轉型升級。

關鍵詞：5G-CPE；智慧工廠；光纖備份

一、市場分析

研究發現，5G與行業的融合是一個漸進的過程，需經歷預熱、起步、成長、規模發展四個階段。不同行業的數字化水平和需求，決定了5G技術創新擴散速度。對照5G應用整體發展規律，我國行業應用整體處于發展初期階段，各領域5G應用將梯次導入，呈現出螺旋上升發展模式。隨著5G產業鏈體系的逐步成熟以及千行百業對5G需求的不斷增長，5G與行業的融合更加緊密，促進安全、平臺、網絡、終端等領域的全方位變革，在原有5G產業基礎上，催生了5G行業應用產業新的分支，推動形成了新型產業體系。5G行業應用的商業模式初具雛形，生態價值正在逐漸凸顯，如圖1所示。

隨著行業需求進一步聚焦，通用型終端需求旺盛。5G-CPE、5G網關、攝像頭/相機、傳感器等終端需求旺盛，各行各業對終端類型的需求進一步聚焦。在對工業制造、園區、教育、智慧城市、文旅五個行業領域的分析中發現，5G-CPE在大部分行業中使用需求和使用率已超過半數，成為各領域項目中的剛需。5G-CPE仍然是各行業普遍采用的5G連接方式，一段時間內，各類5G應用解決方案中使用5G-CPE轉接信號連接設備的方式將持續。

二、產品介紹

G532i系列5G-CPE終端是基于新一代虛擬化技術，具備云邊協同，能夠實現多種邊緣計算應用的網關設備。通常設備用于在靠近采集節點的地方進行算力輸出，從而實現數據采集、數據清洗、本地聯動、故障診斷等功能，為用戶提供一種簡單可靠的工業互控、設備診斷、程序維護和故障報警的工業互聯網解決方案。

工業邊緣計算網關采用無風扇工業級卡軌安裝設計，防塵防震。可以提供以太網口、RS485/232串口和 ZigBee用于接入用戶業務，具備接入多種工業現場終端能力，還能對采集上來的用戶數據進行轉存和分析，其內置的大容量存儲可以支持離線狀態下長時間數據緩存需求。上行采用4G/5G高速無線網絡作為數據承載網絡，支持包括FDD LTE/TDD LTE/WCDMA在內的多種網絡制式。工業邊緣計算網關采用標準Linux內核，良好的二次開發環境方便用戶通過Docker方式運行各類自行開發的應用程序或通過Python/C/go進行編程開發邊緣計算應用，兼容IEC61131-3的編程工具，可以實現脫網情況下設備的本地聯動以及數據處理分析。

三、應用方案

（一）5G+智慧工廠應用場景

1.項目背景

江蘇某大型制造企業，原先通過WIFI組網搭建工廠無線網絡，由于實際WIFI使用效果太差，經過多次探討，大家一致認為通過5G網絡改造智能工廠是未來的方向。5G可以釋放無線技術在工業領域的應用空間，為智能制造帶來重大賦能支撐。為此南京聯通決定采用工業5G-CPE組網方案，在工廠內部署5G室分。用5G無線網絡替代工業現場OT層的有線和Wi-Fi連接，從而提升設備智能化水平，最終實現柔性制造、智能制造。

2.技術方案

該企業初期改造3條生產線，每條生產線含三臺智能運輸車和一臺控制器，控制器和運輸車之間希望組建二層網絡。推薦客戶使用Vxlan的方式建立二層VPN隧道，控制器側使用交換機將網絡打通。中國聯通南京分公司在UPF設備位置直接旁掛一臺VNF設備作為總部設備，該設備可以給多個不同的用戶項目提供服務，每個用戶項目為一個二層網絡。5G-CPE只作為分支點，能夠實現點對多點的二層組網，用戶希望同一個項目中，不同5G-CPE可以二層互通，該方式對用戶原有網絡影響最小。

3.方案描述

①VNF總部設備，部署在運營商機房或者客戶總部機房，與UPF互聯（可通過傳輸互聯）；②各分支點5G-CPE終端采用5G上行，與VNF創建Vxlan隧道，最大可以支持1200條Vxlan；③不同分支點的5G-CPE通過中心點的VNF實現二層組網互通；④后續可以升級為5G智能化網絡，實現智能化管理以及智能化業務開通，目前可以在UPF旁掛VNF實現對終端的管控。

4.成果效益性描述

該企業在5G網絡環境下對AGV小車在生產線進行實際應用。借助5G網絡低時延、大帶寬的技術特性，將 AGV所需計算資源通過5G網絡進行云化，在廠區實行層級部署，并借助5G網絡無縫切換的移動性，實現在線實時協同調度，大幅度提高人機信息交互和反饋處理速度，降低AGV 的掉線率，提升AGV運行效率，提高智能運輸車管理、運送的靈活性。

在該項目中，落地的5G云化AGV系統，包含了一個中小規模的集中式AGV小車控制器系統，在一個扇區內可包含大約10-20輛AGV小車。集群的規劃與控制由5G MEC統一執行。MEC控制器系統通過AGV上傳的圖像以及傳感器信息，能夠實現對所有 AGV小車的全局定位和實時控制；同時工廠管理人員能夠通過云端系統直接介入操作，實時遠程控制其中一臺AGV。單臺AGV小車均只帶有基本的低成本圖像傳感器、慣性測量單元、執行機構以及5G移動終端，具有較為明顯的成本優勢，有利于大規模部署。

（二）5G+光纖備份應用場景

1.項目背景

4G/5G光纖備份業務組網方案主要定位為集團客戶專線用戶提供更完善、更安全的保護機制，不僅可以提供基于無線的傳輸，更能提供一路有線+無線的多重級別的保護。方案主要應用場景：應急故障、臨時開通場景，有線路由備份場景，根據無線環境為集團客戶提供1M～1Gbps帶寬無線專線。

2.技術方案

在已具備固網專線點到點路由情況下，增加無線方式第2路由備份場景。在總部和分支公司各部署一臺5G專線定制終端，通過運營商5G TOB專網承載企業跨域數據，通過無線備份的方式提高可靠性，如圖4所示。

3.方案描述

本場景應用于集團客戶重要專線，第一路由無法到達時，5G智慧組網進行補充無線備份場景。客戶業務正常情況下通過主用有線傳輸，當主用有線通道出現中斷或嚴重丟包時自動切換到備用無線線路，完成業務的保護倒換，保證業務的正常傳輸。中國聯通南京分公司通過5G-CPE終端提供有線的專線備份業務或重點客戶的專線應急搶修業務。

借助5G網絡，針對專線備份場景沒有鏈路成本投入，開通快捷，部署方便，運營成本低，對于用戶來說，跟專線的網絡部署一樣，安全性高，無后期運維分解問題，實現互聯線路天地雙備。針對專線的應急搶修場景可快速恢復用戶業務，為鏈路搶修提供充足時間，減少客戶投訴，提高時效性增加用戶滿意度。

4.成果效益性描述

5G+光纖備份應用場景有效減少故障搶修時間，遇到光纜、設備類故障搶修時限從平均3小時提升到20分鐘左右，提升了用戶對專線產品的滿意度。同時可以作為重要用戶鏈路的備份，遇到專線故障自動切換至無線5G備用鏈路，提升了用戶使用感知。5G+光纖備份應用場景也可替代有線專線無法覆蓋的地區和樓宇緊急開通，節省開通時間和開通成本。

四、結束語

5G通信技術作為數字經濟的基礎，需要與前沿信息技術相結合，共同走進實體產業，確定正確的應用場景，才能最大化發揮價值，為實體產業賦能。加快5G建設，同時促進5G與實體經濟的融合顯得更為重要。

疫情之后，更多的企業開始關注到5G技術紅利，加速推動5G應用場景創新，從而為促進實體經濟的恢復與增長提供新引擎。從技術到產業，跨界整合的速度進一步加快，5G產業呈現出生態化發展的趨勢。

作者單位：何銳 何偉 桑育海 中國聯合網絡通信有限公司南京市分公司

參 ?考 ?文 ?獻

[1]5G應用創新發展白皮書——2021年第四屆“綻放杯”5G應用征集大賽洞察.中國信息通信研究院.

[2]馮琳琳，林琳，王松陽. 5G移動邊緣計算在垂直行業網絡部署中的應用[C]//TD產業聯盟，《移動通信》雜志社.5G網絡創新研討會（2019）論文集.《移動通信》編輯部，2019：350-352.

[3]中國工業互聯網產業經濟發展白皮書（2021）.中國工業互聯網研究院.