5G專(zhuān)網(wǎng)與E-BLOCK邊緣計(jì)算在智慧園區(qū)中的應(yīng)用創(chuàng)新研究

一、研究背景和思路

智慧園區(qū)作為“新基建”核心組成部分，借助科技力量強(qiáng)化基礎(chǔ)設(shè)施，以?xún)?yōu)化園區(qū)管理與提升服務(wù)水平為目標(biāo)。5G與邊緣計(jì)算技術(shù)的迅猛發(fā)展，為智慧園區(qū)的建設(shè)增添了新的動(dòng)力，既帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇，也伴隨著諸多挑戰(zhàn)。本研究融合5G專(zhuān)網(wǎng)與E-BLOCK邊緣計(jì)算技術(shù)，通過(guò)構(gòu)建多元化計(jì)算體系，不僅實(shí)現(xiàn)了園區(qū)全面感知與智能監(jiān)控，還提升了園區(qū)管理效率與服務(wù)品質(zhì)，進(jìn)而邁向智能化、數(shù)字化的新階段。此項(xiàng)目不僅驗(yàn)證了技術(shù)方案的可行性，更為后續(xù)智慧園區(qū)建設(shè)提供了寶貴參考。盡管5G與邊緣計(jì)算在智慧園區(qū)的應(yīng)用方面已經(jīng)進(jìn)行了諸多探索，但標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案尚屬空白。本研究開(kāi)創(chuàng)性地提出“5G專(zhuān)網(wǎng) +E? -BLOCK”整合方案，并成功實(shí)踐于園區(qū)，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的技術(shù)空白。該方案在智慧園區(qū)中的應(yīng)用進(jìn)一步驗(yàn)證了其可行性和實(shí)用性。

二、項(xiàng)目方案

項(xiàng)目采用E-BLOCK邊緣云平臺(tái)解決方案，依托5G專(zhuān)享網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，部署了MEC邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)、傳輸業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)和無(wú)線(xiàn)目標(biāo)網(wǎng)三大核心節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了園區(qū)的智能化管理。

智慧園區(qū)的核心在于網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)與安全三大要素。項(xiàng)目方案深入調(diào)研并討論了智慧園區(qū)的業(yè)務(wù)需求，結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，融合了大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、邊緣計(jì)算、北斗高精度定位、綜合能源管理及可視化等前沿技術(shù)，構(gòu)建了以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的平臺(tái)、應(yīng)用的綜合服務(wù)。

三、組網(wǎng)方案

（一）5G專(zhuān)網(wǎng) + E-BLOCK邊緣計(jì)算建設(shè)方案

在智慧園區(qū)的建設(shè)中，項(xiàng)目整體方案采用5G專(zhuān)網(wǎng)模式，確保了網(wǎng)絡(luò)資源的專(zhuān)享性。無(wú)線(xiàn)側(cè)采用SA組網(wǎng)技術(shù)，承載網(wǎng)則利用FlexE硬通道確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝屎头€(wěn)定性。核心網(wǎng)采用UPF下沉的方式，為園區(qū)提供專(zhuān)屬的UPF服務(wù)，滿(mǎn)足園區(qū)對(duì)數(shù)據(jù)不出園區(qū)以及高安全隔離的嚴(yán)格要求。并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，配置園區(qū)專(zhuān)用切片，實(shí)現(xiàn)園區(qū)5G業(yè)務(wù)的安全隔離，為智能化監(jiān)控提供大帶寬、低時(shí)延等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力（見(jiàn)圖1）。

（二）核心網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案

專(zhuān)享型邊緣UPF，下沉一套專(zhuān)享型邊緣UPF到客戶(hù)園區(qū)，并在園區(qū)內(nèi)E-block機(jī)房建設(shè)專(zhuān)享型邊緣UPF，依據(jù)中興設(shè)備模型進(jìn)行估算，具體配置為5GUPF及1000PDU。

（三）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案

覆蓋園區(qū)共部署1個(gè)室外站，1個(gè)傳統(tǒng)DAS信源室分系統(tǒng)。其中，宏基站負(fù)責(zé)覆蓋園區(qū)的主要室外區(qū)域，采用1個(gè)2.6GHzSA宏基站（共3個(gè)扇區(qū)）；而室內(nèi)站則覆蓋5棟樓宇，總面積約12萬(wàn)平方米，需配置1個(gè)傳統(tǒng)信源站。站點(diǎn)已全部開(kāi)通，已實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，為5G行業(yè)應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

（四）基于PRB硬隔離的切片方案

智慧園區(qū)業(yè)務(wù)使用基于PRB預(yù)留的無(wú)線(xiàn)子切片，獨(dú)享部分公網(wǎng)無(wú)線(xiàn)空口資源，在網(wǎng)絡(luò)隔離能力、確定性上有明顯提升。該項(xiàng)技術(shù)已在廣州地鐵、南方電網(wǎng)等多個(gè)項(xiàng)目中開(kāi)展應(yīng)用，實(shí)施效果滿(mǎn)足客戶(hù)的業(yè)務(wù)需求。

相較于傳統(tǒng)的基于Qos的切片保障方案，PRB硬隔離切片在安全性與穩(wěn)定性等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，因此更適合行業(yè)客戶(hù)使用。

四、 6G+4.9G1D3U+ 幀頭不對(duì)齊CA

在中移2.6G和4.9G協(xié)同組網(wǎng)的背景下，4.9G能夠有效補(bǔ)充2.6G打底網(wǎng)絡(luò)下在補(bǔ)熱場(chǎng)景下中的不足，借助 2.6G+4.9G 的協(xié)同組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)同時(shí)上下行容量的同步增強(qiáng)，從而提升5G用戶(hù)的使用體驗(yàn)。從未來(lái)發(fā)展的角度分析， 2.6G+4.9G 幀頭的不對(duì)齊設(shè)計(jì)，通過(guò)合理錯(cuò)開(kāi)上下行，有助于減少上下行用戶(hù)面的時(shí)延。通過(guò)1D3U大上行帶內(nèi)CA技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于1D3U的Intra-band下的 2T_X 發(fā)送，從而提高了頻譜效率，為B2行業(yè)應(yīng)用提供了支持。該技術(shù)為局部熱點(diǎn)區(qū)域的上行業(yè)務(wù)需求提供了強(qiáng)有力的網(wǎng)絡(luò)能力支撐，展示了5G行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)在大上行業(yè)務(wù)方面的強(qiáng)大能力，激發(fā)了更多行業(yè)需求向5G網(wǎng)絡(luò)的部署。經(jīng)測(cè)試評(píng)估，上行峰值速率可達(dá)到800M以上。

（一）ULCL分流支撐2B2C融合業(yè)務(wù)需求

為了滿(mǎn)足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)根據(jù)客戶(hù)要求分流至不同業(yè)務(wù)平臺(tái)的需求，并優(yōu)化流量流向，本研究采用了ULCL分流方案，對(duì)于同一PDU會(huì)話(huà)根據(jù)目的IP不同進(jìn)行分流。具體操作是在業(yè)務(wù)側(cè)插入U(xiǎn)LCLUPF和邊緣錨點(diǎn)UPF。ULCLUPF負(fù)責(zé)識(shí)別訪問(wèn)園區(qū)的業(yè)務(wù)流量，并通過(guò)邊緣錨點(diǎn)UPF進(jìn)行流量本地疏導(dǎo)。而訪問(wèn)公網(wǎng)的流量則繼續(xù)通過(guò)通用錨點(diǎn)UPF出口。

ULCL分流機(jī)制能夠根據(jù)用戶(hù)及位置信息，動(dòng)態(tài)地插入邊緣網(wǎng)元，從而實(shí)現(xiàn)按需且靈活的分流觸發(fā)功能。

（二）E-BLOCK集裝箱數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案

在構(gòu)建超大規(guī)模云數(shù)據(jù)中心的過(guò)程中，項(xiàng)目方案充分融合了邊緣數(shù)據(jù)中心的高效與靈活性?xún)?yōu)勢(shì)，采用創(chuàng)新的模塊化設(shè)計(jì)理念，并特別引入了2N雙重電源供電系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)中心構(gòu)筑了堅(jiān)實(shí)的雙重電力保障，精心鑄就了E-Block邊緣數(shù)據(jù)中心解決方案。

為了積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策，并推動(dòng)5G新基建與邊緣計(jì)算的深度融合，項(xiàng)目方案利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)新性啟動(dòng)了5GBBU設(shè)備噴淋液冷池化柜試點(diǎn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目應(yīng)用了先進(jìn)的芯片級(jí)精準(zhǔn)制冷技術(shù)一一噴淋液冷技術(shù)，對(duì)5GBBU設(shè)備實(shí)施了改造與嚴(yán)格測(cè)試，旨在切實(shí)驗(yàn)證該技術(shù)在5G基站接人節(jié)點(diǎn)節(jié)能降耗方面的實(shí)際成效與可行性。

此外，為確保E-Block邊緣數(shù)據(jù)中心在智慧能源園區(qū)內(nèi)穩(wěn)定供電給5G設(shè)備，項(xiàng)目方案創(chuàng)新性地引入了甲醇水重整制氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)作為備用電源，此舉進(jìn)一步提升了園區(qū)的能源保障能力。

在通信系統(tǒng)方面，項(xiàng)目方案全面覆蓋了5G宏站、5G室內(nèi)分布系統(tǒng)（室分）及專(zhuān)為邊緣計(jì)算優(yōu)化的5G專(zhuān)網(wǎng)設(shè)備。具體設(shè)備涵蓋RRU（遠(yuǎn)端射頻單元）3臺(tái)、BBU（基帶處理單元）1臺(tái)、PLU（功率放大器單元）1臺(tái)、無(wú)源波分室內(nèi)機(jī)箱1臺(tái)、PTN980傳輸設(shè)備1臺(tái)、ODF單元（光纖配線(xiàn)架）1臺(tái)、業(yè)務(wù)服務(wù)器2臺(tái)、業(yè)務(wù)交換機(jī)2臺(tái)以及H3CF1090網(wǎng)絡(luò)設(shè)備2臺(tái)。這同時(shí)也彰顯了方案致力于構(gòu)建高效、可靠、綠色的通信網(wǎng)絡(luò)。

五、5G智慧園區(qū)平臺(tái)建設(shè)方案

基于項(xiàng)目的核心目標(biāo)與內(nèi)容，本文精心規(guī)劃了一個(gè)集成化系統(tǒng)架構(gòu)。該架構(gòu)由三大核心子系統(tǒng)構(gòu)成：基礎(chǔ)管理子系統(tǒng)、可視化展示子系統(tǒng)以及系統(tǒng)對(duì)接子系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)旨在全面支撐園區(qū)的智能化管理和高效運(yùn)營(yíng)。

基礎(chǔ)管理子系統(tǒng)：作為整個(gè)系統(tǒng)的根基，該子系統(tǒng)深度整合了大數(shù)據(jù)平臺(tái)與共享交換平臺(tái)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)園區(qū)內(nèi)廣泛分布且異構(gòu)多樣的數(shù)據(jù)資源的全面匯聚、高效整合、精細(xì)處理與深入分析。這一過(guò)程不僅構(gòu)筑了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，更為后續(xù)的可視化展示與各類(lèi)應(yīng)用提供了強(qiáng)大而靈活的數(shù)據(jù)與服務(wù)支持能力。

可視化展示子系統(tǒng)：作為園區(qū)運(yùn)營(yíng)管理的智慧中樞，該子系統(tǒng)依托IOC（智能運(yùn)營(yíng)中心）構(gòu)建園區(qū)運(yùn)管中心，直觀且動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)園區(qū)的運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)追蹤各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，推動(dòng)園區(qū)向信息化、智能化方向轉(zhuǎn)型升級(jí)。這一子系統(tǒng)不僅提升了管理效率，還增強(qiáng)了決策的科學(xué)性與前瞻性。

系統(tǒng)對(duì)接子系統(tǒng)：為了實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)各系統(tǒng)間的無(wú)縫銜接與高效協(xié)同，該子系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)對(duì)接無(wú)人機(jī)、訪客管理、智慧路燈、視頻監(jiān)控、5G巡檢機(jī)器人、智慧停車(chē)等多個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)。借助標(biāo)準(zhǔn)化的接口與協(xié)議，該子系統(tǒng)保障了各類(lèi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的順暢流通與共享，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了園區(qū)整體系統(tǒng)的深度整合與全面優(yōu)化。

針對(duì)該項(xiàng)目的具體需求，進(jìn)一步細(xì)化了功能與體系架構(gòu)的劃分。在數(shù)據(jù)采集層面，設(shè)計(jì)了多樣化的采集接口與形式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自不同網(wǎng)絡(luò)、不同實(shí)時(shí)性要求的數(shù)據(jù)源的全面匯總。并將采集到的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)、文件系統(tǒng)等形式進(jìn)行安全存儲(chǔ)。隨后，通過(guò)數(shù)據(jù)治理流程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、標(biāo)準(zhǔn)化處理及多元數(shù)據(jù)的融合分析，形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

在此基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目還運(yùn)用了先進(jìn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)與數(shù)據(jù)挖掘算法，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了深度挖掘與分析，為可視化展示、決策支持等應(yīng)用場(chǎng)景提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

六、安全建設(shè)方案：超融合服務(wù)框架和二次認(rèn)證設(shè)計(jì)理念

本項(xiàng)目采用了先進(jìn)的超融合服務(wù)框架，該框架以高度虛擬化技術(shù)為基石，深度整合計(jì)算、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)資源于標(biāo)準(zhǔn)化X86服務(wù)器平臺(tái)之上，打造出高性能且高可擴(kuò)展的基準(zhǔn)架構(gòu)單元。這一設(shè)計(jì)不僅優(yōu)化了資源利用效率，更在安全性上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。通過(guò)虛擬化層的隔離與封裝，確保各業(yè)務(wù)組件在獨(dú)立且安全的環(huán)境中運(yùn)行，從而顯著降低潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

超融合架構(gòu)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聚合技術(shù)，支持多套基準(zhǔn)單元的無(wú)縫連接，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展的資源池。這一特性不僅增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性與響應(yīng)速度，還簡(jiǎn)化了統(tǒng)一安全策略的管理流程，確保了整個(gè)5G專(zhuān)網(wǎng)環(huán)境的安全性和一致性。

鑒于5G專(zhuān)網(wǎng)服務(wù)對(duì)象的轉(zhuǎn)變及其特殊的安全需求，本項(xiàng)目特別引入了增強(qiáng)型二次認(rèn)證機(jī)制。該機(jī)制在傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主認(rèn)證鑒權(quán)的基礎(chǔ)上，為行業(yè)用戶(hù)增設(shè)了一道堅(jiān)固的安全防線(xiàn)。具體而言，行業(yè)用戶(hù)需基于超融合技術(shù)構(gòu)建的云平臺(tái)，實(shí)施更為嚴(yán)格的終端接入控制策略。

七、業(yè)務(wù)場(chǎng)景建設(shè)方案

本項(xiàng)目全方位整合了云平臺(tái)技術(shù)、人工智能、高性能計(jì)算架構(gòu)以及5G通信技術(shù)，成功部署了四大核心行業(yè)應(yīng)用。借助利用5G網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大能力，使四足機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了高效智能巡檢，能夠?qū)崟r(shí)采集影像、精準(zhǔn)避障并進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。同時(shí)，5G智能監(jiān)控系統(tǒng)與AI技術(shù)的結(jié)合，為園區(qū)提供了全方位的視頻監(jiān)控、人臉識(shí)別及軌跡追蹤等服務(wù)，大幅提升了安保效率，并實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化安全策略的定制。針對(duì)云桌面業(yè)務(wù)，本項(xiàng)目解決了遠(yuǎn)程辦公中的諸多難題，如協(xié)同難、數(shù)據(jù)傳輸受阻及設(shè)計(jì)涉密等，通過(guò) 5G+ 邊緣計(jì)算技術(shù)，為用戶(hù)提供了高效、安全的云辦公體驗(yàn)。最后，在智慧燈桿業(yè)務(wù)方面，本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了路燈的智能控制、信息發(fā)布及實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，這不僅提升了園區(qū)的能源管理效率，還促進(jìn)了園區(qū)日常管理的網(wǎng)絡(luò)化、精細(xì)化和規(guī)范化進(jìn)程。整個(gè)項(xiàng)目在提升系統(tǒng)硬件處理速度、降低維護(hù)成本的同時(shí)，精準(zhǔn)解決了用戶(hù)需求痛點(diǎn)，為智慧園區(qū)的建設(shè)與發(fā)展注入了新的動(dòng)力。

八、方案特色

項(xiàng)目方案的實(shí)施，以5G專(zhuān)網(wǎng) +E -BLOCK，對(duì)智慧園區(qū)應(yīng)用研究的推進(jìn)具有決定性影響。在智慧園區(qū)的實(shí)施過(guò)程中，各項(xiàng)應(yīng)用都處于技術(shù)的前沿，無(wú)論是E-BLOCK+ 邊緣計(jì)算、5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，還是自主研發(fā)的百川智慧平臺(tái)，以及園區(qū)內(nèi)眾多應(yīng)用，都發(fā)揮著引領(lǐng)智慧園區(qū)落地的關(guān)鍵作用，為后續(xù)采用智慧園區(qū)解決方案的項(xiàng)目提供了先行示范。

針對(duì)用戶(hù)對(duì)5G應(yīng)用的近端服務(wù)能力以及數(shù)據(jù)不出園的需求，同時(shí)考慮到用戶(hù)對(duì)小型邊緣數(shù)據(jù)中心的便利性和安全性的重視，項(xiàng)目方案通過(guò)將 5G+ 通信基礎(chǔ)設(shè)施與電力基礎(chǔ)設(shè)施深度整合，打造出一種可預(yù)制、可定制、可快速部署，同時(shí)具備模塊化設(shè)計(jì)、節(jié)能省電、高密度部署的集裝箱式一體化邊緣數(shù)據(jù)中心綜合解決方案——E-BLOCK。該方案實(shí)現(xiàn)了全球首個(gè)商用5GSA網(wǎng)+EBLOCK+ 邊緣計(jì)算中心的定制，確保了邊緣UPF處理的時(shí)延不高于 10ms ，分流帶寬不低于 5Gbps ，接入容量不低于1000個(gè)。在智慧園區(qū)內(nèi)，E-BLOCK提供了網(wǎng)絡(luò)能力的開(kāi)放，具備高帶寬、低延遲和近端部署的優(yōu)勢(shì)，能夠支持IT和云計(jì)算等能力，滿(mǎn)足邊緣應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化需求。“ 5G+E. -Block”旨在助力園區(qū)能源規(guī)劃建設(shè)與后期能源運(yùn)營(yíng)維護(hù)，圍繞著園區(qū)能源規(guī)劃、生產(chǎn)、交易、消費(fèi)、使用等全產(chǎn)業(yè)鏈，以全能源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)價(jià)值應(yīng)用為核心，打造園區(qū)能源發(fā)、輸、配、儲(chǔ)、用、管全生命周期的綜合能源服務(wù)體系。

作者單位：禹汶杰吳勇波吳順寧黃兆麟中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司

參考文獻(xiàn)

[1]王磊，狄文遠(yuǎn)，趙棟，等.5G網(wǎng)絡(luò)2.6 6Hz+4.9GHz 上行載波聚合組網(wǎng)方案研究[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2022，35（12）：79-81.

[2]孫玲，毛崢.產(chǎn)業(yè)園區(qū)回歸本質(zhì) 科技賦能智慧園區(qū)——北京經(jīng)開(kāi)關(guān)于產(chǎn)業(yè)園區(qū)發(fā)展的回顧與前瞻[J].中國(guó)科技產(chǎn)業(yè)，2020，（03）：25-28.