坦达飞信与飞腾面向智能制造的5G联合解决方案

• 工业制造场景中多种接入方式造成“信息孤岛”和“数据碎片化”严重。园区内有传统的以太网，WiFi、蓝牙和4G等多种通信方式，造成了不同的应用的“信息孤岛”和“数据碎片化”情况，可通过5G专网消除上述问题实现数字信息的泛在互联、高效通信，从而驱动产业升级，提高生产效率、降低管理成本、重构商业模式，提升用户体验，开启“数字经济”新时代。
• 传统有线和无线网络带宽及时延等特性无法满足工业制造的业务需求。4G网络带宽小、时延较大无法满足现有的工业制造的大带宽和低时延特性。传统的以太网由于布线施工周期长，损坏重新部署的成本高，且移动性较差，导致了无法适应未来面向行业的柔性制造；WiFi由于安全性能较差，且切换时延较大，无法满足工业场景的低时延特性。
• 工业制造场景安全管理复杂。非法终端接入、网络隔离措施、智能终端安全防护等，依赖于人工参与，无法及时阻止病毒和网络攻击。同时，当发生入侵攻击、恶意破坏、误操作等事件发生时，用户无法及时定位和有效溯源。当接入设备的安全状态发送变化、出现安全事件时，需要自动及时响应。

      面向智能制造场景的“5G +工业互联网”解决方案，以5G专网及MEC边缘云等技术为基础，结合物联网、云计算、人工智能等先进技术，打造云边一体的智慧工业园区信息系统体系架构。通过一张专网一个边缘计算平台实现了园区工厂的5G全方位覆盖和算力下沉部署，同时承载AGV智慧物流、安防巡检机器人等多种智能制造应用场景，为智能制造企业数字化转型提供了“端-网-边-云-应用”端到端整体解决方案。同时该方案充分利用了5G的大带宽、低时延等特性，确保数据不出园区，保证了数据的安全性。

图1 行业5G专网架构图

• 终端方面，为提升各场景终端5G通信能力，一方面通过CPE或DTU实现原有行业终端的利旧，另一方面引入内置5G通信模组的新型行业终端。
• 无线网方面，采用行业专用基站的方式，向IoT终端提供专用无线接入。主要通过室分增强覆盖满足工业场景室内覆盖和网络性能诉求。当前5G 100M系统带宽下其速率、时延能力如下：

表1  5G 100M带宽峰值及时延能力

      核心网方面，可选择控制面+数据面同时下沉（核心网整体下沉）或者仅数据面下沉模式(仅UPF下沉)。其中UPF下沉可保障用户面数据不出园区，实现物理隔离，同时减少传输距离，缩短端到端时延。核心网下沉在具备UPF数据面下沉能力同时，还将信令面和用户鉴权和发卡权同时下沉到园区。      无线业务保障方案主要通过QOS和切片资源预留两种方案满足不同业务差异化性能需求（如视觉检测大带宽需求、AGV低时延需求）以及安全隔离诉求。

• 边缘云方面，该方案在本地部署了MEC边缘云，实现了5G专网本地分流和应用云化，边缘计算平台提供IaaS层资源供帮助企业进行灵活、便捷的应用部署与管理。
• 5G专网应用方面，基于5G大带宽、低时延、数据安全等方面优势满足各类5G+智能制造场景无线网络需求，同时在MEC边缘云上部署了设备监控平台、AGV管理平台、AR数字化系统、涂巡检安防机器人等应用，实现了低时延、大带宽、高安全的技术特性，充分验证了5G专网与工业互联网应用结合的技术优势。

1、5G AGV机器人

      5G将大幅升级网络环境，而基于快速的5G通信技术的AGV调度系统，车辆的连接数大幅度提升，可以同时控制上百台辆AGV小车，并实时反馈AGV小车运行动态、是否到位装载货物等信息，让整个AGV系统运转更高效，同时还能实现AGV小车与机器间的互联，增强AGV小车的协同作用。

　　与现有通信系统相比，5G在传输速率和稳定性方面有质的飞跃，5G的高速网络让AGV机器人的组织与运作更加高效，不仅速度更快，动作也更加流畅，可轻松满足未来AGV物流系统通信需求，将大力推动AGV行业的发展。

2、5G MR头盔数据自动化采集

      针对工厂中大量的零部件质检过程，存在人工手动测量，手动统计上传，纸质化保存等现状，存在统计数据混乱，且无法对不满足要求的零部件产品进行溯源，现在可通过5G MR头盔一体机，让头盔无线联结5G专网，串联边缘运算(MEC)提高在地即时运算，头盔不必内建高运算效能就能带来好体验，通过头盔上摄像头读取数字游标卡尺工具显示的测量结果，并将数据上传至云端，减少了工人得手动记录及记录流程，大大降低了记录错误概率，同时提升了整体工作效率。

3、5G AR 设备装配调试

      在原生AR体验方面，在基于3D图形在现场三维场景中叠加虚拟信息时，5G大宽带的作用体现在提升3D模型等多媒体内容的实时加载速度，无需提前下载到本地，需要时直接从云端加载，降低终端设备的运算负担。而在快速移动的场景中，5G让稳定的毫秒级实时数据同步变得可能，也保障了AR终端的流畅。

      借助于5G的低时延属性，以及云端服务器的强大性能，可以将渲染任务放到服务器端，然后再以视频流的形式传回本地AR设备上，这样可以在移动端获得高质量的3D渲染，让移动芯片的AR设备也能显示出顶级的画质，极大地增强用户的真实感体验。

      AGV仓储物流、AR装配指导、巡检维护是目前5G覆盖的场景，在某制造集团的大型设备研发过程中，包括装配培训、流程培训、质量检测等在内已经实现落地。

      行业的应用与公网的网络需求差异性较大，且行业客户对于成本较为敏感，5G专网硬件如果通过定制化实现成本高昂，通过硬件平台通用化，软件定制化是实现5G应用于行业的必经之路，开放的通信架构为低成本快速交付5G专网产品提供了可能。

      坦达飞信联合飞腾完成了国内首款基于飞腾ARM架构服务器打造的 “5G云小站”的产品。5G云小站高层协议栈和部分物理层运行在服务器的飞腾CPU上，物理层加速功能和前传功能运行在硬件加速器上，整机功耗低。该款产品不仅具备IT级别灵活部署的能力，可广泛应用于运营商室内覆盖，同时由于其灵活开放的架构使之得以快速应用于行业定制化需求市场，如柔性制造工厂，能源开采井区，智慧场馆等。

图2 基于飞腾平台基站BBU设备整体构成

基站设备介绍：

      5G基站服务器。5G云小站采用飞腾2000+ 64核的处理器+基带加速卡的形式将CU和DU的资源进行承载和业务的处理。

图3 基于飞腾平台基站BBU

      现阶段坦达飞信的边缘计算及核心网设备复用了5G基站服务器，设备硬件上较5G基站服务器少了加速卡，这为未来的云网一体化实现提供了基础。

图4 飞腾5G 轻量化核心网

轻量化核心网支持功能如下：

• 支持3GPP 标准协议；
• 集成核心网虚拟化网元AMF、AUSF、UDM、SmF、PCF、UPF;
• 单台服务器可支持>1000用户接入；
• 支持定制化安全功能开发，如本地化UDM白名单鉴权；
• 支持多种部署方式：支持物理机部署；多网元独立硬件部署；多网元部署在同一个服务器；信令面多网元部署，数据面独立部署；支持云部署（虚拟机部署，容器部署）