5G-CPE应用场景实践探索

何锐 何伟 桑育海

摘要：本文主要介绍了伴随着5G商用服务的开启，中国联通南京分公司在行业市场积极开展合作，探索将5G技术应用于工业制造、光纤线路备份等诸多行业场景，实践5G技术与行业市场深度融合。作为一家有社会责任感的运营商，中国联通南京分公司高度重视5G产业发展和应用创新，围绕5G应用，持续提升网络能力、产品能力、服务能力，以促进经济社会数字化、网络化、智能化转型升级。

关键词：5G-CPE；智慧工厂；光纤备份

一、市场分析

研究发现，5G与行业的融合是一个渐进的过程，需经历预热、起步、成长、规模发展四个阶段。不同行业的数字化水平和需求，决定了5G技术创新扩散速度。对照5G应用整体发展规律，我国行业应用整体处于发展初期阶段，各领域5G应用将梯次导入，呈现出螺旋上升发展模式。随着5G产业链体系的逐步成熟以及千行百业对5G需求的不断增长，5G与行业的融合更加紧密，促进安全、平台、网络、终端等领域的全方位变革，在原有5G产业基础上，催生了5G行业应用产业新的分支，推动形成了新型产业体系。5G行业应用的商业模式初具雏形，生态价值正在逐渐凸显，如图1所示。

随着行业需求进一步聚焦，通用型终端需求旺盛。5G-CPE、5G网关、摄像头/相机、传感器等终端需求旺盛，各行各业对终端类型的需求进一步聚焦。在对工业制造、园区、教育、智慧城市、文旅五个行业领域的分析中发现，5G-CPE在大部分行业中使用需求和使用率已超过半数，成为各领域项目中的刚需。5G-CPE仍然是各行业普遍采用的5G连接方式，一段时间内，各类5G应用解决方案中使用5G-CPE转接信号连接设备的方式将持续。

二、产品介绍

G532i系列5G-CPE终端是基于新一代虚拟化技术，具备云边协同，能够实现多种边缘计算应用的网关设备。通常设备用于在靠近采集节点的地方进行算力输出，从而实现数据采集、数据清洗、本地联动、故障诊断等功能，为用户提供一种简单可靠的工业互控、设备诊断、程序维护和故障报警的工业互联网解决方案。

工业边缘计算网关采用无风扇工业级卡轨安装设计，防尘防震。可以提供以太网口、RS485/232串口和 ZigBee用于接入用户业务，具备接入多种工业现场终端能力，还能对采集上来的用户数据进行转存和分析，其内置的大容量存储可以支持离线状态下长时间数据缓存需求。上行采用4G/5G高速无线网络作为数据承载网络，支持包括FDD LTE/TDD LTE/WCDMA在内的多种网络制式。工业边缘计算网关采用标准Linux内核，良好的二次开发环境方便用户通过Docker方式运行各类自行开发的应用程序或通过Python/C/go进行编程开发边缘计算应用，兼容IEC61131-3的编程工具，可以实现脱网情况下设备的本地联动以及数据处理分析。

三、应用方案

（一）5G+智慧工厂应用场景

1.项目背景

江苏某大型制造企业，原先通过WIFI组网搭建工厂无线网络，由于实际WIFI使用效果太差，经过多次探讨，大家一致认为通过5G网络改造智能工厂是未来的方向。5G可以释放无线技术在工业领域的应用空间，为智能制造带来重大赋能支撑。为此南京联通决定采用工业5G-CPE组网方案，在工厂内部署5G室分。用5G无线网络替代工业现场OT层的有线和Wi-Fi连接，从而提升设备智能化水平，最终实现柔性制造、智能制造。

2.技术方案

该企业初期改造3条生产线，每条生产线含三台智能运输车和一台控制器，控制器和运输车之间希望组建二层网络。推荐客户使用Vxlan的方式建立二层VPN隧道，控制器侧使用交换机将网络打通。中国联通南京分公司在UPF设备位置直接旁挂一台VNF设备作为总部设备，该设备可以给多个不同的用户项目提供服务，每个用户项目为一个二层网络。5G-CPE只作为分支点，能够实现点对多点的二层组网，用户希望同一个项目中，不同5G-CPE可以二层互通，该方式对用户原有网络影响最小。

3.方案描述

①VNF总部设备，部署在运营商机房或者客户总部机房，与UPF互联（可通过传输互联）；②各分支点5G-CPE终端采用5G上行，与VNF创建Vxlan隧道，最大可以支持1200条Vxlan；③不同分支点的5G-CPE通过中心点的VNF实现二层组网互通；④后续可以升级为5G智能化网络，实现智能化管理以及智能化业务开通，目前可以在UPF旁挂VNF实现对终端的管控。

4.成果效益性描述

该企业在5G网络环境下对AGV小车在生产线进行实际应用。借助5G网络低时延、大带宽的技术特性，将 AGV所需计算资源通过5G网络进行云化，在厂区实行层级部署，并借助5G网络无缝切换的移动性，实现在线实时协同调度，大幅度提高人机信息交互和反馈处理速度，降低AGV 的掉线率，提升AGV运行效率，提高智能运输车管理、运送的灵活性。

在该项目中，落地的5G云化AGV系统，包含了一个中小规模的集中式AGV小车控制器系统，在一个扇区内可包含大约10-20辆AGV小车。集群的规划与控制由5G MEC统一执行。MEC控制器系统通过AGV上传的图像以及传感器信息，能够实现对所有 AGV小车的全局定位和实时控制；同时工厂管理人员能够通过云端系统直接介入操作，实时远程控制其中一台AGV。单台AGV小车均只带有基本的低成本图像传感器、惯性测量单元、执行机构以及5G移动终端，具有较为明显的成本优势，有利于大规模部署。

（二）5G+光纤备份应用场景

1.项目背景

4G/5G光纤备份业务组网方案主要定位为集团客户专线用户提供更完善、更安全的保護机制，不仅可以提供基于无线的传输，更能提供一路有线+无线的多重级别的保护。方案主要应用场景：应急故障、临时开通场景，有线路由备份场景，根据无线环境为集团客户提供1M～1Gbps带宽无线专线。

2.技术方案

在已具备固网专线点到点路由情况下，增加无线方式第2路由备份场景。在总部和分支公司各部署一台5G专线定制终端，通过运营商5G TOB专网承载企业跨域数据，通过无线备份的方式提高可靠性，如图4所示。

3.方案描述

本场景应用于集团客户重要专线，第一路由无法到达时，5G智慧组网进行补充无线备份场景。客户业务正常情况下通过主用有线传输，当主用有线通道出现中断或严重丢包时自动切换到备用无线线路，完成业务的保护倒换，保证业务的正常传输。中国联通南京分公司通过5G-CPE终端提供有线的专线备份业务或重点客户的专线应急抢修业务。

借助5G网络，针对专线备份场景没有链路成本投入，开通快捷，部署方便，运营成本低，对于用户来说，跟专线的网络部署一样，安全性高，無后期运维分解问题，实现互联线路天地双备。针对专线的应急抢修场景可快速恢复用户业务，为链路抢修提供充足时间，减少客户投诉，提高时效性增加用户满意度。

4.成果效益性描述

5G+光纤备份应用场景有效减少故障抢修时间，遇到光缆、设备类故障抢修时限从平均3小时提升到20分钟左右，提升了用户对专线产品的满意度。同时可以作为重要用户链路的备份，遇到专线故障自动切换至无线5G备用链路，提升了用户使用感知。5G+光纤备份应用场景也可替代有线专线无法覆盖的地区和楼宇紧急开通，节省开通时间和开通成本。

四、结束语

5G通信技术作为数字经济的基础，需要与前沿信息技术相结合，共同走进实体产业，确定正确的应用场景，才能最大化发挥价值，为实体产业赋能。加快5G建设，同时促进5G与实体经济的融合显得更为重要。

疫情之后，更多的企业开始关注到5G技术红利，加速推动5G应用场景创新，从而为促进实体经济的恢复与增长提供新引擎。从技术到产业，跨界整合的速度进一步加快，5G产业呈现出生态化发展的趋势。

作者单位：何锐 何伟 桑育海 中国联合网络通信有限公司南京市分公司

参  考  文  献

[1]5G应用创新发展白皮书——2021年第四届“绽放杯”5G应用征集大赛洞察.中国信息通信研究院.

[2]冯琳琳，林琳，王松阳. 5G移动边缘计算在垂直行业网络部署中的应用[C]//TD产业联盟，《移动通信》杂志社.5G网络创新研讨会（2019）论文集.《移动通信》编辑部，2019：350-352.

[3]中国工业互联网产业经济发展白皮书（2021）.中国工业互联网研究院.