5G技术在MEC在汽车制造业中的应用案例

段世田 滕幼琦

摘要：随着5G新技术和智能产业的融合发展，工业互联网技术应运而生，它是产业智能化的重要载体，也是新一轮工业革命竞争的起点。5G作为新载体的出现，本身具有广连接、大带宽、高可靠、低时延的先天基因，非常适合工业互联应用的需求。它的出现将加快工业互联发展的进程，引领新一波技术和产业革新，加速推动生产系统的智能化改造升级。

关键词：5G；移动边缘计算；速率；

随着通信技术的快速发展，传统4G网络难以满足面向企业应用的技术需求，5G技术应运而生。5G技术具有大带宽、高可靠性和低时延的特点，为物联网、人工智能等技术提供了一个强大的平台，并为各种业务融合和行业应用的开发提供了关键的支持。在推动工业互联网发展方面，5G技术具有不可或缺的作用。与各垂直领域的深度融合将催生众多新的业务和业态，进而创造经济价值。目前，中国在5G技术与工业互联网融合应用方面尚处于起步阶段，涉及的具体应用行业主要是远程医疗、工业制造等传统行业。

一、5G技术的简介

（一）5G技术的产生

2015年10月，在无线电通信全会上，国际电联无线电通信部门（ITU-R）正式批准了三项有利于推进未来5G研究进程的决议，并正式确定了5G的法定名称为“IMT-2020”。随着中国政府加大对5G计划的推广和实施力度，中国在5G网络发展方向的步伐明显加快。中国5G技术研发试验依托国家科技重大专项，由IMT-2020（5G）推进组负责，正在积极实施。

（二）5G技术的关键技术

①全频谱。频段越高，使用的带宽就越多。5G使用的超高频相比4G的特高频带宽多了近10倍。

②大规模多天线。大规模多天线的好处在于，随着天线的使用越多，波束宽度越窄。不同的波束之间，不同的用户之间干扰就越小。

③波束赋型。随着阵子数的增加，波束变得越来越窄。通过调整相位，可以控制波束的指向。通过动态跟踪用户，使最佳的波束指向用户，实现最好的接收和发射增益。

④空口时延低。正常情况下，4G的控制面建立时延为50ms，而5G的控制面时延为10ms。4G的用户面传输时延为10ms，5G的eMBB业务传输时延为8ms，URLLC业务的传输时延为1ms。

⑤具备网络切片的能力。5G技术中将物理网络划分为多个虚拟网络，每个虚拟网络根据不同的服务需求，满足不同行业业务对时延、带宽、安全和可靠性的要求。实际上，这是对不同行业业务实现逻辑隔离的方式。

（三）5G应用中的典型场景

在一般情况下，5G通过网络切片可以大致将应用分为以下三类：①增强型移动宽带eMBB。在这种应用场景下，智能终端用户上网峰值速率要达到10Gbps甚至20Gbps，以支持虚拟现实、无处不在的视频直播和分享、随时随地的云接入等大带宽应用。②大连接物联网mMTC。在这种场景下，5G网络需要支持每平方公里100万台设备的连接。③低时延、超可靠通信uRLLC。这种场景要求5G网络的时延达到1毫秒，为智能制造、远程机械控制、辅助驾驶和自动驾驶等低时延业务提供强有力的支持。

二、边缘云计算（MEC）的概述

（一）MEC的基础概念

MEC（Mobile Edge Computing，MEC）移动边缘计算。它类似于核心网络技术加应用的下沉。简单来说，移动边缘计算是一种分布式计算方式，它可以在接收到数据后就近进行处理，而无需集中处理，从而提高数据处理效率。移动边缘计算的概念最早出现在2013年。由当时的IBM与Nokia Siemens网络联合推出了这种计算方式，通过在基站内部运行相应的应用程序，然后通过计算向周围的用户提供业务服务。根据相关的估算，如果将相应的服务器部署在网络边缘可以节省高达35%的带宽使用，因为数据无需通过回程线路（Backhaul）返回接入网络和相关的应用服务器[2]。在5G时代，MEC边缘计算为多业务承载提供了一个理想的融合结点，可以孵化出很多种商业应用，从而为客户提供更好的体验。

（二）MEC的关键技术

作为一个融合平台，移动边缘计算具有其他平台所不具备的一些特性：

1.提供开放的平台

这个开放的平台可以实现能力开放、资源开放和管理开放。企业可以将不同的应用部署在MEC上，也可以在云端部署第三方应用进行管理。

2.实现业务的分流

通过MEC平台，企业的5G基站流量无需经过运营商的核心网络，直接通过MEC的分流能力回到自己的内网，这样一方面降低了网络时延，另一方面保证了企业数据的安全。

3.实现第三方数据的缓存

通过在MEC平台上部署第三方应用，可以将第三方应用数据缓存到MEC平台上。这样，就近接入MEC平臺的无线用户就可以高清、无延时地观看影视、直播等项目。

（三）MEC的应用场景

MEC的应用场景主要可分为数据业务的相关应用、相关业务的流量分流以及相关业务的应用优化。

数据业务的相关应用：包括车联网和相关的定位服务等。通过MEC平台，可以为用户提供相关定位服务，帮助用户准确定位到室内位置，同时也支持车辆间的实时互联和信息共享。

相关业务的流量分流：适用于受限于传输和需要降低时延的场景。例如相关的企业园区和本地视频监控等场景。

相关业务的应用优化：包括抖音直播类应用和相关游戏加速类应用等。通过MEC技术的支持，可以提升视频质量，优化用户体验，并为实时的视频直播和在线游戏提供更高效的服务。

三、5G+MEC在某汽车制造业中的应用

（一）企业用户的业务流程

①用户需要实现对生产车间中AGV小车的远程控制。②在AGV小车上配备机械臂，用户可以远程控制机械臂对物品的抓取。③在AVG小车上的前置摄像头能够实时传回图像，并能够实现距离测量。

（二）企业用户的痛点

①传统WIFI下的远程操控时延较大，操作过程中可能会出现卡顿。②随着AGV小车数量的增加，调度平台受限于WIFI的速率，不能满足高并发连接需求。③现有网络不稳定，时常出现中断等情况，影响生产。

（三）企业业务需求

①企业的AGV小车与控制台之间的网络时延低于10ms。②网络保持平稳运行，不能出现中断，以免影响生产。③满足多台AGV小车的高并发连接需求。④考虑数据安全性，希望实现数据在本地不经过公网，直接进入企业私有网络。

（四）5G+MEC在实际应用中的网络组网

根据与客户的沟通，5G+MEC的组网方案被视为解决客户痛点及满足实际应用中对网络指标需求的最佳方案。

1.5G+MEC在企业应用中的优势

客户使用5G+MEC的组网方案具有以下的优势：

①实现对AGV小车的精准控制。AGV通过CPE接入MEC后，可以将视觉感知流量和控制信息分流至边缘云，实现毫秒级时延的控制。

②降低企业的成本引入MEC之后，可以为大量的AGV提供百Gbps级别的共享计算平台，打破了本地计算的限制。

③提升AGV作业效率。用户可以将自身的调度平台接入MEC平台，以提供强大的云计算能力，从而提高调度作业效率。

2. 5G+MEC在企业组网方案

根据前期沟通，MEC的前期配套部署已经完成，具体如下：①在企业生产厂区部署SA基站，并同步部署5G室内分布站点。②在企业园区附近的汇聚机房部署MEC平台。③在网络侧完成MEC和IPRAN承载网之间的网络互联。④完成MEC平台至用户调度生产平台内网的专线电路的申请。

配套部署完成以后，需要进行相应的联调：①实现AGV小车和CPE网络的互联，让AGV小车获取CPE所分配的地址。②实现IPRAN承载网与MEC平台的对接，可以通过静态路由的方式，也可以通过BGP VPN的方式进行对接。③实现5G基站至5GC控制面的路由打通，同时5GC平台还需通过专有的VPN通过承载网回归到MEC平台。④实现5G基站用户面的数据流与MEC平台的路由互通。⑤实现MEC平台与企业内网调度生产平台的路由互访，一般情况下与企业的防火墙进行互联即可。大部分企业不要求接入内网，企业至MEC平台的路由基本上通过NAT转换实现。

（五）传统网络与5G+MEC组网测试的网络结果对比

经过多次实验，从应用层面上来说，基于5G应用的MEC组成的网络下，AGV小车操纵顺畅，视频返回清楚，对中台的控制指令反应迅速，且未出现卡顿和抖动的情况。从数据层面上来说，基于5G应用的网络时延基本在8ms左右，而客户传统WIFI下的网络时延在16ms左右，时延降低50%左右，客户感知得到大幅度的提升。根据客户5G应用下和WIFI下的网络时延对比可明显看出5G+MEC的组网方式相对于传统WIFI的组网方式，在时延上有巨大改善，且在實际应用中，客户明显感受到了这一改善。通过5G+MEC这种组网方式实现时延的改善对于企业的自动化生产具有重要意义，能够助推企业生产的显著提升，经济效益凸显。

四、结束语

随着全国5G网络的覆盖越来越广，基于5G的应用将越来越多，无人驾驶、远程医疗等应用也越发普遍。这种新技术的普遍应用必将推动社会的快速发展。5G的到来，5G+互联网的应用正在成为社会发展的一种潮流，5G推动社会产生的效益正在日益显现。目前MEC的建设正在加速推进，客户将5G技术应用于生产的意愿也愈发强烈。因此，需要基于MEC平台，针对不同的用户以及不同的业务类型设计相应的解决方案，以加快该技术的应用推广，带动整个产业的蓬勃发展。

作者单位：段世田 滕幼琦 中国联合网络通信有限公司苏州市分公司网络部

参考文献

[1]张建敏，杨峰义，武洲云，等.多接入边缘计算（MEC）及关键技术[M].北京：人民邮电出版社，2019.

[2]俞一帆，任春明，阮磊峰，等.5G移动边缘计算[M].北京：人民邮电出版社，2017.