海能达5G工业互联网

一、行业背景1.1全球多国逐步推广5G商用,加速推进5G应用目前全球5G商用发展初具规模。截至2020年7月底,已有46个国家/地区的99家网络运营商表示开始提供5G业务(含固定无线和移动服务);截至

一、行业背景


1.1全球多国逐步推广5G商用,加速推进5G应用

目前全球5G商用发展初具规模。截至20207月底,已有46个国家/地区的99家网络运营商表示开始提供5G业务(含固定无线和移动服务);截至20208月,全球有24个国家/地区的47家运营商已开始计划部署或试验面向公众的5G SA网络。韩国、欧洲、美国、日本等国家和地区均积极推动5G建设,鼓励开展5G融合应用。5G产业生态逐步丰富,应用探索不断深入,5G促进经济社会发展效能初步显现。

1.2我国政府重视5G融合应用,地方积极开展5G应用示范

5G网络建设加快,为应用发展奠定基础。商用以来,我国5G网络建设加速推进,地方政府积极释放政策红利。截至目前,已累计开通5G基站超60万个,5G终端连接数超过1.5亿。SA(独立组网)已启动初步商用,为端到端网络切片技术的应用创造了基础条件。MEC(边缘计算技术)是5G低时延场景应用中的关键使能技术,据不完全统计,三大运营商已在国内40多个城市开展了100多个基于边缘计算的5G商业应用试点项目,覆盖了多个行业和应用场景,包括智慧园区、智慧工厂、智慧港口、智慧矿山等。

1.3智慧工厂成为5G典型场景

5G作为移动通信的最新一代技术,相比光纤固网,具备接入灵活的特点,更能适配新时代定制化生产的柔性制造的需求,其低时延、高可靠等特性,对工业生产的稳定性需求能有更好的保障。

5G+边缘计算可以解决工业互联网在异构网络融合、业务融合、数据融合、数据安全、隐私保护等方面的需求,使得无线技术应用于工业设备实时数据采集、控制、远程维护及调度、图像智能处理等领域成为可能。

目前,5G相对于有线和Wi-Fi的关系并不是替代,而是对特殊场景的补充和增益,如应用于AGVAR终端、机器人、无人车等移动性场景,以及光纤不易覆盖的户外场景,5G在智慧工厂中的应用探索成效已经初步显现。超高清视频监控、移动无人巡检等叠加赋能型应用,在现有工厂网络应用基础上,叠加5G网络应用,在非核心生产和管理业务方面有效补充、增强工厂管理能力。5G+机器视觉、AR/VR辅助装配等业务融合型应用,通过部署5G MEC(边缘计算基础设施),将5G技术与人工智能(AI)等新技术在边缘侧进行融合,解决原来AI技术受限于终端的处理能力及成本等问题,全面提升工业企业装备的智能化水平。随着5G技术及工业体系的不断升级,5G工业终端将越来越多的在生产中使用。在智慧工厂领域,5G+机器视觉正逐渐成为行业共性需求。对于制造企业而言,工业质检一直面临人工检测质量不稳定、招工难、留人难、培训难、成本高等难以解决的痛点。

未来,这类应用将逐渐平台化,与MEC等云计算能力结合。随着基于5G+MEC分布式机器视觉平台的大规模应用,将大幅降低工业生产和检测成本,提高工业生产效率,对全产业链产生巨大影响。同时高精度质检算法代替人工质检将改善车间工作环境、降低生产风险,推动安全、绿色生产,具有良好的经济和社会效益。

二、某车间项目需求分析


2.1 覆盖需求

 车间拟对厂区总装车间,转向架车间原wifi网络,进行5G网络改造。其中,总装车间要求覆盖面积约300m x 60m,转向架车间要求覆盖面积约120m x 15m,针对进行5G网络覆盖,平均信号强度RSRP,平均SINR,下载、上传吞吐量满足业务要求。

2.2 业务需求

本次项目聚焦5G+工业互联网应用,协助客户建立一整套智能运营解决方案。以数字车辆构型为载体,采集、存储车辆制造数据、检修数据、架修数据、运行监测数据,并运用算法、机理模型对数据进行挖掘、分析,逐步形成车辆全生命周期智能管理。通过本项目,可实现公司5G网络与智能制造生产、制造、维护工作流程的深度融合,辅助客户与与轨道业主运营密切相关的各系统间信息的高效传递和价值提升,加快智慧化运营转型升级。

建网初期,以5G CPE 提供wifi方式接入现有手持工业终端等设备,后期客户可升级到具有5G功能的终端直接接入5G网络。以5G网络互联为支撑,边缘计算、XRARVRMR)为技术载体实现车辆装备的优化控制、智能调度、状态监控、质量管控、远程运维,增强生产过程透明度,提高产品质量和生产效率,应用场景有:

ü  海量手持作业设备接入:支持海量终端接入,以手持PDA,工业PAD等为主,实现MESERP等工业应用,例如:实时监测,控制,作业电子流分发上报,图片视频传输等

ü  基于AR的辅助装配:设计、制造、销售和运维所有环节从平面感知升级到3D增强现实。

ü  远程运维与巡检辅助:一线技术人员佩戴AR眼镜,通过5G网络与后端技术专家实时交互,提升设备维护和巡检效率。

三、车间拓扑图

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总体拓扑图

四、部署说明

根据5G基站部署结构并结合车间建筑特点,制定如下方案:

Ø  总装车间

基站主设备一台BBU放置于总装车间东南角的原有大机柜中,基站拉远设备两台pHUB安装于我司小机柜中,放置在总装车间南侧,BBUpHUB通过光纤进行连接通信,基站信号发射设备12pRRU安装在总装车间顶部钢结构上。

Ø  转向架车间

基站拉远设备1pHUB安装于我司小机柜中,放置在转向架车间南侧中部,基站信号发射设备3pRRU安装在转向架车间南侧顶部线路走线架上。

总体安装示意图如下图4-2所示:

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4-2 总体安装示意图

其中需要考虑到核心网部署、基站主机BBU部署、基站扩展单元pHUB部署和基站远端PRRU部署。

五、设备介绍

5.1 核心网5GC

海能达5GC核心网支持虚拟化架构,运行在通用x86服务器 ,包括网元有:AMFSMFUPFUDMAUSFPCFNSSF。海能达5GC核心网基于容器化架构进行设计,用户容量及性能支持弹性扩容。 以联想SR550服务器为例(8核心16线程,32G内存,25G*2网卡),使用2台服务器搭建私有集群,可以支持10万用户,20G吞吐量。

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5.2 4G/5G双模(可选)基站-X86 O-RAN 开放式BBU

海能达自主研发的基带处理单元,采用成熟的软硬件平台,遵循3GPP和行业专网LTE-M/LTE-G标准的演进型移动宽带无线通信系统,由Intel X86平台,5G PCIE加速卡,4G PCIE加速卡构成。可按需选配单5G板卡、单4G板卡或4/5G双模共存。

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尺寸

1U

功耗

<500W

支持协议

SA R15 ASN.1

支持小区/载波

5GNR:2*100MHz 4T4R或者4*100MHz 2T2R

LTE:支持20MHz 1*FDD-LTE或者1*TDD-LTE

上链接口

5*10GSFP

下链接口

4*25G/10G SFP

工作温度

-5~55°C

特殊功能

支持CU,DU分离

支持本地分流/边缘计算

5.3 pHUB扩展单元

      海能达pHUB拓展单元更加经济化的设计,为客户降低升级负担。优化的散热方案,在提升散热效率的同时让设备拥有更好的噪音表现。

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上联接口

级联接口

下联接口

MAU接口(LTE)

3个上链10GSFP+接口,支持CPRI-10.1376Gbps,支持最大拉远2km

8个下链10GSFP+接口,支持CPRI-10.1376Gbps,支持最大拉远200m

级联支持

NR支持2级级联,不支持级联小区合并1

LTE不支持级联

最大支持载波规格

100MHz NR 4T4R +   20MHz LTE(FDD) 2T2R

输入电源      

电压输入范围:200~240VAC;频率输入范围:45-65Hz;输入电流:4A

静态功耗2

≤50W

整机功耗典型配置

整机功耗最大配置

450W

550W

尺寸与重量

尺寸:440mm * 310mm * 44mmL * W * H

重量:净重5.6kg

指示灯

运行状态灯、告警指示灯及电源灯

对外供电

采用RJ45接口形式,支持光电混合缆对外供电

对外供电能力

单口最高支持输出90W8口支持最高输出8×60W

散热方式

强制风冷,前后风道

安装方式

19”机柜安装、壁挂

 

 

 

可靠性及环境适应性

可靠性:年故障率≤2%

工作温度: -5~+55;相对湿度: 5%~95%

存储温度:-40°C70°C;存储湿度:5%~95%(无凝结)

工作湿度:5%~95%(无凝结)

工作大气压力:70   Kpa~106 Kpa

防护等级:IP31

电磁兼容性与安全性

电磁兼容:符合GB92543GPP TS 38.113 YD/T 1082YD/T 2583.17

接地:采用联合接地方式,且在接地电阻小于10Ω 时能正常工作

安全能力:满足GB4943.1-2011

 

5.4 pRRU远端单元

扩展型皮基站是一体化皮基站的演进形态,采用数字化技术,基于光纤或网线承载无线信号传输和分布的微功率室内覆盖方案。 主要用于低容量室内场景,是室内覆盖增强方案之一。

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工作频段(NR)

工作频段(LTE)

2515-2675MHz

1710-1735MHz/1805-1830MHz

信号带宽(NR)

信号带宽(LTE)

100MHz

20MHz

射频通道(NR)

射频通道(LTE)

4T4R

2T2R

单端口输出功率

单端口输出功率

24dBm±2dB

21dBm±2dB

满载功耗1

≤50W

小区峰值速率

上行峰值速率:170Mbps

下行峰值速率:750Mbps

调制方式

上行:π/2-BPSK、 QPSK、16QAM、64QAM

下行:QPSK、16QAM、64QAM、256QAM(NR)

天线

支持内外置天线切换

尺寸与重量

尺寸:218mm*222mm*60mm(高度为主机边缘高度,不含造型和挂架)

重量:主机不超过2.5Kg(不含安装挂架及配件)

指示灯

运行状态灯及电源灯

供电方式

支持光电混合缆供电。

散热方式

自然散热

安装方式

壁挂、吸顶

可靠性及环境适应性

可靠性:年故障率≤2%

工作温度: -5~+55;相对湿度: 5%~95%

存储温度:-40°C~70°C;存储湿度:5%~95%(无凝结)

工作湿度:5%~95%(无凝结)

工作大气压力:70 Kpa~106 Kpa

防护等级:IP31

电磁兼容性与安全性

电磁兼容:符合3GPP TS 38.113 (2017-12 R15)

接地:采用联合接地方式,且在接地电阻小于10Ω 时能正常工作

安全能力:满足GB 4943-2008《信息技术设备的安全》