張 芳，呂 鵬，陶偉宜（.中國電信股份有限公司浙江分公司，浙江 杭州 30000；.華信咨詢設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 3005）

1 概述

隨著生活水平的提高，人類對生產(chǎn)和作業(yè)環(huán)境的要求越來越高，特別在特種環(huán)境下（例如高溫、有毒、有害、粉塵、噪聲、爆炸、射線等）作業(yè)的勞動力已面臨危機。同時，單調(diào)、重復(fù)的體力勞動亦存在勞動力緊缺的難題，這些危機必將日趨嚴重。以AGV 或者遠程控制手段代替人在特種環(huán)境、高勞動強度環(huán)境下的直接勞動，是一條理想的出路。

AGV 技術(shù)目前正廣泛地被應(yīng)用于無人物流、倉儲以及工業(yè)生產(chǎn)過程中。目前AGV 一般采用分布式控制，主要采用的導(dǎo)航方式有磁條導(dǎo)航、電磁導(dǎo)航、視覺標記導(dǎo)航和激光導(dǎo)航。磁條導(dǎo)航、電磁導(dǎo)航、視覺標記導(dǎo)航方式均需要花費較高成本對AGV 的工作環(huán)境進行改造，靈活性較差，適用于場景固定、流程不變的場合。激光導(dǎo)航靈活、準確、高效，正逐漸取代以上幾種方式成為主流的導(dǎo)航方式，但激光傳感器成本相對較高，高密度運行時還可能存在互相干擾的問題。

目前，視覺定位技術(shù)，即采用未標記場景的圖像信息融合慣性測量單元傳感器數(shù)據(jù)進行全局定位和地圖構(gòu)建的技術(shù)（SLAM或VIO）已成熟，這種技術(shù)僅使用較低成本的傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)AGV 的定位與控制，但此技術(shù)需要的計算資源超出了一般低成本嵌入式計算機所能提供的范圍，需要相對高性能的計算機進行處理。因而，如果在單臺AGV 上部署高性能計算機，將導(dǎo)致單臺AGV 的成本過高；如果通過4G 或Wi-Fi技術(shù)將圖像信息傳輸至中心服務(wù)器進行處理，壓縮后圖像的清晰度會受到明顯影響，進而影響定位效果，并且無線通信的延遲與不穩(wěn)定性也會對AGV 的正常工作造成影響。

本文通過在某叉車廠區(qū)部署更高帶寬、更低延遲、更高穩(wěn)定性的5G 網(wǎng)絡(luò)進行圖像信息的傳輸，同時將計算資源部署在靠近AGV 處的MEC，研究MEC 在倉儲物流行業(yè)部署的可行性。

2 5G邊緣計算MEC

據(jù)IDC 預(yù)測，全球物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備安裝數(shù)量在2019 年達到256 億臺，2020 年將有超過500 億的終端與設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。Gartner 預(yù)測，未來有70%～75%的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)邊緣處理，這就要求網(wǎng)絡(luò)具有本地化處理、動態(tài)連接以及超強的計算能力。以云計算為核心的集中處理模式難以滿足“萬物互聯(lián)”在高帶寬、低時延、用戶體驗等諸多方面的迫切需求。

2016年，ETSI定義MEC為Multi-access Edge Com?puting，并將移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的邊緣計算應(yīng)用推廣至其他無線接入網(wǎng)絡(luò)（如Wi-Fi、Fixed Access）。除ETSI以外，第3 代合作伙伴（3GPP）及中國通信標準化協(xié)會（CCSA）也相繼啟動了相關(guān)工作，MEC 發(fā)展演進為5G移動通信系統(tǒng)的重要技術(shù)之一。

ETSI 定義的MEC 是在靠近移動用戶的RAN 網(wǎng)絡(luò)中，為用戶提供基于IT 架構(gòu)和云計算能力的平臺，部署位置靈活，可以部署在單基站、C-RAN 和城域等位置，還可以作為第三方集成平臺，按需在邊緣位置部署。因此，MEC 的部署，可以為ICT 產(chǎn)業(yè)帶來三大價值。

a）極低時延。MEC部署在靠近基站的接入環(huán)、接入?yún)R聚環(huán)等邊緣位置，使得內(nèi)容源最大程度地靠近終端用戶，甚至可以使終端能夠在本地直接訪問到內(nèi)容源，從數(shù)據(jù)傳輸路徑上降低了端到端業(yè)務(wù)響應(yīng)時延。

b）節(jié)省傳輸。據(jù)研究，未來有70%的互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容可以在靠近用戶的城域范圍內(nèi)終結(jié)。基于MEC 解決方案，可以將這些內(nèi)容存儲在本地，MEC 與終端用戶之間的傳輸距離縮短，流量在本地被卸載，節(jié)省了MEC 到核心網(wǎng)和Internet 的傳輸資源，進而為運營商節(jié)省約70%的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資。

c）能力開放。目前，越來越多的細分領(lǐng)域希望基于電信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)行業(yè)定制，通過MEC 提供開放的平臺實現(xiàn)電信行業(yè)和垂直行業(yè)的合作業(yè)務(wù)創(chuàng)新。ETSI 定義的MEC 是具備無線網(wǎng)絡(luò)能力開放和運營能力開放的平臺，MEC 通過公開API 的方式為運行在其平臺主機上的第三方應(yīng)用提供無線網(wǎng)絡(luò)信息、位置信息、業(yè)務(wù)使能控制等多種服務(wù)。

綜上，MEC 通過支持本地流量的分流（LBO——Local Breakout），作為遠端模塊下移到邊緣部署，可滿足各種OTT 業(yè)務(wù)或mCDN 下移部署和企業(yè)/場館本地分流的要求。

3 網(wǎng)絡(luò)部署方案

為了驗證MEC 在工業(yè)控制應(yīng)用的可行性，驗證邊緣部署UPF+MEC 能否滿足現(xiàn)場叉車控制需求，某運營商基于某叉車廠的應(yīng)用需求，采用5G 網(wǎng)絡(luò)+MEC 技術(shù)在現(xiàn)網(wǎng)部署，組網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

a）中控室改裝。5G CPE+多屏顯示器+多控制臺+MEC 邊緣服務(wù)器，控制臺連接邊緣服務(wù)器獲取遠程叉車的數(shù)據(jù)，并下發(fā)控制員的指令。

b）叉車改裝。加裝5G CPE+控制盒+多自由度監(jiān)控攝像頭，控制盒連接攝像頭與車體傳感器、控制單元，通過5G與MEC邊緣服務(wù)器進行實時交互。

在測試過程中，發(fā)現(xiàn)叉車運行速度一般不超過5 m/s，但其控制仍然對延遲非常敏感，一般超過50 ms的延遲就會對叉車產(chǎn)生明顯的影響。5G 網(wǎng)絡(luò)的低時延，使得中控室發(fā)出的控制信號被控制在可接受范圍之內(nèi)到達叉車。同時，由于視覺定位算法對于圖像質(zhì)量較為敏感，叉車上的高清攝像頭拍攝的圖像傳輸碼率高，5G 網(wǎng)絡(luò)能提供足夠的空口吞吐量，圖像可近無損地傳輸?shù)街锌厥业腗EC服務(wù)器。

經(jīng)試點測試，對于叉車AGV 場景，通過下移部署的MEC，在廠區(qū)控制臺連接邊緣服務(wù)器可獲取遠程叉車的位置數(shù)據(jù)，一方面滿足了大算力的計算需求，另一方面增強了數(shù)據(jù)傳輸交互的實時性，避免了流量在核心網(wǎng)的迂回，減少了業(yè)務(wù)傳輸時延。

4 5G網(wǎng)絡(luò)對比Wi-Fi的可靠性測試

4.1 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)理論分析

本文從頻譜、移動性、干擾、安全性及QoS 等方面對基于5G 網(wǎng)絡(luò)和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)部署進行了對比分析，如表1所示。

4.2 5G和Wi-Fi連接對比分析

在某叉車廠部署現(xiàn)場，分別采用5G 技術(shù)和Wi-Fi技術(shù)與叉車設(shè)備進行連接，時延和帶寬對比測試結(jié)果如表2 所示。時延對比如圖2 所示。帶寬對比如圖3所示。

4.3 測試結(jié)果分析

時延：AGV 的運行需要和控制平臺保持通信，如果網(wǎng)絡(luò)不佳，時延大于50 ms，AGV 就會停止行駛，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后才會繼續(xù)行駛。

現(xiàn)場測試的結(jié)果表明，如果是在單設(shè)備靜止連接的情況下，連接Wi-Fi 和5G 的時延差別不大，均在20 ms以內(nèi)，但在多設(shè)備同時連接的移動場景，Wi-Fi的時延比5G 要大70%左右，而5G 的時延能穩(wěn)定在20 ms內(nèi)。

帶寬：目前測試AGV 的運行只是傳遞小的文件數(shù)據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)帶寬要求不高，但后續(xù)如使用視覺導(dǎo)航技術(shù)，則對上行帶寬要求較高，至少要保證每路30 Mbit/s的上行帶寬。

現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)目前Wi-Fi的上行帶寬均沒有超過20 Mbit/s，而5G 的上行帶寬均保持在100 Mbit/s 以上，可以保證視覺導(dǎo)航的帶寬要求。

表1 5G網(wǎng)絡(luò)和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)部署對比

表2 時延和帶寬對比測試結(jié)果

圖2 時延對比圖

圖3 帶寬對比圖

5 結(jié)論

本項目研究的智能叉車借助5G+MEC 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，提高了物流效率，降低了企業(yè)的綜合成本，未來類似的本地分流技術(shù)的部署和應(yīng)用可在更多的行業(yè)應(yīng)用中復(fù)制和推廣。

綜上所述，建設(shè)5G+MEC 網(wǎng)絡(luò)來支撐工業(yè)企業(yè)的智能化業(yè)務(wù)契合運營商網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略方向，為未來5G垂直行業(yè)業(yè)務(wù)部署進行了技術(shù)儲備，也為后續(xù)大規(guī)模MEC專網(wǎng)部署積累了經(jīng)驗。