洪成洋，劉 洋

（中通服咨詢設計研究院有限責任公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

物流行業(yè)是支持國家發(fā)展的的基礎性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，優(yōu)質(zhì)的物流服務與高效的運營能促進社會、經(jīng)濟的高速發(fā)展[1]。特別是自2019年起，貨物跨地轉移數(shù)量急劇增長、頻次愈加頻繁，服務范圍更加廣闊，整個物流業(yè)呈現(xiàn)了復雜多變的形態(tài)。在此背景下，現(xiàn)代物流供應鏈中的訂單、倉儲、運輸和配送等各個環(huán)節(jié)急需最前沿信息技術升級改造，全面提升物流供應鏈的智慧化水平。其中以倉儲最為重要，但當前物流倉儲存在三大困難：成本高、效率低、數(shù)字化程度低。成本高主要體現(xiàn)在倉儲作業(yè)還是傳統(tǒng)的人工模式，用人成本的不斷攀升；效率低主要表現(xiàn)在網(wǎng)絡化、集約化程度低，資源共享程度低，在攬配等物流作業(yè)環(huán)節(jié)自動化程度低；數(shù)字化程度低是指在信息化、數(shù)字化、智能化長期發(fā)展戰(zhàn)略上尚未形成體系，很難最大化地發(fā)揮出大數(shù)據(jù)、人工智能等技術的優(yōu)勢[2]。因此物流倉儲與人工智能、AR/VR、區(qū)塊鏈等新技術的融合創(chuàng)新成了必然趨勢[2]。這些新技術對無線通信的帶寬、時延、接入能力提出了更高的要求。5G 作為革命性通信技術，具有超越光纖的無線傳輸速度、超越工業(yè)總線的實時能力以及全空間的連接能力，能夠與新技術有機融合，解決物流領域的很多重要問題，從而實現(xiàn)倉儲智能化、無人化，推動物流業(yè)成功轉型[3]。

1 智慧倉儲對5G業(yè)務需求分析

物流倉儲的發(fā)展方向是倉配一體化、無人化、園區(qū)化。在一個省級物流園內(nèi)，倉儲工作區(qū)可達數(shù)萬平方米，為了對土地進行更加集中的利用，倉儲工作區(qū)一般是使用層格式貨架或高層貨架這類高架倉庫。倉內(nèi)還有貨物存取和輸送系統(tǒng)，承擔貨物存取、出入倉庫的功能，常見的輸送系統(tǒng)有傳輸帶、穿梭車、自動導引車、智能分揀機器人、叉車以及拆碼垛機器人等[4]。裝卸機械承擔貨物出入庫裝車或卸車的工作，一般由行車、吊車、叉車等裝卸機械組成[5]。此外，倉儲內(nèi)布放著千萬級別數(shù)量的多種類型傳感器，傳感器采集倉儲內(nèi)環(huán)境狀態(tài)，傳輸帶運行等各種信息，并轉化為轉為電信號數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)將為智慧中央平臺實時了解當前整個倉庫各個環(huán)節(jié)運行情況提供了支撐，中央平臺通過大數(shù)據(jù)、人工智能等手段處理、分析數(shù)據(jù)，生成決策指令，指導庫內(nèi)作業(yè)單元工作。但是由于在擁擠的空間中存在著大型金屬機器，電磁波的傳播環(huán)境非常惡劣，來自機械機器人、傳感器等的高流量可能會使網(wǎng)絡超載，并引起干擾，來自業(yè)務程序對安全性、可靠性的額外限制，也增加了對網(wǎng)絡資源的需求。在當前，倉儲作業(yè)仍以傳統(tǒng)WiFi+工業(yè)總線作為主要的通信手段，搬運AGV、AMR，機械臂等智能設備通過WiFi無線或者工業(yè)總線與控制系統(tǒng)、運維系統(tǒng)進行指令與數(shù)據(jù)的通信，然而隨著業(yè)務增長，倉儲智能設備越來越智能化，規(guī)模也越來越大，設備與控制系統(tǒng)、運維平臺的通信量也隨之增大，對無線網(wǎng)絡通信帶寬、可靠性及通信延時要求變的更高。主要挑戰(zhàn)包括：（1）單一的無線AP無法覆蓋整個倉庫范圍，WiFi 接入容易存在切換丟包、網(wǎng)絡穩(wěn)定性差等問題，降低倉儲生產(chǎn)線的工作效率[6]；（2）有線通信限制機器人的移動；（3）倉庫控制系統(tǒng)（Warehouse Control System，WCS）、倉庫管理系統(tǒng)（Warehouse Management System，WMS）、地面控制系統(tǒng)、運維系統(tǒng)等服務集群采用本地部署方式，并通過局域網(wǎng)與倉儲管能設備進行通信，系統(tǒng)部署難度大、成本高、硬件資源存在忙時閑時利用不均衡，遠程維護困難。此外，在引入人工智能、AR/VR、區(qū)塊鏈等新一代技術后，傳統(tǒng)通信模式變得更加難堪。人工智能業(yè)務要求很大的流量寬帶，帶寬要求≥40 Mb/s；智能機器人對時延和可靠性極其敏感，連接時延要達到10 ms以下，甚至是1 ms的級別；倉儲內(nèi)各種物聯(lián)傳感器對數(shù)據(jù)速率要求較低，屬于小數(shù)據(jù)包業(yè)務，但千萬級別規(guī)模，信令交互連接可能導致信令風暴。

2 5G MEC智慧倉儲專網(wǎng)設計方案

建設5G MEC倉儲專網(wǎng)可以解決上述通信困難，并實現(xiàn)倉儲內(nèi)所有智能終端“一網(wǎng)統(tǒng)管”，通信資源按需分配，為其他信息技術打造智慧物流奠定堅實的通信基礎。5G MEC專網(wǎng)的優(yōu)勢在于以下幾點。

（1）5G專線部署與公網(wǎng)完全隔離，避免通信干擾擁塞。

（2）核心網(wǎng)用戶面功能下沉，MEC在靠近行業(yè)數(shù)據(jù)源的移動邊緣網(wǎng)絡側，部署計算、網(wǎng)絡和存儲能力，可以直接獲取的實時無線網(wǎng)絡信息（如用戶位置、基站負載等）的業(yè)務環(huán)境，避免了流量在核心網(wǎng)的迂回，減少了業(yè)務傳輸時延。此外倉儲智能設備主控上運行的導航定位、激光雷達、視覺圖像識別及環(huán)境感知等需要復雜計算能力需求、WCS、WMS、地面控制系統(tǒng)、運維平臺的需求上移到5G的邊緣計算服務器上，以實現(xiàn)云端算力下沉，終端算力上移，從而在邊緣計算節(jié)點形成兼顧時延，成本和算力的匯聚點[7]。

（3）業(yè)務本地閉環(huán)，滿足行業(yè)客戶對企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全與私隱保護的要求。

2.1 運營商虛擬專網(wǎng)方案

5G網(wǎng)絡切片技術可將運營商的物理網(wǎng)絡切分，構建多個專用的、按需定制的虛擬的邏輯網(wǎng)絡[7]，5G網(wǎng)絡在核心網(wǎng)/承載網(wǎng)/無線網(wǎng)按需配置好子切片，MEC部署在靠近物流倉儲附近的結點上。這種端到端切片形成的虛擬專網(wǎng)方案優(yōu)點是：（1）網(wǎng)絡部署快捷，物流企業(yè)不需維護；（2）通信質(zhì)量有運營商保障。但缺點也很明顯，即：（1）受運營商MEC部署位置影響，通信低時延可能無法保障；（2）用戶信息與生產(chǎn)數(shù)據(jù)離開園區(qū)，安全性取決于虛擬網(wǎng)絡的質(zhì)量。

為了滿足物流企業(yè)對數(shù)據(jù)留在園區(qū)的需求，提出建設物理5G網(wǎng)絡的方案，根據(jù)是否需要在企業(yè)內(nèi)部建設完整的核心網(wǎng)，可將方案劃分為混合專網(wǎng)與獨立專網(wǎng)。

2.2 混合專網(wǎng)方案

方案一如圖1（a）所示，通信運營商在企業(yè)的倉儲作業(yè)區(qū)內(nèi)部署5G基站，核心網(wǎng)的控制面功能仍然由公網(wǎng)承擔，但將用戶面（UCF）下沉到企業(yè)園區(qū)機房內(nèi)，MEC就近部署[8]。MEC與UPF通過N6接口相連，UPF通過N6接口與企業(yè)內(nèi)網(wǎng)相連。從圖中可以看出，5G基站資源與傳輸資源是共享資源，滿足企業(yè)用戶與普通用戶的使用。但通過分流，ULCLUPF將企業(yè)內(nèi)部的使用的業(yè)務與一般的業(yè)務區(qū)分開來，并分別通過主/輔錨點UPF，送達給中心網(wǎng)絡或本地網(wǎng)絡。這種混合專網(wǎng)既能保障時延要求，又能滿足數(shù)據(jù)安全地保留在工業(yè)園區(qū)，本地流量本地消化。方案二如圖1（b）所示，相比于方案一，運營商分離了承載網(wǎng)，并增加5G基站數(shù)量或者載波數(shù)，目的是使企業(yè)用戶能獨占整個基站。這種方案的優(yōu)點是超低時延、數(shù)據(jù)安全，缺點是部署后期維護成本都很高。

圖1 混合專網(wǎng)建設方案

2.3 獨立專網(wǎng)方案

對于自主控制要求更高的大企業(yè)客戶，獨立專網(wǎng)是個良好的方案。

如圖2所示，運營商為物流企業(yè)建設獨享的、完整的5G網(wǎng)絡，包括獨享5G基站、獨立的承載網(wǎng)以及獨享的核心網(wǎng)，實現(xiàn)與公網(wǎng)完全隔離。一般用戶走公網(wǎng)通信，企業(yè)用戶數(shù)據(jù)走專屬通道直接回傳到企業(yè)本地網(wǎng)或者經(jīng)企業(yè)級核心網(wǎng)轉發(fā)到遠程企業(yè)云。本地網(wǎng)部署邊緣云算力，提供彈性擴展的存儲、計算、網(wǎng)絡能力，使得數(shù)據(jù)管理更智能、存儲方式更靈活。少部分全局性的用戶面數(shù)據(jù)則送到企業(yè)云端進行全局處理，實現(xiàn)邊緣計算和云端計算保持高效協(xié)同、合理分擔運算任務。

圖2 獨立專網(wǎng)建設方案

綜上，企業(yè)可以根據(jù)自身需求（包括數(shù)據(jù)安全性、部署維護成本等因素）選擇合適的組網(wǎng)模式。

3 結 論

未來，將從以下幾個方面深入研究，以促進物流業(yè)更進一步智慧化。首先，加強基礎技術研究，結合5G通信技術，在智慧物流領域深化AI機器人、增強現(xiàn)實等關鍵技術的突破。其次，促進國家統(tǒng)一標準的制定，加強5G在物流應用的標準制定與推廣，將相關上下游的企業(yè)納入到5G智慧物流產(chǎn)業(yè)的生態(tài)鏈中，從而使5G智慧物流不斷地與新的經(jīng)濟模式不斷地融合推進和發(fā)展。最后，積極推動應用落地，推動更多場景的5G技術落地，實現(xiàn)物流全環(huán)節(jié)人員、設備、數(shù)據(jù)的互聯(lián)和園區(qū)倉儲站點、車輛、末端設備等全流程基礎設施的互通，實現(xiàn) 5G 及相關智慧技術在物流行業(yè)的深度融合。