捷普电子部署边缘云，提高柔性生产能力

近日，爱立信（中国）通信有限公司携手中国移动通信集团江苏有限公司、捷普电子（无锡）有限公司和哈工大机器人集团（HRG）圆满完成了5G 边缘计算数字工厂一阶段试点工作。四方通过爱立信在捷普电子部署的5G SA专享型入驻式边缘云，对工业制造生产环境中的典型应用场景进行了成功验证。

5G边缘计算，可以提供高可靠、低时延的移动接入，拓展了工厂应用在移动环境下的使用场景，为工业制造升级提供了通信保障。本次项目的成功实施，也为5G网络进入垂直行业市场积累了宝贵的工程数据和项目执行经验。

捷普电子自主研发的第二代图像质检系统，在边缘计算网络架构的支撑下，成功实现向云化系统架构的演进，在显著提高部署灵活性和易维护性的同时，也为系统功能的持续快速迭代创造了更高效的平台，更有力地支撑和满足日益突出的柔性生产能力要求。

基于爱立信最新的5G SA无线网络覆盖和边缘云虚拟化技术，哈工大机器人充分验证了云化AGV系统在复杂工厂环境中的物料运送和任务调度能力，在工业AGV系统与5G网络技术的融合课题上做出了积极实践，并为AGV云化技术演进和系统能力持续提升开拓出新的发展方向。

5G终端设备是5G网络最终接入生产环境的端设备，此项目也对多种5G终端设备进行了对比测试，确定了对业务端到端流程的完整支撑。

江苏移动无锡公司副总经理卢晓炯先生表示：“此项目验证了5G网络对制造业实际生产业务的支撑，为中国移动在相关行业的5G SA网络建设和推广积累了宝贵的实践经验，并在5G边缘计算对智能制造典型应用场景的支撑方面，起到了示范作用。”

捷普电子（无锡）有限公司总经理舒鹏先生表示：“这个项目让我们看到5G网络如何促进捷普典型生产应用的升级，并有效支持和满足不断增长的生产能力需求。我们期待着边缘云的早日的商业化。”

哈工大机器人集团副总经理韩勇先生表示：“5G边缘计算技术为典型工业AGV系统的技术演进提供了更加宽广的发展空间，借助5G边缘云，哈工大AGV系统的功能可扩展性和部署灵活性等多方面得到了显著提升，并充分利用了5G网络的稳定覆盖和良好的传输性能，确保了AGV在复杂的制造业生产环境中更加高效地工作。”

爱立信（中国）通信有限公司中国移动事业部CTO陈明博士表示：“爱立信协同多方共同参与捷普电子试点项目的成功实施，为5G 网络的行业应用与推广，培养出更多有实际企业项目经验的团队，能够为中国移动更好更快地推广5G 企业业务提供更好的支持。爱立信更有信心为中国移动和国内垂直行业提供专业的5G网络建设与服务。”

5G将渗透到各个垂直行业，5G的商用也将加速催生各行各业全新的应用场景。作为网络设备的提供商，爱立信将与我们的合作伙伴一起，共同推动5G网络在工业制造领域和各行各业的商业落地。

5G MEC业务系统架构和网络部署方案

基于在5G网络中以集成方式部署MEC系统的架构，本项目针对应用场景设计业务系统架构如图1所示。该系统架构从管理的维度分成电信域和应用域两个相对独立可解耦的组成部分，两个域之间在网络层互通以支撑处于电信域的终端设备到应用域的云端后台的数据双向传送，并采取必要的安全隔离以保证各自的系统独立性。

在电信域部分，中国移动授权频段(2.6GHz)对目标厂区实现5G信号连续覆盖，点系统经前传线路(CPRI)汇聚至厂区中心机房内的BBU基带设备单元，应用/业务数据的传送经由N3接口自BBU接入UPF，控制面信令接口N2则由BBU直接向位于运营商网络内的SMF网元对接。5G SA网络信令面基础设施分别通过N2接口和N4接口由江苏移动南京数据中心接入至捷普电子本地企业机房内的UPF节点和5G基带单元设备。

用于承载企业业务数据的用户面5G网元UPF部署在由OpenStack架构管理的通用x86服务器硬件服务器上，位于捷普电子生产厂区的中心机房内，其信令面接口N4经IP转接设备TOR和DC GW与无锡移动的5G信令链路接通，而所有业务数据的实际转发处理工作完全由UPF的N6接口承担，此接口在本方案中作为企业内部接口，IP地址由捷普电子IT部门统一规划管理，并与对外连接的控制面信令接口相互隔离。

如系统架构图1所示，橙色标识线代表的企业业务数据的流转完全在企业厂区内而确保满足数据不出厂的基本数据安全诉求。

在应用域部分，如图2所示，基于5G边缘计算的软硬件解耦系统架构，由通用x86硬件设备构成硬件资源环境，在容器化资源管理框架(K8S)的统一管理下向上层提供出标准通用的IT资源环境。

在本项目边缘计算整体方案中，在应用域IT环境中提供一个开放、标准、轻量级的边缘计算PaaS平台，即MECP，为工业APP提供通用PaaS服务。MECP平台具备IT资源整合、资源有效分配、开发测试环境统一、自动化交付使用、快捷部署和弹性扩展等特征。

边缘计算提供PaaS层服务，既能作为向企业用户提供的增值服务为运营商创收，又能降低应用上线的难度并提供统一的管理能力。与传统的PaaS云平台不同的是，边缘计算PaaS平台处于最靠近业务应用的位置，直接为应用的生命周期管理和资源编排提供了最便捷的工具和界面。

应用域的IT环境从网络架构上与UPF的N6接口位于同一IP网络环境，如前所述，这一网络环境的IP规划完全由捷普电子独立管理，将完全遵从企业的IT网络架构要求。

两种应用方案(AGV和AVI)

该方案提供两种应用方案，一种是云化AGV，一种是云化AVI(Auto Visual Inspection)。

AGV是基于自主移动导航能力可以处理简单重复业务的运输机器人。AGV目前在制造企业中被广泛应用于物流、上下料、仓储等环节。AGV通常使用基于电磁或光学等自动导引装置的自主定位技术，能够沿规定的导引路径行驶。当AGV在大面积区域内动态工作时，现有Wi-Fi等非授权频段无线技术存在的干扰、数据丢失、切换差等问题，无法保证稳定的网络连接环境。在长时间连续运行时，AGV需要更多的存储空间和更强的运算能力，单机处理能力难以承担。当涉及到AGV间协同时，对整体工作效率的目标催生了AGV决策功能需进一步抽象云化的需求。综上所述，为降低终端部署复杂度、进一步提升产品稳定性，AGV对于高可靠边缘网络的需求日益迫切。

本项目借助5G边缘计算网络架构对云化AGV进行了验证。如图3所示，5G无线覆盖提供更加可靠的宽带低时延的网络环境，解决了非授权频段无线技术在AGV应用中存在的典型缺陷。基于5G网络和云计算架构弹性分配计算资源以适应复杂环境中的空间定位与环境制图处理，实现AGV端与边缘云之间的算力协同规划，从而降低端侧数据处理能力需求。

其中，AGV管理应用以容器方式基于Ubuntu操作系统部署，AGV设备与5G UE集成，如图4所示。

利用5G低时延特性，实现AGV管理平台实时下发控制指令，确保产线上AGV机器人按照指令进行货物收货、分拣、入库、搬运、出库等操作。基于5G+MEC网络的端到端时延控制在10ms左右、抖动仅2ms(如图5所示)，有效保障了AGV在运行中的精准连续控制。

AVI是基于机器视觉和图像识别处理算法能力的专用检测设备，利用机器来取代依靠人力的视觉质检任务，可以保证视觉检测的质量，提升检测效率，并节省制造企业的人员培训投入。

目前捷普电子已经部署的单节点图像质检系统由于成本和操作复杂性的限制，难以实现灵活的柔性调度和扩展，并且各个单节点之间缺少数据共享机制和高效统一的系统维护和升级手段，单机上的硬件配置也带来本地维护的难度和成本过高。

如图6所示，在本项目实施方案中，将4K高清工业摄像头采集进入包装环节前的产品/材料图像，通过5G网络将数据传输至在MEC上部署的机器视觉质检系统，以识别产品信息并自动判断产品是否存在缺陷，并反馈分析结果。前端无外接线缆机动部署，轻量化架构降低维护成本，后台云系统同时支持多前端操作，并实现训练数据实时采集和模型持续优化在线更新。

AVI应用的网络部署架构如图7所示。

云化系统功能模块分工如图8所示，计算资源消耗型的功能模块已经从前端现场单元移植到边缘云上。在原系统功能架构的基础上设计了计算模型的训练与优化机制，实现训练数据实时采集和模型持续优化在线更新。

作为5G边缘计算网络能力对工业制造应用的支撑能力的验证，本项目专注在网络能力对应用的关键场景的支持情况并验证了整体云化架构设计的合理性和可推广性。由于此方案是对原有单机技术架构的重新设计，考虑到系统实现的复杂性，本项目在第一阶段优先完成云化架构基本能力的端云拆分，后期将逐步完善各个功能模块的完整能力和最终与生产执行系统(MES)的集成。