一、工业级CPE的定义
CPE(Customer Premises Equipment)即用户站设备。它是设置在用户站点的通信设备,用于实现用户的接入和组网。工业级CPE则是专门面向工业场景而设计的CPE设备,它具备工业级的性能指标,能够适应工业环境的复杂应用。
与普通CPE相比,工业级CPE在抗干扰性、稳定性、安全性等方面有更高的要求。同时它还需要提供确定性能力以满足工业控制的实时性需求。此外,工业级CPE通常还具备专业的网络管理和维护功能。
二、5G在工业场景中的优势
5G作为一个全新的移动通信技术,将为工业带来三大革命性的能力:
1、eMBB超高速率传输能力
5G系统峰值速率可达20Gbps,即使在行动环境下,用户体验速率也可达几百Mbps。这将大幅提升工业现场的无线连接速率与系统响应能力。
2、URLLC极高可靠低时延通信能力
5G可提供1ms以内的无线电时延和99.999%的高可靠性,满足对通信实时性与稳定性要求极高的工业控制场景。
3、mMTC海量连接能力
单个5G小基站可支持百万级别的连接设备。这有助于构建涵盖工业现场全部 IoT 设备的无线网络。
基于这三大能力,5G将可极大改造和提升工业系统的架构、流程与业务形态。
三、工业级CPE在5G工业局域网中的角色
工业局域网是应用于工业环境的局域网,可为工业现场提供有线或无线的连接服务。而5G工业局域网,是以5G为基础打造的高可靠、低时延、高速率的无线局域网。
在5G工业局域网中,工业级CPE将发挥以下核心作用:
1、工业用户与5G系统的接入点
工业级CPE承担用户站设备的功能,作为终端用户与5G核心网的接入接口。通过CPE设备完成5G系统的注册接入、身份验证、地址分配等访问流程。
2、工业设备的网络组网中心
CPE实现本地域网的路由转发、组网管理和安全控制功能。组建专用的工业局域网,并与5G系统接口互联,实现工业设备与外部网络的通信联接。
3、工业应用和流量的管理平台
工业级CPE可承载各类工业应用,对连接的设备和运行中的工业流量实施细粒度的控制与管理。通过流分类、铺径控制、时延保障等手段提升关键业务的性能。
4、计算资源池和应用平台
CPE可集成MEC(Multi-access Edge Computing)服务器,向接入设备开放边缘计算、存储和网络资源。并可在此基础上部署各类工业应用,形成工业专网边缘的“云化”应用平台。
5、运维管理与网络分析平台
CPE设备具备完善的网络运维和性能分析功能,实现7*24小时的全天候监控。同时还可配合工业防火墙、VPN设备为专网数据与终端实现全方位的安全防护。
四、典型的工业场景应用实践
基于5G工业局域网和工业级CPE设备,可构建涵盖人、机、物一体化的智能化工业应用场景。典型的应用场景包括:无人车间、远程机器人控制、AR辅助生产和维护、视频监控与图像分析等。
1、无人车间
利用5G工业专网部署覆盖整个工厂区域的无线连接,并使用AGV和其他移动机器人替代人工进行流水线作业、物料搬运等任务,实现车间自动化生产。
2、远程机器人控制
通过5G系统实现对作业机器人的远程操控,进行危险环境的施工作业或实现跨区域的机器人远控合作。
3、AR辅助生产和维护
使用CPE组网的终端眼镜、手持设备,显示实时的作业指引、设备性能和报警信息,利用AR/MR技术辅助工作者进行操作与维护。
4、视频监控与图像分析
5G连接的高清工业摄像机可进行多角度的现场监控。同时使用智能视频分析算法,自动分析图像内容并实时上报关键事件警报。
五、展望
5G作为新一代信息通信技术,必将深刻改变和重塑未来工业面貌。基于5G构建的工业互联网生态,也为工业级CPE的创新应用提供了广阔的空间。
在不远的未来,工业级CPE将向着更高集成度与通用化方向发展:采用模块化设计可根据需求组装和定制;开放的平台接口可灵活接入更多工业设备与应用; deploy-anywhere的ANY CPE容器,将K8S等云原生技术引入工业网络,实现CPE的云化部署与管理。
