测试床/基于“5G+工业互联网”的无忧智能工厂

主要分析工业互联网产业联盟发布的工业互联网测试床之一——基于“5G+工业互联网”的无忧智能工厂。

测试床由鸿富锦精密电子（成都）有限公司+中国电信成都分公司共同研发。结合中国电信5G云网核心能力和SA独立组网，构建5G企业专网。

一、测试床架构

表1 测试床架构各层功能
层级	描述
边缘层	采集各种工业设备、传感器数据。
网络层	应用5G、IoT等多种网络技术，提供多种网络连接方式，保障设备间互联互通、网络通讯安全、服务器虚拟、海量数据仓储与计算。
平台层	整合DT（data technology，数据采集与边缘处理）、AT（analysis technology，经验知识模型与算法）、OT（operation technology，工业应用微服务组件）三大技术体系，实现数据管理、分析以及服务。
应用层	为特定客户、场景设计个性化的工业SaaS以及APP。
AI模型可发布为公有云API、设备SDK、私有服务器部署，可部署到边或云，实现计算的边云协同。

二、核心内容

1、将MEC下沉到企业，组建5G企业专网

具体的5G MEC企业专网特征表现为：

（1）MEC下沉部署到工厂，组建园区5G局域网，解决工厂数据不出园区的安全问题。和企业本地服务器间部署防火墙，实现隔离和访问控制，保障数据的安全快速传输。

（2）在园区下沉部署了园区专用UPF、基站以及接入STN设备，根据生产区域需求灵活部署无线基站，提供物理独享的5G专用网络。此外，UPF控制5G数据流向，进行数据本地分流，实现安全连接到园区各个网络，实现数据安全的双重保护。

5G终端通过园区专用DNN发起会话建立，具体流程为：

前置条件：终端配置专用DNN并在UDM上面签约专用DNN。

5G终端发起PDU会话建立请求，PDU Session Establishment Request消息携带专用DNN；
AMF向SMF发送创建SM上下文请求，PDU Session CreateSMContext Request消息包含了用户位置信息、RAT类型、DNN等；
SMF向AMF回复创建SM上下文响应；
SMF继续执行用户PDU会话建立流程，根据配置，SMF根据特定DNN为5G终端选择边缘UPF；
SMF向UPF发送N4会话建立请求，并提供要在该PDU会话的UPF上安装的分组检测（PDR）等；
UPF向SMF回复N4会话建立响应；
SMF发送PDU会话建立响应；
GTP隧道地址和TEID的相互通知，PDU会话创建成功。

表2 5G终端、网络的功能及配置要求
	功能及配置要求
5G终端	支持配置DNN信息，建议支持多PDU会话并发
5GC	1）SMF：支持根据终端签约的专用DNN选择边缘UPF； 2）UDM：用户签约专用DNN。

（3）与现有园区业务无缝连接，实现生产设备、传感器、控制系统、管理系统、工业应用系统等关键要素的泛在互联互通，以及生产区域网络全覆盖。

（4）5G网络切片提供定制的网络特性（大带宽、延时、容量等）、计算特性和存储资源特性，满足不同业务应用（基于数字孪生的设备运维管理、基于5G+AR的远程设备维修、基于5G+8K+AI事件识别的安全预警、基于5G+AGV 智能物流、）在网络方面的不同需求。

其他补充：

1、CMC芯片

CMC芯片集成逻辑控制、运动控制、输入输出、通信接口和存储等功能，不仅可独立应用于单体控制器，还可扩展形成大规模控制系统和物联网应用。可应用于智能家电、智能制造装备、汽车电子、工业互联网、工业机器人等行业。

表3 某司不同CMC芯片功能及应用
CMC芯片类型	通讯接口	特色功能	应用方向
CMC运动控制芯片	SPIx2；I2Cx1；UARTx1；以太网x1；CANx1；12路PWM输出	内置算法库，运动控制轴（4轴）	运动控制
CMC通用控制芯片	SPIx2；I2Cx1；UARTx1；以太网x2；12路PWM输出；最多80路可配置	逻辑控制、运动控制轴（4轴）	通用控制
CMC工业通信芯片	SPIx2；I2Cx1；UARTx2；以太网x1；CANx2	内置算法库，支持EPA接口和OPC服务器	工业通信网关
CMC基础控制芯片	SPIx1；UARTx1；2路PWM输出；9路ADC	LCD驱动，内置算法库	基本控制
CMC电机控制芯片	SPIx1；I2Cx1；UARTx3；18路ADC；6路DAC	LCD驱动，内置算法库	电机控制
CMC智能家电芯片	UARTx1；9路ADC；2路PWM输出	LCD驱动，内置算法库	基本控制