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MEC边缘云技术在马钢热电总厂CCPP项目中的应用与实践

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【摘要】 ? ?随着5G技术的快速发展，物联网作为信息技术的重要组成部分也得到了快速发展，为万物智联提供坚实技术保障。本文利用5G技术的优势，基于MEC边缘云技术，提出了智慧工厂的解决方案，并在马钢热电总厂CCPP项目中进行实践和探索，为5G技术在传统行业中的应用提供了实践经验。

【关键词】 ? ?5G网络 ? ?MEC边缘云技术 ? ?物联网 ? ?移动通信

前言

5G 网络是指的第五代移动通信网络，相较于第四代移动通信网络，它拥有更极致的体验，上行数据的速度超过10Gbps，但是下行数据的速度却小于20Gbps，。5G不但可以大幅度降低延时，并对网络整体效率答复提高，网络结构也变得更加简单，端到端延迟也将小于5毫秒以及每平方千米百万的连接数。不仅如此，5G技术将融入各行各业开启物联网时代，它将和大数据、云计算、人工智能等一起迎来信息通讯时代的黄金10年。视频领域、无人机领域、车联网、智能农业、智慧工厂、智能制造、智能电网、全球物流跟踪系统、市政抄表等，都将随着5G技术的发展而蓬勃发展。

1953年成立的马鞍山铁厂，这也是之后的马钢，又称为马钢股份有限公司。马钢热电总厂为了减少耗能，提高发电效率，为了能对煤气资源将進行更高效利用，准备用煤气置换出2台高温高压天然气锅炉，另选场地重新修建1座183MW燃气--蒸汽联合循环发电站（简称 CCPP）。为了提高生产的智能化和物联网的应用水平，2019年5月27日，马鞍山联通与马钢集团成立“中国联通5G创新中心马钢联合实验室”，确定组织架构及工作方案，对钢铁生产领域和CCPP项目进行5G实验和探索。

一、5G性能指标及优势分析

5G网络传输数据的速率能达到10-20Gbps，比4G网络提高了将近二十倍，用户的体验速度将会达到0.1Gbps-1Gbps，速度快了数十倍。流量密度目标值为10 Tbs/km2的5 G网络比4 G网络快100倍;网络能源效率提高100倍。

5G可联网设备的数量为100万/km2，而4G的可联网设备的数量仅为10万/km2，。在频谱效率方面，5G相对于4G 提升了3-5倍;5G的端到端时延达到了1ms，同样比第四代移动通信快了十倍。在手机方面，5 G支持高达500 km/h时速的通信环境速度提高了1.43倍。

为满足对5 G性能指标的要求，5 G将结合毫米波通信技术、D2D、新的多地址技术、超密集组网技术、大规模多天线技术与新的信息编码技术等关键技术。此外，5 G的解决方案将采取全新的架构：允许逻辑上独立的网络集合在一个通用物理信息基础架构上，又称“网络切片”。可以根据垂直行业的业务需求对网络切片进行定制，使5 G真正成为新一代全社会共享的信息基础设施。

二、MEC边缘云技术原理及应用

随着数字经济的蓬勃发展，5G网络与大数据、人工智能、虚拟增强现实、边缘计算等技术深度融合，为智慧城市、社交媒体、智能制造、自动驾驶等创新业务的发展注入新活力。MEC边缘云实现了低延迟、高带宽与本地化业务向网络边缘的下沉，是5 G数字化转型与网络重构的关键。数万个边缘节点帮助运营商打开了与垂直和OTT行业合作的心新模式，同时也是5 G体验优化的最后阶段。

2.1 MEC边缘云总体框架

基于以 DC为核心的全云化网络，中国联通构建了 MEC边缘云整体架构，通信云与MEC边缘云融合构建。根据集约化部署要求，管理面区集中， DC之间采用 SDN组网完成管理功能和远程配置。边缘云可以与私有云、公共云与通信云进行互通，达成云边的协同功能。

中国联通对于边缘云进行整体布局当中，依照集团集约化的要求，将对大区集中进行管理，业务也将更亲近用户，并且实现融合通信云建设。

省区域的DC：对MEC里面的管理面MEPM进行部署，并且与MEAO集团实现对接，MEPM管理本地所有以及边缘业务，将业务删除，维护以及开通得以实现。

地级市边缘DC ：通信云和边缘型云共同使用IaaS平台，边缘云业务直接由MEAO/MEPM管理。边缘云给予了与私有和公有云对接的功能，让云边协同得以实现。本地DC业务适用于对AR/VR、云游戏、VCDN和视频监控等业务的部署。

边缘级的边缘DC：为大型企业提供了数据延敏感业务以及数据本地化处理的部署。联通提供了通用与专用硬件与轻量化ME-IaaS相结合的方案，主要是因为边缘机房资源有限。边缘DC使用的是即插即用、极简运维与独立自制，提供本地分流功能，符合智能场馆、车联网以及工业控制等部署业务。

中国联通建立了 MEC边缘云全国管理中心，重点部署 MEAO，实现了与通信云NFVO、OSS之间的对接，接受全网软硬资源数据，提供统一LCM、统一配置、集中运维与统一编排的分发功能。联通边缘云创建了统一能力的开放性平台，并能将统一性的界面和接口提供给第三方。同时，联通 MEC边缘云使用的架构是SDN组网，对中心云以及边缘云进行统一管理，自动部署基础设施，为 VNF/APP按需动态提取 IaaS资源，包括网络、存储、计算，通过集中管理远程 SDN，整体运维效率得到提高。

2.2 MEC边缘云智慧工厂解决措施

作为工业智能化发展的重要模式，智慧工厂得到了业界的大力关注，智能工厂旨在通过工厂的信息化改造，提供高效、节能、绿色、环保、舒适的人机有效交互，快速的帮助工厂提高生产效率和降低工厂运营管理成本。

将智慧工厂涉及到的智慧路灯、摄像头监控、智能巡检小车等业务，通过MEC边缘云业务平台上的智能应用系统接入，MEC服务器部署在厂区机房，基站与核心网之间链路支持bypass切换，实现本地业务分流的同时保护业务连续不中断，系统自动识别需要处理的应用数据，分流至应用服务控制中心。

利用4/5G + MEC+物联网的部署方式更加灵活，缓解了电力行业厂区内线路施工维护的难度，有效节约创建费用。与此同时，边缘端的 AI应用加载，提供了方便快捷的智能分析与统计，减少了管理部门的监管压力，数据利用4/5G网络+MEC+物联网的方式，数据不出厂区，安全性得到保障，搭载在边缘侧的应用，比公有云响应更为及时。

三、马钢CCPP项目5G网络建设解决方案

3.1 项目组网方案

接入侧设备，如监控枪机、球机，厂内电力巡检机器人及各类数据采集设备通过联通室外型5G CPE接入5G专用基站，智慧照明系统利用NB-IoT窄带物联网技术，通过在单灯控制器内的物联网模组接入物联网专用频段，连接5G专用基站。经IPRAN移动承载网，利用L2VPN技术，数据流经过虚拟专用网络进入MEC服务器。应用数据流量经部署在厂区内的应用服务器处理，直接在客户监控中心进行可视化展示。

图1 ? ? 组网示意图

3.2 5G基站建设方案

根据马钢热电总厂CCPP项目业务需求，5G基站建设目标为马钢热电总厂CCPP项目应用场景全覆盖，全部使用5G宏站提供网络覆盖。解决方案为新建3个联通5G基站，利旧厂区南门20米外绿化带内存量铁塔一个，CCPP主厂房楼顶新建9m拉线塔1座，北主控楼楼顶新建15米拉线塔，所有天线挂高大概在32米左右，每个基站约覆盖300米左右的范围。经模拟测试，5G宏站覆盖效果良好，下行速率平均在970Mbps，上行速率平均约96Mbps。根据本次应用场景需求，本方案的按网络带宽预估使用率60%设计，网络带宽冗余到达40%。

根据新建厂区施工图，本项目建设面积近77500平方米，根据用户业务需求与联通网络规划安排，在光缆接通后确定基站具体建设方案。

3.3 光缆及局房配套资源建设方案

热电厂内无联通光缆资源，附近的马钢力生分场联通光交接间可提供光缆接入。从马钢力生分场联通光交接间新建一条24芯光缆至马钢热电总厂CCPP项目主控楼机房，具体实施进行实地路由勘查，使用管道或架杆接入。

3.4设备解决方案

（1）项目5G无线宏站建设采用64T64R、192阵子200W大功率宏站设备，单站采用标准扇区方式组网部署。

（2）项目采用中国联通自主研发的CUC-MEC边缘云业务服务平台。该平台较华为、中兴等设备制造商具有系统松耦合、设备自主采购，平台具有完全自主知识产权等多方面优势。

（3）5G CPE WIN产品可为各类终端提供便捷的5G接入能力，支持IP65级防尘防水功能，可供室外使用，极具性价比。本产品为5 G无线路由器，采用高通SDX55芯片，同时兼容网络5 G RF和4 G LTE，并能使用 sub 6 G SA/NSA两种模式的终端，四天线结构，可实现Wi-Fi信号覆盖面积更广，在5 G行业应用场景中广泛适用。5G CPE WIN支持LTE FDD、LTE TDD、SA和NSA 四种模式; NR MIMO允许2T4R;上行允许256 QAM;在2.5 ms双周期帧结背景之下NSA网络里面的上行速率能达到200Mbps;下行速率能够达到1.9Gbps，在2.5 ms双周期帧结背景之下SA网络里面的上行速率能达到330Mbps;下行速率能够达到1.5Gbps。

四、结语

本文对5G技术的优势和性能指标进行了分析，对 MEC边缘云技术原理进行了概述，并提出一 MEC边缘云技术为基础的智能工厂解决措施。针对马钢热电总厂CCPP项目，对项目组网、5G基站建设、光缆及局房配套资源建设和设备的选用提出了可行的实施方案，提高了马钢热电总厂CCPP项目的智能化水平，对提高企业智慧管理具有重要的意义和作用。

参 ?考 ?文 ?献

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