LTE工业无线互联专网宽带方案.docx

1、LTE工业无线互联专网宽带方案基于免授权频谱的LTE 工业无线互联专网宽带方案基于免授权频谱的 LTE 工业无线互联专网宽带方案1 概述当前行业无线网络应用中，基于Unlicensed 频谱的WiFi 是主流无线网络技术，但 Wifi 有诸多问题，制约行业无线的应用发展，比如 WiFi 在非视距场景下覆盖难以满足；在移动或高密场景时延不稳定；自干扰系统连接不可靠；覆盖距离短导致 AP 站点数量众多，选址和安装都存在困难，维护成本高等。随着LTE 技术在移动宽带的广泛应用，行业逐步引入 LTE 技术提升网络性能，但Licensed 频谱资源有限，基于Licensed 频谱的 LTE 技术无法广泛

2、应用，基于 Unlicensed 频谱的 LTE 技术应运而生，采用 Unlicensed 频谱提供 LTE 无线网络覆盖，兼有Wifi 的组网便捷性和 LTE 的稳定可靠的高性能，重点解决生产业务流中的“痛点”：覆盖、连接高可靠、抗干扰，成为承载企业园区和工厂内网无线工业互联更优质的解决方案。1.1 背景随着行业数字化的持续深入，工业领域对连接的诉求越来越高，虽然现场总线、工业以太以及基于 Wifi、RFID 等的无线技术的使用，实现了部分工业设备的连接，但更大部分的工业设备还属于没有任何连接的哑设备。据 HMS 公司分析，在工业领域的已连接部分，工业以太和工业无线持续发展，至 2018 年

3、 36 初，工业以太新增至 52%的份额（年度首次超过现场总线的42%），无线连接也以 32%的增长率快速增长（但无线连接还仅占到 6%左右的份额），随着工厂智能化的持续发展，工业领域对无线通信的期望越来越高。但工业厂矿园区分布零散，场景复杂，不具备建设一张无线通信大网的条件，也很难获取区域性专用通信频谱；而基于免授权频谱的 Wifi 技术在工业领域的应用中，逐步暴露出可靠性、安全性、稳定性、移动性等方面的不足，难以胜任更高性能的工业无线通信需求。1.2 实施目标针对工业园区难以申请专用频谱，Wifi 性能又无法满足需求的状况，基于免授权频谱引入高性能 4G/5G 蜂窝无线技术， 提升工业无线

4、网络性能，匹配工业互联业务诉求，加快行业数字化进程，助力工业领域产业升级，推进加快中国智能制造2025 宏伟目标的进程。1.3 适用范围eLTE-U 蜂窝无线专网解决方案主要适用于：智能制造、仓储物流领域智能装备（AGV、UAV 等）的无线通信、生产管理人员移动办公等业务；智能工厂、智慧医疗、 无人商店等领域的机器人无线通信业务；工业园区的移动巡检、移动视频、数据回传等业务；港口码头 AGV 转运车调度控制、RCMS 吊机检测、堆场管理等 TOS（港口运营管理）业务；轨道 交通生产领域的 CBTC 业务、PIS 业务、CCTV 等车地无线业务等。表 1 业务应用及场景特点 37 业务应用场景特

5、点各类型 AGV 控制通信仓储分拣 AGV：小型空旷环境，AGV 密度大，网络容量要求高；工厂、仓储搬运 AGV：无线环境复杂，工程复杂，移动范围较广， 通信可靠性、稳定性要求高，对时延有要求机器人无线控制通信活动范围大小不一，移动性要求高，自主控制类机器人要求具备点对点通信能力；工控类无线通信业务主要承载生产网安全控制数据，要求超低时延、高可靠性，通信速率要求不高；无线视频监控业务摄像头分布散，距离远，走线困难的场景是优势场景；环境恶劣，要求设备支持高防护等级；移动巡检业务电力变电站无人巡检：要求无缝覆盖以支持机器人无人自动巡检， 站内不能安装无线设备，设备仅能安装在周边。工业园区巡检：终端

6、需支持数据回传、视频回传以及 RFID 等近距离无线采集能力，油气石化等特殊行业有防爆要求；港口 TOS 业务港口泊位区金属遮挡严重，堆场区面积大，巷道长，干扰多，主要可视距传输，部分场景会有遮挡，无线基站只能安装于灯塔等设施，近海场景，需抗盐雾腐蚀。地铁车地业务要求支持高速移动（最高支持 120km/h）条件下稳定高可靠通信（CCTV 业务），和无线大带宽需求（上行 CCTV，下行 PIS 等业务）、轨旁设备状态回传要求大容量接入能力等。1.4 在工业互联网网络体系架构中的位置eLTE-U 无线专网解决方案主要针对工业互联网体系架构内的工厂内网场景，承载智能机器（如 AGV 等）与工厂控制系

7、统、智能机器与智能机器、工厂控制系统与工厂云平台等之间 的信息交互与通信需求。eLTE-U 通信技术提供的高可靠、高性能、可移动的数据传输能力，可以减少工厂内网复杂环境下有 线传输线缆的部署，适用于多种工厂内网环境的无线通信需求 场景。 38 2 需求分析图 1 工业互联网互联示意图2.1 智能制造、仓储物流等 AGV 业务需求AGV:(Automated Guided Vehicle)是智能工厂/智慧仓储的重要装备，已经被越来越广泛地应用在各个行业中，不同种类AGV 的应用场景差异较大，综合而言，AGV 对无线通信的需求主要体现在以下几个方面：抗干扰、支持移动性，通信性能稳定(时延100ms

8、),分拣仓库等特殊场景要求支持较大容量（单小区支持超过 100 台 AGV）等。2.2 工业和服务机器人业务需求机器人通信业务，除了和 AGV 类似的抗干扰、支持移动性、稳定性等方面的需求，为实现智能工厂、智慧医院、无人商店 等场景服务机器人之间的信息实时交互，还要考虑支持机器人 两两之间的点对点通信，便于由当前主流的集中式控制机器人 向更高级、更智能的自主控制机器人发展演进。2.3 港口TOS 系统业务需求 39 可以按照场景分为两大类：场景 1：地面深度覆盖（AGV） 场景，主要需求：移动性、小带宽、低时延、可靠连接(中低速移动：约 30Km/h,时延：100ms；带宽：下行100Kbps

9、；上行： 100150Kbps；高可靠性：普遍要求网络和设备冗余，保障业务的连续性)；场景 2：上行大容量（CCTV&视频监控类）场景，主要特点：上行带宽要求高、低时延、抗干扰和高可靠性（低时延：60 用户/小区）调度状况下，单用户端到端平均传输时延稳定在 50ms 左右。4 成功案例eLTE-U 网络解决方案已于 2017 年成功服务于华为东莞松山湖 HUB 仓自动化物流项目，海康机器人公司基于华为创新的5.8GHz 免授权频谱eLTE-U 无线专网方案，为该仓库提供智能仓储 AGV 及配套设备，实现仓库 7000 平方米的自动物流运输，大幅度的提高仓库运作效率。 仓库内景 基站及天线位置

10、AGV 小车图 8 现场设置由华为 eLTE-U 工业级蜂窝无线网络、海康智能仓储机器人、机器人调度系统（RCS）和智能仓储管理系统（iWMS）四大核心 模块组成的智能仓储解决方案，以机器换人为核心理念，工人 52 只需在工作台操作终端进行必要的操作，就实现了仓库“货到人”的先进技术，提升了仓库整体运作效率。eLTE-U 商用组网的另一个典型案例是上海洋山港四期自动化码头项目。上海洋山港是我国最大的集装箱深水港，洋山港四期项目中，华为公司联合振华重工集团建设了覆盖洋山四期全码头的 eLTE-U 无线专网，将港口 TOS 业务系统、集装箱水平运输系统和安全监控系统等无缝融合，引入大型 AGV 集装箱自动化搬运技术，实现集装箱搬运“无人化”作业，集装箱在码头的搬运全部靠无人驾驶的大型 AGV 车完成。洋山四期码头自2017 年 12 月 10 日商用开港以来，没有发生过一次因为网络问题而导致的业务停摆，可靠性得到充分检验和验证，助力洋四码头以全球最大的全自动化集装箱码头贯彻国家“一带一路” 战略，并通过经验分享，模式复制，引领全球全自动化码头建设。图 9 上海洋山港设备布设