1.1 引言/導讀

江蘇亨通光電股份有限公司成立于 1993 年，于2003年8月在上海證券交易所掛牌上市（SH.600487）,總部位于中國蘇州, 全國布局13個省市，擁有海外10大產業研發基地，在俄羅斯、中東、南非、南美、東南亞等30多個國家和地區設立營銷和技術服務機構，業務范圍覆蓋150個國家和地區。亨通光電擁有完整的光電線纜產業群：自主產權的“光棒-光纖-光纜”光通信產業鏈及全系列“FTTX”的ODN研發與制造，引領光網城市的全系列產品產業群；海底光電復合纜及海底光纜、海底超高壓電力纜、全系列的電力電纜產業群；機車、軌道交通、海洋工程、新能源等領域用電氣裝備電纜產業群等。此外，在2019年中國企業500強中，亨通排名第187位，在中國民營企業500強排名更是達到了54位。

對于傳統的工業園區進行智能化改造，網絡部署是基礎，無線網絡的部署相對于有線光纖光纜的部署是最經濟有效的手段， 5G技術較好的契合了工業應用對于無線網絡的需求，工業企業引入5G網絡部署是未來發展的必然方向。亨通光電“5G+工業互聯網”智慧園區通過鋪設5G網絡基礎設施，并有效結合工業互聯網平臺的建設，開展“5G+工業互聯網”融合創新應用，為國內5G網絡在工業制造業企業的建設及應用的普及，樹立示范、試點的標桿。

此次項目的業務創新性：

（1）率先在通信線纜行業建設“5G+工業互聯網”智慧園區

亨通光電率先建立通信線纜行業基于“5G+工業互聯網”智慧園區。通過5G技術與工業互聯網平臺的融合應用，利用5G的高速率、低延時等特點，實現通信產業鏈的上下游整合，積累大量的APP、機理模型、微服務等。通過5G網絡與邊緣計算及人工智能等技術的融合應用，能夠整合亨通光纖園區內各個生產車間、運行模塊的資源，提升企業安防級別及其他園區內公共服務，打造數字化、網絡化、智能化以及可復制的智慧園區。

（2）自研3款5G工業終端

自主研發了三款工業級5G智能網關：5G低速智能網關、5G高速智能網關以及5G智慧型智能網關。

5G低速工業互聯智能網關是專為取代LTE智能網關而研發。主要用于平時數據量不大，實時性要求也不高。但是在出現緊急情況時能夠滿足一段時間內大數據量的傳輸要求。

5G高速工業互聯智能網關主要為傳輸數據量大，延時要求高場景而開發。5G高速工業互聯智能網關具有Wi-Fi6接口、以太網接口、語音接口并具有5G上聯和10GPON上聯功能的綜合性網關。為智能工廠提供高達10G以上的高速數據接入互聯網。同時Wi-Fi6為企業局域網高速互通提供技術保障。Wi-Fi Mesh功能為智能工廠采用靈活的無線組網提供了可能。另外5G和10GPON主備份鏈路設計為智能工廠上行鏈路保持通暢提供了保障。

5G智慧型工業互聯智能網關是專為人工智能機器人設計的專業性網關。5G物聯網型網關具有雙CPU，擁有豐富的物聯網接口。不僅具有網關AP的功能，而且能給智能設備提供相應的語音輸入、測距、定位等輔助性功能。另外強大的FPGA處理能力還能給智能設備提供前端決策能力。

（3）5G超低時延PLC控制應用實現5G工業典型應用場景的落地實施

在5G+工業安防、5G+移動生產管理、5G+智慧協同、5G+工廠數據集成、5G+物資、車輛定位、調度、5G+能耗管理、5G+智慧倉儲物流、智能桁架、機器人等方面打造典型應用場景，覆蓋核心生產環節，相關典型應用具備可復制可推廣條件。   

1.2 關鍵詞

5G+工業互聯網，5G超低延時，PLC控制

1.3 測試床項目承接主體

1.3.1 發起公司和主要聯系人聯系方式

江蘇亨通光電股份有限公司  軒傳吳 15722617890

中國移動通信集團江蘇有限公司蘇州分公司 盛忠 13912720901

1.3.2 合作公司

中國移動通信集團江蘇有限公司蘇州分公司

1.4 測試床項目目標

重點驗證5G網絡中低時延低抖動在工廠生產實際PLC控制應用。為滿足工廠柔性化生產需求，往往需根據生產訂單量、訂單產品結構，自由調整產線設備數量、產線設備位置及整線產線內部各部件，各部件作為獨立終端接入工業互聯網，進行設備集中傳控，對網絡時延提出了很高的要求。其他移動類設備，如智能倉儲傳輸、工業機器人、機械臂等根據不同的應用場景和移動速度，也同樣需要網絡滿足超低時延傳輸。傳統PLC控制系統掃描時間約10ms左右，因此整體網絡時延如果能達到10ms，就能大規模應用在工業控制網絡中，使5G工業互聯網更廣泛應用于工業制造。

本測試床項目目標是在實際工廠生產環境下，實現目標生產設備5G控制、智能桁架5G控制等實際5G工業應用中PLC通過5G無線網絡傳輸控制網絡時延達到10ms級，波動小于3ms的確定性網絡。

1.5 測試床方案架構

1.5.1 測試床應用場景

1．靈活組網

一方面可以解決目前車間改造過程中布線不方便或者無法布線的困難；另一方面，也可以替代現有的WiFi等無線或有線連接方式，簡化傳輸環境。

2．智能化生產運營

實現工廠內5G工業互聯的業務場景、5G網絡覆蓋和移動邊緣計算（MEC）等能力，在5G網絡覆蓋的基礎上，通過平臺搭建、終端硬件敷設、應用開發，可實現廠區安防智能化、生產過程協同制造、表面缺陷實時分析、生產設備數據集中控制、車輛物資調度、能耗智能管理、立庫平臺化調用。通過5G工業互聯網，實現客戶需求從大規模制造向小批量、多品種的個性化需求轉型。

1.5.2 測試床架構

測試床遵循 AII 總體架構進行搭建，重點測試 5G低時延低抖動在工業網絡PLC控制應用

1.5.3 測試床方案

主要涵蓋5G+協同制造、智能制造，并在產品保障體系的基礎上通過數據集成、系統集成，在5G低時延低抖動網絡的基礎上構建工廠智能制造與5G工業互聯網的集成應用整體解決方案。如下圖1所示為生產制造工廠框圖，圖2為網絡拓撲示意圖。

圖：生產制造工廠框圖

圖：網絡部署方案

1．無線部署方案：

網絡架構：為了支持增強型移動寬帶（eMBB）、超高可靠與低延遲（uRLLC）、大規模機器類通信（mMTC）等多種業務應用，5G網絡引入NR新空口和新的網絡架構，以提升峰速率、延時、容量等網絡性能指標，并具備更大的組網靈活性和可擴展性，以滿足多樣化的業務需求。如下圖所示。

5G無線接入網（NG-RAN）由多個5G基站（gNB）組成。gNB箱UE提供NR空口協議的終結，并通過NG接口連接到AMF/UPF等5G核心網（5GC）網元，gNB之間通過Xn接口實現相互連接。

圖：無線部署方案

5G基站通過OTN/PTN本地網接入地市PTN，通過省干專線接入南京數據中心PTN，各個廠家核心網統一建設在南京數據中心，包含SA和NSA。如下圖4所示。

圖：5G網絡架構

2. 傳輸部署方案：基于SPN的傳輸方案

搭建端到端SPN目標網，5G站接入SPN設備，通過接入、普通匯聚、骨干匯聚到蘇州園區核心；

N2接口（基站到AMF）路徑：基站——城域SPN——IP承載網——南京大區5GC核心網，端到端L3網絡，不同網絡間采用物理口字型雙歸對接；

N3接口（基站到UPF）路徑：基站——SPN（就近接入）——智慧園區 MEC（UPF），廠區A流量就近轉發，廠區B流量繞行至普通匯聚節點再到MEC；

N4&OM接口（UPF到SMF）路徑：MEC（UPF）——城域SPN——IP承載網——南京大區5GC核心網，端到端L3網絡，不同網絡間采用物理口字型雙歸對接；

N6接口（UPF到智慧園區系統數據中心）路徑：MEC（UPF）——網絡直連；

UPF部署在智慧園區機房，用戶訪問自身服務器流量（N3&N6）全部在內部完成，符合信息安全需求，業務路徑時延最小；端到端全部為SPN設備，可采用獨立轉發分片，同現網業務隔離，設備轉發時延最小；蘇州到南京N4通過落地設備，由IP承載網傳送至5GC機房。如下圖所示。

圖：基于SPN的傳輸方案

3．核心網部署方案

企業用戶通過園區基站接入：普通企業用戶可訪問園區專網和Internet外部網絡；特殊終端如巡檢設備或攝像頭可設置僅可訪問園區專網；企業用戶移動到非園區區域：不可訪問園區專網業務，可正常訪問Internet外部網絡。如下圖所示：

圖：核心網部署方案

4．工業互聯網5G車間覆蓋

基于亨通承建接入的宏站5G網絡信號，采用中國移動ipSite組網，進行私有化部署。采用MEC共享部署模式，應用數據不落地原則，優先在工業控制系統中落地實施，室內采用pRRU、RHUB、BBU進行5G組網。采用工業級5G 網關，部署于車間工業互聯網匯聚交換機后端，對5G信號進行轉換，使車間工業互聯網網絡可以連入5G網絡。5G宏站采用中國移動5G網絡。

圖：工廠網絡融合部署方案

基于以上5G網絡構建及技術可行性驗證基礎上實現以下具體功能：

1．5G移動生產

建立5G及毫米波通信傳輸為基礎的工業互聯網，將生產車間所有可移動生產設備接入5G網絡，利用5G網絡低時延的特性，實現移動生產設備的生產傳控。滿足公司柔性化生產需求，根據生產訂單量、訂單產品結構，自由調整產線設備數量、產線設備位置及產線設備功能，同時保證生產實時、可靠正常運行，提升了企業設備利用率及生產效率。

2．基于5G網絡的工廠集中控制分析系統

基于5G構建工業邊緣側網絡，工業智能網關連接生產產線整線主控PLC，利用5G 低時延、高可靠等特性保障工廠生產過程所有生產線開完工、升降速等傳控指令下達，實現生產整線的集中化智能管理。

3．基于5G網絡的設備部件柔性化調度

光纜生產整線通常由多個設備部件構成，設備部件按功能劃分通常具有獨立PLC，如成纜工序的絞臺、扎紗機，護套工序的收線裝置、放線裝置、儲線裝置。實際生產過程中，由于產能、產品技術要求、廠區空間調整的需要，工廠產線內部控制部件也需要靈活部署和移動調整。通過將產線內部控制設備部件連入5G工業互聯網絡，實現產線內部設備部件的靈活部署和可靠性控制，進一步實現智能工廠的柔性化生產。

4．5G+智慧倉儲物流、智能桁架

5G通信網絡作為智慧倉儲機械臂、智能桁架傳控數據通道，是智慧倉儲、傳輸系統實時、快速運輸的關鍵。通過工廠實際智能倉儲傳輸系統應用需求與5G網絡深度融合，5G網絡低時延低抖動確定性網絡的研究和技術突破，實現低時延的高速倉儲物流傳輸與傳控。

1.5.4 方案重點技術

1. 采用MEC共享部署模式，應用數據不落地原則，優先在工業控制系統中落地實施。MEC部署至吳江本地中心機房并進行冗余備份，與工廠工業互聯網三層核心相連，通過5G網絡優化及智能網關相互配合，降低時延，提升網絡確定性

2．采用自研5G工業網關，支持IPsec、OpenVPN 、L2tp等常規VPN組網方式，實現數據安全傳輸，采用自主開發的私網穿透協議，在不改變原有的網絡拓撲和結構情況下，對5G網關下掛的設備網絡進行透明轉發，即插即用，并且轉發的數據均走硬件加速通道，保證極低的轉發時延。

3．應用的5G網關采用OFDMA技術，允許路由器僅用一次傳輸就可以為多個終端設備發送數據  （可支持8臺終端設備），而傳統路由器則需要先后輪流多次傳輸才可完成多終端設備的數據發送。OFDMA使得多設備同時工作的傳輸效率顯著提高，延遲明顯降低。

1.5.5 方案自主研發性、創新性及先進性

該項目采用合作自研5G工業網關，支持IPsec、OpenVPN 、L2tp等常規VPN組網方式，實現數據安全傳輸，采用自主開發的私網穿透協議，實現5G網絡與工廠工業控制網絡無縫融合，避免企業應用5G網絡大規模改造本地工業控制網絡的痛點。

該項目采用邊緣計算MEC下沉方案，5G核心網絡通過專線接入園區中心機房， MEC下沉部署至本地中心機房并進行冗余備份，通過自研5G網關進行測試驗證及協議優化，并應用于工廠實際移動集中數采控制、智能桁架傳控等實際場景，實現5G無線網絡在實際工業應用中的低時延高確定性，真正解決工業控制網絡移動設備傳控無線網絡傳輸問題。

1.5.6 方案安全風險控制

? 防火墻框式轉發時延低于80us，盒式低于15us，不影響業務時延；

? MEC所有安全設備均被省中心云HiSec平臺管理，HiSec提供統一安全策略管理配置；

? MEC防火墻上送安全事件和關鍵流量到HiSec平臺進行主動的威脅檢測；

? MEC和5GC部署雙機熱備的防火墻，提供信令流量和OAM流量白名單訪問控制，確保5GC和MEC之間只有合法流量通過；

? MEC和企業私網之間部署防防火墻，提供NAT和基于應用和用戶的精細化訪問控制側，保護MEC和企業業務安全；

? MEC部署AntiDDoS和IPS 提供本地應用和數據保護能力；

? 雙機熱備提供會話級別實施備份，提升整個系統可靠性和帶寬利用率。如下圖所示

圖：網絡安全部署方案

1.6 測試床實施部署

1.6.1 測試床實施規劃

2021.1-2021.3     5G基礎網絡建設，5G網絡宏站建設

2021.3-2021.6     5G室分部署，完成5G與工廠工業網絡設備連接性測試

2021.6-2021.10  5G網關自研私網穿透協議可行性驗證，5G網關兼容PLC終端配合，驗證技術可行性。

2021.11-2021.12   工廠5G智能應用實施，進行第二階段測試及驗證。

1.6.2 測試床實施的技術支撐及保障措施

5G 核心網基于網絡功能虛擬化NFV（Network Function Virtualisation）技術，使其天然具備了靈活多樣的隔離能力。

首先，核心網5GC 包含若干網絡功能，整體上可按需選擇不同隔離策略。包括：全共享，即所有業務共享所有網絡功能，僅通過切片進行隔離；部分共享，即部分網絡功能基于共享隔離，部分網絡功能（如網關）獨立建設；以及全部網元獨立建設，不共享任何資源。

針對單個網元內不同業務的隔離，可以采取不同的主機組隔離，也可以共享主機組而采用虛擬資源以及服務隔離。前者隔離度高，但是硬件相對專用，成本高。后者采用在VNF（Virtualised Network Function 虛擬網絡功能）內部邏輯隔離，資源使用效率提升。

移動傳輸網絡虛擬隔離技術，采用VPN（Virtual Private Network 虛擬專用網）+QoS 實現多個業務在一個物理基礎網絡上的相互隔離。硬隔離一般采用FlexE（Flexible Ethernet）/MTN（Metro Transport Network 城域傳送網）接口隔離或MTN 交叉隔離兩種技術。FlexE/MTN 接口隔離通過時隙調度技術，將物理端口劃分為多個隔離的剛性管道。即使在重載硬塞下的調度，也會有更穩定的時延。

OFDMA技術是相對于傳統路由器較為明顯的區別之一，它允許路由器僅用一次傳輸就可以為多個終端設備發送數據（多大8臺終端設備），而傳統路由器則需要先后輪流多次傳輸才可完成多終端設備的數據發送。OFDMA使得多設備同時工作的傳輸效率顯著提高，延遲明顯降低。

1.6.3 測試床實施的自主可控性

本測試床基于江蘇亨通光電股份有限公司良好的工控網絡基礎，聯合中國移動共同承建5G網絡。該測試床由江蘇亨通光電股份有限公司和中國移動通信集團江蘇有限公司蘇州分公司設計、建設、運營，自主可控。

1.7 測試床預期成果

1.7.1 測試床的預期可量化實施結果

1. 在實際工廠生產環境下， PLC控制系統掃描時間約10ms左右，因此預期目標生產設備5G控制、智能桁架5G控制等實際5G工業應用中PLC通過5G無線網絡傳輸控制網絡時延達到10ms，波動小于3ms的確定性網絡。

2．探索NSA模式下5G網絡確定性指標，降低應用部署成本，實現區別部署。

1.7.2 測試床的商業價值、經濟效益

實現5G智能傳控、自我優化，打破有線傳輸的限制，持續改進的高質量智能制造新生態。有利于打造質量領先的5G專網承載的“互聯網+”協同制造體系與面向出口產品的業內領先的示范智慧園區。以亨通線纜產業園區為例預計實現生產周期縮短30%，作業文件消除60%，產品質量提升25%，數據錄入時間減少70%。單位面積產能增加 100%，人均產值提升 50%。

1.7.3 測試床的社會價值

圍繞高質量發展目標，進一步推動工業互聯網應用，加快由智能工廠向智慧園區升級，建立5G及毫米波通信傳輸為基礎的工業互聯網、物聯網系統。①建立園區統一的基礎設施（IaaS、PaaS）、統一的服務管理（人員、環境、安全）；②建立園區級工業互聯網平臺（上下游企業）；③園區統一的安全態勢感知平臺（工控、辦公網、信息）。

結合線纜制造特點，以亨通光電工業互聯網平臺為基礎，通過導入5G及毫米波技術，將園區的產品數據、運營數據、價值鏈數據和外部數據進行互通串聯，形成一個完善的園區數據閉環，實現智能分析、自我優化，持續改進的高質量智能制造新生態。打造質量領先的線纜出口智慧園區。

面對工業經濟發展的新形勢新任務，通過建設刻蝕設備協同設計、生產制造以及運維服務的工業平臺，實現運用信息技術帶動工業化生產，促進管理方式的轉變，提高工業化效率和管理水平，謀求新型工業化的經濟增長方式，縮小與發達地區的信息化差距，實現跨越式發展，變挑戰為機遇，走出一條綠色節能、科技智能的新型工業化之路，是推進信息化與工業化融合、建設工業企業信息化監管平臺的意義所在。

1.7.4 測試床初步推廣應用案例

案例1：借助5G新型基礎設施，聯合成立5G工程應用研究中心，在亨通光電打造5G智能制造示范車間，共同推動5G+先進制造業的發展。在亨通線纜產業園、亨通光通信產業園等實現5G+設備數采，利用5G工業級數采網關實時獲取生產設備、輔助設備的狀態數據，在設備發生故障時可以及時報警，并對生產效率進行分析，助力實現透明化生產。

案例2：通過5G智能工廠建設實驗方案，利用5G、邊緣計算等新一代通信技術，為亨通光（七都）3號車間、8號車間進行5G布局，實現車間物聯網數據采集、設備監測、儀器聯網等5G應用。搭建產業鏈質量管控平臺，實現產業質量數據采集與分析管理。

案例3：在3號車間5G項目中，依托于5G工業網關對裝備相關數據采集，打造數字化制造模型系統。通過對生產設備的三維建模，可以對設備參數、狀態進行實時監控和預警，評估設備健康狀況及產品質量狀況，保證生產質量穩定，比如對機器設備相關動作前后溫度、壓力、轉速等進行AI分析，動態實現設備的預防性維護和質量隱患預測。

1.8 測試床成果驗證

1.8.1 測試床成果驗證計劃

2022.1    5G組網設備驗證

2022.2    基于工廠應用場景的5G網絡低時延低抖動性能驗證

1.8.2 測試床成果驗證方案

對pRRU、RHUB、BBU、5G網關等5G組網設備進行網絡測試與驗證。

實現5G智能倉儲傳輸、智能智能桁架、5G+移動生產管理、5G+智慧協同、5G+工廠數據集成、5G設備部件柔性化生產傳控等應用場景，并在各大應用場景進行5G低時延低抖動確定性網絡檢測與驗證，要求達到10ms，波動3ms。

1.9 與已存在AII測試床的關系

該測試床項目與之前已審批的測試床無任何關聯

1.10 測試床成果交付

1.10.1 測試床成果交付件

測試床的交付件包括：

1) 測試床項目計劃書

2) 測試床部署實施方案

3) 測試床結題報告

1.10.2 測試床可復制性

本測試床可直接復制用于通信線纜工業制造。結合線纜制造特點，以亨通光電工業互聯網平臺為基礎，通過導入5G及毫米波技術，將園區的產品數據、運營數據、價值鏈數據和外部數據進行互通串聯，形成一個完善的園區數據閉環，實現智能分析、自我優化，持續改進的高質量智能制造新生態。打造質量領先的線纜出口智慧園區。

本測試床也可復用于大部分PLC控制系統無線應用場景。面對工業經濟發展的新形勢新任務，實現運用信息技術帶動工業化生產，促進管理方式的轉變，提高工業化效率和管理水平，謀求新型工業化的經濟增長方式，實現跨越式發展，變挑戰為機遇，走出一條綠色節能、科技智能的新型工業化之路，是推進信息化與工業化融合、建設工業企業信息化監管平臺的意義所在。

1.10.3 測試床開放性

本測試床低時延低抖動的確定性5G工業控制技術具有廣泛開放性，除用于亨通光電股份有限公司外，可用于需要PLC無線控制的大部分企業。

開放應用1：借助5G新型基礎設施，在東方電氣集團打造5G智能制造示范車間，共同推動5G+先進制造業的發展。在東方汽輪機廠、東方風機、東方研究院等實現5G+設備數采，利用5G工業級數采網關實時獲取數控機床、焊接設備的狀態數據，在設備發生故障時可以及時報警，并對生產效率進行分析，助力實現透明化生產。

開放應用2：通過5G智能工廠建設實驗方案，利用5G、邊緣計算等新一代通信技術，為中國一重集團核電車間進行5G布局，實現車間物聯網數據采集、設備監測、車床聯網等5G應用。搭建盾構施工信息化管控平臺，實現盾構機數據采集與設備管理，生產環境參數7*24h實時監測。

開放應用3：在上海中煙機械5G智慧工廠項目中，依托于5G工業網關對煙機進行數據采集，打造數字孿生系統。通過對生產設備的三維建模，可以將設備通過虛擬化的手段展示，對設備的實時生產動作通過映射，仿真實時展示在數字孿生界面，管理人員可以遠程對設備動作、狀態進行實時監控和預警，評估設備健康狀況，保證生產質量穩定，比如對機器設備相關動作前后溫度、壓力、能量、轉速等進行AI分析，動態實現設備的預防性維護。

1.11 其他信息

1.11.1 測試床使用者

該測試床是亨通光電與中國移動聯合建設的基于5G確定性網絡的工業互聯網融合應用。第三方的企業與用戶如需參觀訪問該測試床，可向亨通光電提出書面申請，亨通光電將在保障工廠安全生產與不影響自身 業務的前提下，酌情接洽，開展訪問、交流事宜。

1.11.2 測試床知識產權說明

該測試床由亨通光電、中國移動聯合設計、建設、運營，其過程中產生的開發成果及其知識產權，包括但不限于專利申請權、專利權、版權、商業秘密，均歸亨通光電和中國移動所有。

1.11.3 測試床運營及訪問使用

工業網絡通過5G專網專線接入5G核心網，根據5G業務應用場景，室外部署宏站，室內部署數字化室內分布系統，支持多種的終端訪問接入，滿足接入終端包括工業控制邏輯單元、攝像頭、AGV、機械臂、工業機器人等場景終端接入及未來的接入擴展需求。

1.11.4 測試床資金

資金預估1200萬元，其中亨通光電自投700萬元，移動投入500萬元。

1.11.5 測試床時間軸

2021.1-2021.3     5G基礎網絡建設，5G網絡宏站建設

2021.3-2021.6     5G室分部署，完成5G與工廠工業網絡設備連接性測試

2021.6-2021.10  5G網關自研私網穿透協議可行性驗證，5G網關兼容PLC終端配合，驗證技術可行性。

2021.11-2021.12   工廠5G智能應用實施，進行第二階段測試及驗證。