基于5G CPE的数据链路改进设计

1、硬件设备改进设计

如（图2）所示为当前的巷道堆垛机控制系统数据链路结构图。其中，地面控制站通过红外光通讯连接SRM1和SRM2两台巷道堆垛机。红外光通讯为透明器件，没有PROFIBUS地址，无需进行硬件组态。DPDP耦合器连接地面WINAC系统，在本地PROFIBUS地址为5，WINAC通过工业以太网连接WCS。

本次改进设计的目标为建立红外光通讯的备份通讯链路，以本地5G专网覆盖地面控制站与SRM1、SRM2的连接同时降低通讯时延。采用的改进设计数据链路如（图3）所示。

在地面WINAC控制单元中，不需要再建立S7连接，仅需要将WCS信息、ET200S子站10、ET200S子站40、DPDP 耦合器信息传输到PNPN耦合器；同样对于新增的WINAC控制单元而言，也只需要将连接的PNPN耦合器对应的IO地址改为ET200S子站10、ET200S子站40、DPDP耦合器的IO地址，即可完全采用原地面WINAC控制单元的控制程序。

2、5G MEC部署设计

设计部署一个5GMEC，5G技术中的低时延应用主要依托于前端部署的MEC基站和部署于移动节点上的5G网关，实现“5G无线节点+5G边缘计算组网模式4。5G网络将自动化立体仓库现场的堆垛机控制器与地面调度系统等连接起来，使移动的堆垛机与地面控制站之间可以进行低时延通讯，实现更多功能和更复杂业务，同时保证数据不出厂区，且具备了向厂级私有云平台的扩展能力，网络结构如（图4）所示。其中，现场设备底层数据采集传感器、编码器等信号可直接进入ET200S从站，堆垛机和地面控制站的数据交互不再需要离开库区，仅在边缘计算中心内部进行转发。同时，5G MEC具备了向其他厂级MES转发数据和对数据进行初步处理分析的功能。

3、5G数据链路设计

为了进一步降低时延，5G 边缘计算配置CDN （Content Delivery Network，内容分发网络）功能，相较于传统CDN，MEC 更靠近无线接入网。由于物理距离和通信层级的减少，自然移动边缘计算相较于传统 CDN 时延进一步降低，并且MEC还包括了本地化的计算能力和能力开放能力，因此具备了低时延和智能化特点。

5G 边缘计算通过将库区内的数据转发下沉到部署于库区的5G 边缘数据中心，边缘数据中心是数据的第一入口负责实时性业务决策和大量生产设备数据的短周期存储，从而大大降低了通讯时延，也保证了数据不出厂，提高了数据的安全。在5G节点大量增加的将来由于生产数据和设备数据已经在现场的5G边缘数据中心进行转发，边缘计算与 5G 结合使用可以在遇到突发且持续的流量激增情况下解决带宽、速度和安全问题，外部增加的节点带来的通讯压力不会对库区内通讯造成影响，具有更高的效率，也能节约计算成本。

为了减低项目风险，保留原WCS和地面控制站对堆垛机系统的原有数据通讯链路，库区5G可用于传输堆垛机移动端的大量生产数据和设备数据，如实时生产视频数据和实时设备状态数据，同时也作为WCS和地面控制站通讯的备份链路。如（图5）所示。