對5G 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣計(jì)算技術(shù)架構(gòu)與應(yīng)用探討

孫 念，傅 為

（1.中國信息通信研究院，北京 100191：2.中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展基金會(huì)，北京 100191）

5G 技術(shù)，是現(xiàn)代社會(huì)最為重要的信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)之一，目前已經(jīng)開始在全球多個(gè)國家內(nèi)應(yīng)用，為人們的工作和生活帶來了巨大的便利。因此，我國逐漸重視5G互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，努力加快5G 在我國全面應(yīng)用的速度，所以，邊緣計(jì)算技術(shù)作為5G 物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵點(diǎn)也被人們廣泛關(guān)注。

1 5G 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣計(jì)算技術(shù)架構(gòu)

1.1 云服務(wù)

云服務(wù)，包括了中心云服務(wù)與云計(jì)算技術(shù)。其中，中心云服務(wù)的作用主要是對邊緣計(jì)算技術(shù)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的管理，并且為邊緣計(jì)算的應(yīng)用提供后臺(tái)服務(wù)，如計(jì)算設(shè)備管理、云儲(chǔ)存、AI 模擬訓(xùn)練等。云計(jì)算技術(shù)，則是一種分布式的計(jì)算，其通過云將原本龐大的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將其分成一個(gè)個(gè)的小程序，然后經(jīng)過系統(tǒng)的計(jì)算得出結(jié)果并發(fā)送給客戶。在5G 時(shí)代中，云服務(wù)已經(jīng)不再是一種簡單的分布式計(jì)算，其將分布式計(jì)算、并行計(jì)算、云端儲(chǔ)存、負(fù)載均衡等技術(shù)加以結(jié)合，做到在短時(shí)間內(nèi)對數(shù)以萬計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提高了使用者的工作效率。

1.2 邊緣管理

邊緣管理主要的應(yīng)用對象為：端與現(xiàn)場、端與網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場與網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場與中心云、網(wǎng)絡(luò)與云等邊緣。在端與現(xiàn)場的邊緣管理過程中，工作人員使用藍(lán)牙等短距離局域網(wǎng)通信技術(shù)。在端+網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場+網(wǎng)絡(luò)的邊緣管理中則使用了5G 回傳技術(shù)，以此保證工作人員可以隨時(shí)對邊緣節(jié)點(diǎn)中的邊緣應(yīng)用進(jìn)行下發(fā)、分析、處理以及保存，使云端邊緣管理可以實(shí)現(xiàn)寬帶共享、全程無延時(shí)的目標(biāo)。同時(shí)，5G 技術(shù)也可以進(jìn)行有線連接，根據(jù)區(qū)域的難易程度進(jìn)行有效連接。

1.3 邊緣計(jì)算

邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)是一種邏輯實(shí)體，其包括了網(wǎng)絡(luò)側(cè)、現(xiàn)場側(cè)等邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)。而5GMEC 技術(shù)可以通過其本地分流的能力，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)側(cè)節(jié)點(diǎn)的充分利用，將MEP平臺(tái)的服務(wù)能力、定位能力、防火墻技術(shù)等職能充分發(fā)揮出來，從而使其正確應(yīng)用在工業(yè)中。而現(xiàn)場側(cè)節(jié)點(diǎn)主要包括邊緣控制器、服務(wù)器以及網(wǎng)管等設(shè)備，工作人員將數(shù)據(jù)進(jìn)行收集并整理，然后將處理好的信息發(fā)送到上級的手中，以便于上級進(jìn)行業(yè)務(wù)處理。此外，還有單項(xiàng)以及多項(xiàng)傳感器，這些設(shè)備可以用于信息采集工作，并將少量的數(shù)據(jù)或信息加以傳遞，而應(yīng)用于大型工業(yè)的，則是機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等高級控制器。同時(shí)，在一些工業(yè)現(xiàn)場還會(huì)布置邊緣服務(wù)器，這些設(shè)備可以用于現(xiàn)場計(jì)算，而邊緣網(wǎng)管則是通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)與云端的鏈接，對本地設(shè)備的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理或應(yīng)用。

1.4 客戶端

“端”，主要指的是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備以及傳感器，通常在MQTT、Modbus、OPC-UA 等協(xié)議的允許下接入現(xiàn)場或邊緣節(jié)點(diǎn)當(dāng)中。工作人員會(huì)將云服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場邊緣與端進(jìn)行結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)云服務(wù)+網(wǎng)絡(luò)邊緣+終端、云服務(wù)+現(xiàn)場邊緣+終端等多種計(jì)算方法。工作人員應(yīng)當(dāng)注意云、端、邊概念的不同，因此在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)邊緣框架時(shí)，應(yīng)當(dāng)把MEC 作為框架的中心角色，利用云服務(wù)編排MEC 管理系統(tǒng)，并加以應(yīng)用。

2 5G 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用

2.1 工廠虛擬專網(wǎng)

工廠虛擬專網(wǎng)服務(wù)，是工作人員利用MEC 本地分離能力結(jié)合運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)而形成的虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于工廠內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集、終端設(shè)備、視頻監(jiān)控以及設(shè)備連接工作中[1]。例如，2019年山東宏達(dá)建筑有限公司在進(jìn)行商業(yè)中心投標(biāo)時(shí)，把設(shè)計(jì)方案利用虛擬技術(shù)呈現(xiàn)出來，在門的高度、窗戶的方向、樓房布局、屋內(nèi)裝飾等方面都用虛擬技術(shù)進(jìn)行模擬使業(yè)主可以直觀清晰的看到工程建筑的結(jié)構(gòu)示意圖，這種虛擬結(jié)構(gòu)圖比平面繪畫的圖像更加直觀并富有吸引力，符合企業(yè)的需求。

2.2 5G 云化AGV 服務(wù)

傳統(tǒng)的AGV 服務(wù)都是運(yùn)用一些電磁、磁條等設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)航，這種服務(wù)方式非常的復(fù)雜且笨重，并且場景頗為固定，工作起來不靈活，而工作效率較高的激光導(dǎo)航技術(shù)成本又過高，所以，工作人員通過使用5G 云化AGV 服務(wù)，可以有效解決傳統(tǒng)AGV 服務(wù)當(dāng)中的Wi-Fi被干擾，延遲時(shí)間較長，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等問題。同時(shí)，AGV 服務(wù)在5G 的網(wǎng)絡(luò)下可以高速運(yùn)行，AGV 小車在收到信息之后不會(huì)有延時(shí)就可以直接投入到工作中，使工廠的工作效率提高，并且工作人員使用5G 網(wǎng)絡(luò)可以做到無線操控，并在MEC的附近布置SLAM視覺導(dǎo)航系統(tǒng)，使工廠的工作更加的科技化、智能化、現(xiàn)代化。

2.3 MEC+分析服務(wù)

MEC+分析服務(wù)主要包括了視頻分析技術(shù)與視覺識別分析技術(shù)，工作人員會(huì)在工廠的現(xiàn)場或者生產(chǎn)線旁邊布置專業(yè)的相機(jī)或攝像頭，利用這些設(shè)備來采集圖像信息，工作人員再利用視頻圖像分析技術(shù)對收集到的信息進(jìn)行分析并處理，保證管理者可以隨時(shí)對工廠的員工工作、工作過程進(jìn)行有效的監(jiān)督與掌控。同時(shí)，應(yīng)用MEC+分析服務(wù)技術(shù)，工廠還可以檢驗(yàn)產(chǎn)品的質(zhì)量問題，并根據(jù)工廠的實(shí)際情況分析工業(yè)生產(chǎn)所需要的勞動(dòng)力、生產(chǎn)資源等[2]。例如，2019年江蘇省新興水泥廠為了順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，在企業(yè)內(nèi)部大范圍的應(yīng)用MEC+分析技術(shù)，管理者通過將5G 網(wǎng)絡(luò)與視覺技術(shù)相結(jié)合，將機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用到工廠的生產(chǎn)中，從而實(shí)現(xiàn)了水泥數(shù)量自動(dòng)計(jì)數(shù)、原材料檢查、材料生產(chǎn)及應(yīng)用的掌控、設(shè)備機(jī)器自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)等目標(biāo)，提高了水泥設(shè)備的利用率，降低了工廠的生產(chǎn)成本，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)束語

綜上所述，為了順應(yīng)5G 時(shí)代的發(fā)展潮流，工作人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，邊緣計(jì)算技術(shù)的框架構(gòu)建與技術(shù)應(yīng)用。經(jīng)過上述內(nèi)容可知，工作人員構(gòu)建完善的邊緣計(jì)算技術(shù)框架之后，可以為工廠的工作提供技術(shù)支持，而工作人員通過在5G 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，也可以加強(qiáng)企業(yè)管理，提高工作效率。