5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣計算技術(shù)架構(gòu)與應用

◆董昱呈 伊學博 李雪妍

5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣計算技術(shù)架構(gòu)與應用

◆董昱呈 伊學博 李雪妍

（中國移動通信集團內(nèi)蒙古有限公司 內(nèi)蒙古 010010）

5G和工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是當前推動我國5G和5G工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展過程中的一個熱點與關(guān)注焦點，工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)和5G產(chǎn)業(yè)中都已經(jīng)引入了一些邊緣化和計算機的技術(shù)，但是兩個著眼點卻沒有所謂的不同。本文分析了基于5G的云邊緣工業(yè)計算的云端工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)應用和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀情況，總結(jié)了邊緣工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)和云邊緣邊端計算相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)，在此技術(shù)基礎(chǔ)上分別給出云邊端計算協(xié)同的5G邊緣工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)和云邊緣邊端計算相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)。

5G；互聯(lián)網(wǎng)計算應用；互聯(lián)網(wǎng)計算架構(gòu)

1 5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計算應用

1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用

工業(yè)信息互聯(lián)網(wǎng)主要有狹義和廣義之分，狹義上的傳統(tǒng)工業(yè)信息互聯(lián)網(wǎng)由2001年GE率先研究提出，主要用于面向工業(yè)智能裝備制造，基于云和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，提升傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)效率、質(zhì)量以及有效降低生產(chǎn)成本；然而廣義上的傳統(tǒng)工業(yè)信息互聯(lián)網(wǎng)則指的是傳統(tǒng)工業(yè)化和傳統(tǒng)信息化的深度融合，不只是主要面向傳統(tǒng)制造業(yè)，也不僅僅針對產(chǎn)品生成生產(chǎn)過程，還主要面向整個工業(yè)間和企業(yè)間的運營、產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同等。

所以要根據(jù)中國通信標準化進行相關(guān)的國家標準技術(shù)研究以及應用分析，實際上，我國對于工業(yè)化智能互聯(lián)網(wǎng)主要包括工業(yè)智能化智慧生產(chǎn)、個性化智能定制、網(wǎng)絡化智能協(xié)同和工業(yè)服務化智能延伸4類主要技術(shù)應用。

（1）應用智能化企業(yè)生產(chǎn)：智能是一種面向智能企業(yè)內(nèi)部的智能生產(chǎn)流程制造和運維管理的一種智能化生產(chǎn)應用，典型的其應用企業(yè)場景主要包括三大智能企業(yè)生產(chǎn)流程管理、生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施/作業(yè)環(huán)境監(jiān)測、智能生產(chǎn)廠內(nèi)優(yōu)化物流、智能生產(chǎn)流程優(yōu)化管理。智能化企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)涉及大型企業(yè)管理MES、WMS管理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)采集信息傳輸與數(shù)據(jù)分析、自動化無人駕駛、機器人等高新技術(shù)廣泛應用。

（2）企業(yè)個性化平臺定制：它是面向大型企業(yè)和個人用戶之間的一種智能化移動互聯(lián)與交互融合應用，典型企業(yè)應用開發(fā)場景為企業(yè)模塊化平臺定制、開放式平臺定制。個性化企業(yè)定制服務涉及企業(yè)面向社會公眾免費開放的多個工業(yè)產(chǎn)品電商服務平臺、工業(yè)產(chǎn)品大數(shù)據(jù)分析等。

（3）企業(yè)網(wǎng)絡化應用協(xié)同：它是面向生產(chǎn)企業(yè)和服務企業(yè)之間的一種智能化應用協(xié)同系統(tǒng)應用，典型化的應用協(xié)同場景主要包括產(chǎn)品供應流程協(xié)同、設(shè)計流程協(xié)同、制造流程協(xié)同。網(wǎng)絡化信息協(xié)同管理涉及集成企業(yè)信息供應鏈與管理企業(yè)信息ERP管理系統(tǒng)、工業(yè)產(chǎn)品標識等關(guān)鍵技術(shù)。

（4）企業(yè)服務化應用延伸：它是面向傳統(tǒng)企業(yè)和相關(guān)產(chǎn)品之間信息互聯(lián)的一種延伸服務應用，典型的該應用服務場景主要包括各種面向企業(yè)產(chǎn)品本身的營銷服務、面向相關(guān)產(chǎn)品的企業(yè)增值營銷服務。服務化技術(shù)延伸項目涉及到的產(chǎn)品涵蓋工業(yè)智能設(shè)備與電子產(chǎn)品的全互聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)測、在線數(shù)據(jù)分析與遠程診斷等核心技術(shù)。

從基于工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)安全體系看其架構(gòu)，工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)安全體系在其架構(gòu)中從功能看其架構(gòu)主要分為包括安全網(wǎng)絡、平臺和安全三個大部分主要內(nèi)容，其中安全網(wǎng)絡應用是技術(shù)基礎(chǔ)，平臺應用是技術(shù)核心，安全應用是重要保障，而目前構(gòu)建在基于工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡平臺之上的各類信息業(yè)務以及服務則主要是基于工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)應用（簡稱工業(yè)互聯(lián)APP）。工業(yè)產(chǎn)品互聯(lián)網(wǎng)軟件應用平臺是各種工業(yè)產(chǎn)品互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)揮作用的一種關(guān)鍵形式體現(xiàn)，一方面，各種工業(yè)產(chǎn)品軟件設(shè)計開發(fā)工具、軟件管理系統(tǒng)通過工業(yè)云化技術(shù)改造，基于各種工業(yè)云平臺實現(xiàn)云端服務部署和平臺應用能力提供；另外一方面，工業(yè)產(chǎn)品互聯(lián)網(wǎng)應用平臺可以提供各種類型工業(yè)微軟件服務等各種工業(yè)產(chǎn)品PaaS微軟件服務，開發(fā)者基于這些平臺工業(yè)微軟件服務和應用能力，開發(fā)出來形成各種面向特定應用行業(yè)特定應用場景的各種工業(yè)產(chǎn)品互聯(lián)網(wǎng)平臺應用。

總體來說，工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用主要包括了ICT智能類技術(shù)應用和OT應合類技術(shù)應用兩者三大類：ICT應用類技術(shù)應用主要屬于面向機器人和資源管理業(yè)務相關(guān)，包括企業(yè)辦公管理協(xié)同、人力資源綜合管理、ERP、CRM以及企業(yè)財務管理等工業(yè)信息化技術(shù)應用；OT類技術(shù)應用主要屬于面向移動設(shè)備和工業(yè)生產(chǎn)流程管理相關(guān)，包括MES、DCS、SCADA等，是我國工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)與一般網(wǎng)絡企業(yè)應用的基本區(qū)別和發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)應用。ICT類和OT型兩類數(shù)據(jù)應用都逐漸發(fā)展走向了以數(shù)據(jù)采集為服務中心的工業(yè)生產(chǎn)與研發(fā)運營，圍繞各種工業(yè)移動設(shè)備和相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品的進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析存儲、模型設(shè)計開發(fā)等這是目前工業(yè)設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用的最主要數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)形態(tài)。

1.2 5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣計算應用

5G的大數(shù)據(jù)帶寬、大連接、低時間外延高可靠性等特性為我國工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)的快速無線化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展進程提供巨大的信息技術(shù)動力驅(qū)動，而5G不僅僅只是無線通信技術(shù)的不斷升級，還包括化學邊緣處理計算、網(wǎng)絡處理切片的廣泛引入與NFV化學的網(wǎng)絡處理技術(shù)不斷變革，其中包括邊緣處理計算網(wǎng)絡技術(shù)的廣泛引入尤其符合我國工業(yè)制造企業(yè)的關(guān)鍵工業(yè)信息數(shù)據(jù)安全風險治理（工業(yè)數(shù)據(jù)不重復出廠等）、低時間外延高可靠的工業(yè)數(shù)據(jù)處理等技術(shù)要求。5G+數(shù)據(jù)邊緣的云計算為智能工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)特別以其是云為核心的智能工業(yè)生產(chǎn)力和制造領(lǐng)域提供了強大的云網(wǎng)絡和一體化數(shù)據(jù)使用智能解決服務。

電信網(wǎng)絡運營商大力支持推動5G以上工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，提供了工業(yè)網(wǎng)絡連接+云+網(wǎng)絡應用等多種工業(yè)邊緣化云計算網(wǎng)絡解決模式方案，并在新發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡上提供了商用網(wǎng)絡服務或商業(yè)試點，如：

（1）基于4G/5G MEC數(shù)據(jù)提供移動工廠本地虛擬無線專網(wǎng)：基于MEC的本地數(shù)據(jù)分離，提供基于移動運營商虛擬大網(wǎng)的企業(yè)移動工廠虛擬無線專網(wǎng)連接服務，解決移動制造商和企業(yè)進入工廠以及園區(qū)內(nèi)部遠程數(shù)據(jù)采集、移動智能終端、視頻遠程監(jiān)控、設(shè)備無線連接等在內(nèi)的多行業(yè)場景虛擬無線連接服務需要。

（2）4G/5G MEC+工業(yè)視頻圖像分析/工業(yè)視覺圖像識別圖像分析技術(shù)服務：通過各種工業(yè)現(xiàn)場或成品生產(chǎn)線直接部署各種工業(yè)數(shù)碼相機/移動攝像頭，利用工業(yè)視頻分析圖像識別分析數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)技術(shù)，用于實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的過程工況質(zhì)量監(jiān)視、過程成品質(zhì)量安全檢測、成品過程缺陷質(zhì)量檢驗等，減少檢測人工，提升質(zhì)量檢測工作效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

2 5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣計算技術(shù)架構(gòu)

2.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計算技術(shù)架構(gòu)

運營商的網(wǎng)絡邊緣管理計算很多種有時候主要就是指多網(wǎng)絡接入點的邊緣管理計算，實際上網(wǎng)絡邊緣管理計算還具有多種應用形態(tài)，業(yè)界各類服務提供商基于自身技術(shù)優(yōu)勢和其所面對的不同應用開發(fā)場景等都提供了各種多樣化的網(wǎng)絡邊緣管理計算解決服務。它們的云端邊緣服務計算和云架構(gòu)方式實際上都是類似的。

AWS Greengrass和GE Predixmachine等各種面向現(xiàn)場邊緣的企業(yè)邊緣云端計算設(shè)備產(chǎn)品應用形態(tài)主要是云端軟件，包括在現(xiàn)場/設(shè)備邊緣側(cè)使用具有云端計算處理能力的聯(lián)絡網(wǎng)關(guān)或者網(wǎng)絡服務器等（一般稱之為現(xiàn)場邊緣云端計算網(wǎng)絡節(jié)點）的已安裝并可運行的一套軟件應用開發(fā)環(huán)境、設(shè)備側(cè)的硬件支持以及設(shè)備側(cè)的接入現(xiàn)場邊緣和基于云端的移動終端。

2.2 5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣計算技術(shù)架構(gòu)

對于電信運營商而言，可以通過結(jié)合自身的5G以上網(wǎng)絡邊緣終端基礎(chǔ)配套設(shè)施技術(shù)優(yōu)勢以及云、物聯(lián)網(wǎng)等基礎(chǔ)服務，面向5G以上工業(yè)級和互聯(lián)網(wǎng)用戶打造云管邊緣終端無縫協(xié)同的網(wǎng)絡邊緣式云計算基礎(chǔ)服務。

（1）中心云：主要包括企業(yè)中心云管理服務、集中自動化的MEC業(yè)務管理數(shù)據(jù)編排服務系統(tǒng)，中心云管理服務主要包括企業(yè)邊緣化云計算中心節(jié)點的業(yè)務管理以及為企業(yè)邊緣計算應用與數(shù)據(jù)服務平臺提供基于云端的業(yè)務后臺管理服務，包括云端設(shè)備資源管理、AI員工訓練、云端數(shù)據(jù)存儲、鏡像和云倉庫等。

（2）邊：線路邊緣綜合計算處理節(jié)點將邊作為一個邏輯計算實體，包括終端網(wǎng)絡側(cè)線路邊緣綜合計算處理節(jié)點、現(xiàn)場側(cè)網(wǎng)絡邊緣綜合計算處理節(jié)點。其中一個網(wǎng)絡側(cè)工業(yè)邊緣數(shù)據(jù)計算中心節(jié)點基于5G MEC數(shù)據(jù)提供，除了充分利用整個MEC本地數(shù)據(jù)分流計算能力，還具備可以實現(xiàn)充分利用整個MEP數(shù)據(jù)平臺的工業(yè)服務化網(wǎng)絡架構(gòu)以及工業(yè)網(wǎng)絡自動定位、防火墻等強大網(wǎng)絡防護能力。如PLPLC（高級可編程數(shù)字邏輯邊緣控制器）；還具有復雜適合工業(yè)設(shè)備應用的重量級邊緣控制器，如工業(yè)機器人邊緣控制器、數(shù)控機床邊緣控制器等。邊緣化和管理中心服務器的主要用途是一種用于管理部署在大型重點工業(yè)現(xiàn)場或者大型重點工業(yè)園區(qū)內(nèi)的企業(yè)邊緣化和管理企業(yè)數(shù)據(jù)中心的邊緣管理服務器，作為現(xiàn)場本地化和管理邊緣計算機的基礎(chǔ)設(shè)備。邊緣本地互聯(lián)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡設(shè)備主要是通過邊緣本地網(wǎng)絡中的連接、協(xié)議棧和數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換等多種主要功能使它可以同時連接網(wǎng)絡和本地網(wǎng)絡中的云端，同時它還可以分別提供邊緣本地網(wǎng)絡電子計算系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與本地網(wǎng)絡應用程序數(shù)據(jù)管理兩種主要功能的邊緣網(wǎng)絡網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

（3）端：端口節(jié)點一般包括各種現(xiàn)場端或工業(yè)專用電子網(wǎng)絡設(shè)備及現(xiàn)場電子傳感器等，需要特別指出的一點是，在實際進行業(yè)務部署提供時不一定完全，實際上中心云和邊緣都是相對應的概念，對于系統(tǒng)采用虛擬網(wǎng)絡在線邊緣+現(xiàn)場邊緣+端的業(yè)務部署管理模式，這里的虛擬網(wǎng)絡邊緣管理節(jié)點（MEC）節(jié)點相對于現(xiàn)場網(wǎng)絡邊緣節(jié)點可以直接充當系統(tǒng)參考管理架構(gòu)里面各個中心云的管理角色，參考管理架構(gòu)里面的各個中心云管理服務節(jié)點通過管理MEC中心管理層的編排可使系統(tǒng)在管理MEC中心部署并以管理MEC中心應用和部署MEC中心服務器的方式同時進行業(yè)務執(zhí)行。

3 結(jié)束語

邊緣自動計算技術(shù)是用于工業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)的重要關(guān)鍵技術(shù)之一，在5G網(wǎng)絡工業(yè)終端互聯(lián)網(wǎng)絡的發(fā)展中，運營商除了將MEC網(wǎng)絡作為一個網(wǎng)絡邊緣計算基礎(chǔ)技術(shù)設(shè)施一并面向所有工業(yè)終端客戶按需求的建設(shè)進行部署，還根據(jù)需要客戶提供一套適合所有工業(yè)終端設(shè)備的多協(xié)議網(wǎng)絡接入、數(shù)據(jù)采集分析、智能數(shù)據(jù)處理等覆蓋工業(yè)終端互聯(lián)網(wǎng)絡的邊緣終端計算技術(shù)服務并與自身智能云和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺進行連接，提供云管邊緣終端相互協(xié)同的工業(yè)一體化基礎(chǔ)服務。

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