对5G 工业互联网的边缘计算技术架构与应用探讨

2020-12-31孙念，傅为

数字通信世界 2020年7期

孙念，傅为

（1.中国信息通信研究院，北京 100191：2.中国互联网发展基金会，北京 100191）

5G 技术，是现代社会最为重要的信息技术与产业之一，目前已经开始在全球多个国家内应用，为人们的工作和生活带来了巨大的便利。因此，我国逐渐重视5G互联网技术的发展，努力加快5G 在我国全面应用的速度，所以，边缘计算技术作为5G 物联网中的关键点也被人们广泛关注。

1 5G 工业互联网的边缘计算技术架构

1.1 云服务

云服务，包括了中心云服务与云计算技术。其中，中心云服务的作用主要是对边缘计算技术的各个节点进行有效的管理，并且为边缘计算的应用提供后台服务，如计算设备管理、云储存、AI 模拟训练等。云计算技术，则是一种分布式的计算，其通过云将原本庞大的数据进行分析，并将其分成一个个的小程序，然后经过系统的计算得出结果并发送给客户。在5G 时代中，云服务已经不再是一种简单的分布式计算，其将分布式计算、并行计算、云端储存、负载均衡等技术加以结合，做到在短时间内对数以万计的数据进行处理，提高了使用者的工作效率。

1.2 边缘管理

边缘管理主要的应用对象为：端与现场、端与网络、现场与网络、现场与中心云、网络与云等边缘。在端与现场的边缘管理过程中，工作人员使用蓝牙等短距离局域网通信技术。在端+网络、现场+网络的边缘管理中则使用了5G 回传技术，以此保证工作人员可以随时对边缘节点中的边缘应用进行下发、分析、处理以及保存，使云端边缘管理可以实现宽带共享、全程无延时的目标。同时，5G 技术也可以进行有线连接，根据区域的难易程度进行有效连接。

1.3 边缘计算

边缘计算节点是一种逻辑实体，其包括了网络侧、现场侧等边缘计算节点。而5GMEC 技术可以通过其本地分流的能力，实现对网络侧节点的充分利用，将MEP平台的服务能力、定位能力、防火墙技术等职能充分发挥出来，从而使其正确应用在工业中。而现场侧节点主要包括边缘控制器、服务器以及网管等设备，工作人员将数据进行收集并整理，然后将处理好的信息发送到上级的手中，以便于上级进行业务处理。此外，还有单项以及多项传感器，这些设备可以用于信息采集工作，并将少量的数据或信息加以传递，而应用于大型工业的，则是机器人、数控机床等高级控制器。同时，在一些工业现场还会布置边缘服务器，这些设备可以用于现场计算，而边缘网管则是通过网络技术进行网络与云端的链接，对本地设备的计算结果进行处理或应用。

1.4 客户端

“端”，主要指的是工业互联网中的设备以及传感器，通常在MQTT、Modbus、OPC-UA 等协议的允许下接入现场或边缘节点当中。工作人员会将云服务、网络与现场边缘与端进行结合，从而实现云服务+网络边缘+终端、云服务+现场边缘+终端等多种计算方法。工作人员应当注意云、端、边概念的不同，因此在构建网络边缘框架时，应当把MEC 作为框架的中心角色，利用云服务编排MEC 管理系统，并加以应用。

2 5G 工业互联网的边缘计算技术应用

2.1 工厂虚拟专网

工厂虚拟专网服务，是工作人员利用MEC 本地分离能力结合运营商网络而形成的虚拟网络技术，这项技术主要应用于工厂内部的数据采集、终端设备、视频监控以及设备连接工作中[1]。例如，2019年山东宏达建筑有限公司在进行商业中心投标时，把设计方案利用虚拟技术呈现出来，在门的高度、窗户的方向、楼房布局、屋内装饰等方面都用虚拟技术进行模拟使业主可以直观清晰的看到工程建筑的结构示意图，这种虚拟结构图比平面绘画的图像更加直观并富有吸引力，符合企业的需求。

2.2 5G 云化AGV 服务

传统的AGV 服务都是运用一些电磁、磁条等设备进行导航，这种服务方式非常的复杂且笨重，并且场景颇为固定，工作起来不灵活，而工作效率较高的激光导航技术成本又过高，所以，工作人员通过使用5G 云化AGV 服务，可以有效解决传统AGV 服务当中的Wi-Fi被干扰，延迟时间较长，结构不稳定等问题。同时，AGV 服务在5G 的网络下可以高速运行，AGV 小车在收到信息之后不会有延时就可以直接投入到工作中，使工厂的工作效率提高，并且工作人员使用5G 网络可以做到无线操控，并在MEC的附近布置SLAM视觉导航系统，使工厂的工作更加的科技化、智能化、现代化。

2.3 MEC+分析服务

MEC+分析服务主要包括了视频分析技术与视觉识别分析技术，工作人员会在工厂的现场或者生产线旁边布置专业的相机或摄像头，利用这些设备来采集图像信息，工作人员再利用视频图像分析技术对收集到的信息进行分析并处理，保证管理者可以随时对工厂的员工工作、工作过程进行有效的监督与掌控。同时，应用MEC+分析服务技术，工厂还可以检验产品的质量问题，并根据工厂的实际情况分析工业生产所需要的劳动力、生产资源等[2]。例如，2019年江苏省新兴水泥厂为了顺应时代的发展，在企业内部大范围的应用MEC+分析技术，管理者通过将5G 网络与视觉技术相结合，将机器视觉技术应用到工厂的生产中，从而实现了水泥数量自动计数、原材料检查、材料生产及应用的掌控、设备机器自动运转等目标，提高了水泥设备的利用率，降低了工厂的生产成本，提升了企业的经济效益。