對5G 工業互聯網的邊緣計算技術架構與應用探討

孫 念，傅 為

（1.中國信息通信研究院，北京 100191：2.中國互聯網發展基金會，北京 100191）

5G 技術，是現代社會最為重要的信息技術與產業之一，目前已經開始在全球多個國家內應用，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互聯網技術的發展，努力加快5G 在我國全面應用的速度，所以，邊緣計算技術作為5G 物聯網中的關鍵點也被人們廣泛關注。

1 5G 工業互聯網的邊緣計算技術架構

1.1 云服務

云服務，包括了中心云服務與云計算技術。其中，中心云服務的作用主要是對邊緣計算技術的各個節點進行有效的管理，并且為邊緣計算的應用提供后臺服務，如計算設備管理、云儲存、AI 模擬訓練等。云計算技術，則是一種分布式的計算，其通過云將原本龐大的數據進行分析，并將其分成一個個的小程序，然后經過系統的計算得出結果并發送給客戶。在5G 時代中，云服務已經不再是一種簡單的分布式計算，其將分布式計算、并行計算、云端儲存、負載均衡等技術加以結合，做到在短時間內對數以萬計的數據進行處理，提高了使用者的工作效率。

1.2 邊緣管理

邊緣管理主要的應用對象為：端與現場、端與網絡、現場與網絡、現場與中心云、網絡與云等邊緣。在端與現場的邊緣管理過程中，工作人員使用藍牙等短距離局域網通信技術。在端+網絡、現場+網絡的邊緣管理中則使用了5G 回傳技術，以此保證工作人員可以隨時對邊緣節點中的邊緣應用進行下發、分析、處理以及保存，使云端邊緣管理可以實現寬帶共享、全程無延時的目標。同時，5G 技術也可以進行有線連接，根據區域的難易程度進行有效連接。

1.3 邊緣計算

邊緣計算節點是一種邏輯實體，其包括了網絡側、現場側等邊緣計算節點。而5GMEC 技術可以通過其本地分流的能力，實現對網絡側節點的充分利用，將MEP平臺的服務能力、定位能力、防火墻技術等職能充分發揮出來，從而使其正確應用在工業中。而現場側節點主要包括邊緣控制器、服務器以及網管等設備，工作人員將數據進行收集并整理，然后將處理好的信息發送到上級的手中，以便于上級進行業務處理。此外，還有單項以及多項傳感器，這些設備可以用于信息采集工作，并將少量的數據或信息加以傳遞，而應用于大型工業的，則是機器人、數控機床等高級控制器。同時，在一些工業現場還會布置邊緣服務器，這些設備可以用于現場計算，而邊緣網管則是通過網絡技術進行網絡與云端的鏈接，對本地設備的計算結果進行處理或應用。

1.4 客戶端

“端”，主要指的是工業互聯網中的設備以及傳感器，通常在MQTT、Modbus、OPC-UA 等協議的允許下接入現場或邊緣節點當中。工作人員會將云服務、網絡與現場邊緣與端進行結合，從而實現云服務+網絡邊緣+終端、云服務+現場邊緣+終端等多種計算方法。工作人員應當注意云、端、邊概念的不同，因此在構建網絡邊緣框架時，應當把MEC 作為框架的中心角色，利用云服務編排MEC 管理系統，并加以應用。

2 5G 工業互聯網的邊緣計算技術應用

2.1 工廠虛擬專網

工廠虛擬專網服務，是工作人員利用MEC 本地分離能力結合運營商網絡而形成的虛擬網絡技術，這項技術主要應用于工廠內部的數據采集、終端設備、視頻監控以及設備連接工作中[1]。例如，2019年山東宏達建筑有限公司在進行商業中心投標時，把設計方案利用虛擬技術呈現出來，在門的高度、窗戶的方向、樓房布局、屋內裝飾等方面都用虛擬技術進行模擬使業主可以直觀清晰的看到工程建筑的結構示意圖，這種虛擬結構圖比平面繪畫的圖像更加直觀并富有吸引力，符合企業的需求。

2.2 5G 云化AGV 服務

傳統的AGV 服務都是運用一些電磁、磁條等設備進行導航，這種服務方式非常的復雜且笨重，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航技術成本又過高，所以，工作人員通過使用5G 云化AGV 服務，可以有效解決傳統AGV 服務當中的Wi-Fi被干擾，延遲時間較長，結構不穩定等問題。同時，AGV 服務在5G 的網絡下可以高速運行，AGV 小車在收到信息之后不會有延時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 網絡可以做到無線操控，并在MEC的附近布置SLAM視覺導航系統，使工廠的工作更加的科技化、智能化、現代化。

2.3 MEC+分析服務

MEC+分析服務主要包括了視頻分析技術與視覺識別分析技術，工作人員會在工廠的現場或者生產線旁邊布置專業的相機或攝像頭，利用這些設備來采集圖像信息，工作人員再利用視頻圖像分析技術對收集到的信息進行分析并處理，保證管理者可以隨時對工廠的員工工作、工作過程進行有效的監督與掌控。同時，應用MEC+分析服務技術，工廠還可以檢驗產品的質量問題，并根據工廠的實際情況分析工業生產所需要的勞動力、生產資源等[2]。例如，2019年江蘇省新興水泥廠為了順應時代的發展，在企業內部大范圍的應用MEC+分析技術，管理者通過將5G 網絡與視覺技術相結合，將機器視覺技術應用到工廠的生產中，從而實現了水泥數量自動計數、原材料檢查、材料生產及應用的掌控、設備機器自動運轉等目標，提高了水泥設備的利用率，降低了工廠的生產成本，提升了企業的經濟效益。

3 結束語

綜上所述，為了順應5G 時代的發展潮流，工作人員應當加強工業互聯網中，邊緣計算技術的框架構建與技術應用。經過上述內容可知，工作人員構建完善的邊緣計算技術框架之后，可以為工廠的工作提供技術支持，而工作人員通過在5G 工業互聯網中應用這項技術，也可以加強企業管理，提高工作效率。