5G邊緣計算在火電行業工業互聯網中的應用模式初探

摘要：隨著信息技術的飛速發展，5G邊緣計算在火電行業工業互聯網應用中的優勢愈發明顯。作為一種新型技術，5G邊緣計算是工業經濟與信息技術在發展過程中深度融合的產物，但在實際應用中，需要突破信息孤島和傳輸延遲等相關問題。同時，信息安全也需要在高效的互聯環境中得到保障，才能充分體現5G邊緣計算的實際價值，分析相應的需求，探索新的應用模式，從而充分發揮其智能應用的作用。

關鍵詞：5G邊緣計算；火電行業；工業互聯網

引言

在信息時代，火電行業工業互聯網建設需要進一步完善，不僅要創新模式，還要及時完善基礎設施，結合產業生態特征，抓住要素，形成完整的數據鏈，為經濟發展奠定堅實的基礎。這就要求相關企業能夠從技術原因出發，加快移動通信技術的研發，在當前火電行業工業互聯網領域新興商業場景的基礎上，解決5G邊緣計算的問題，構建一個計算、存儲、應用等一體化的集成平臺，發揮5G邊緣計算在火電行業工業互聯網中的實際作用。

1. 工業互聯網概述

工業互聯網有狹義和廣義的概念。狹義工業互聯網是指利用大數據技術提高工業生產效率，降低工業生產成本，主要針對智能制造業。廣義工業互聯網是指工業化和信息化的結合，不僅是指制造業，不再是指生產過程，而是指工業經營和產業協同[1]。總之，工業互聯網的應用提高了工業產品的質量，降低了生產成本，實現了資源要素的有效整合。

隨著我國科學技術的發展，工業互聯網在以下三個方面不斷擴大。一是生產自動化。其主要應用于公司的內部生產和運營管理，如在工廠物流、生產過程、環境監測等方面，工業互聯網可以滿足用戶的個性化需求，并根據應用場景為用戶提供個性化、定制化的服務。二是網絡合作。工業互聯網將促進企業之間的合作，包括供應合作、設計合作、生產合作等，這將促進行業供應鏈的優化。三是拓展服務。工業互聯網將繼續擴展服務，為用戶提供更多的增值服務，如網絡監控、在線分析和診斷等。

2. 5G技術的架構和設計原則

一般情況下，從架構方面來看，5G技術在架構過程中主要以服務對象應用方式為依托，通過利用NF功能進行網絡端點連接，并進行網絡信息溝通。多路訪問邊緣計算網絡架構模式具有諸多優勢，如信息傳輸快、保密性強、吞吐量低等，而5G技術網絡架構為網絡用戶提供了便捷訪問，進一步實現了快捷獲得數據信息。與此同時，網絡用戶也可以在網絡安全的前提下，進一步執行服務架構等流程。5G技術在控制方面主要由兩部分構成，分別是AMF與SMF，利用網絡客戶端的轉發功能來進一步控制網絡流量的流通，通過5G核心技術可以有效提高網絡信息的流通效率，進而方便網絡用戶。從設計原則方面來看，接入網與核心網是分開的，兩者單獨進入5G網絡，進一步實現了技術創新與信息暢通[2]。

3. 火電行業工業互聯網的5G技術

5G技術作為新時代互聯網信息技術發展的典型代表，在日常生活生產方面發揮著至關重要的作用，其自身比較強大的優勢是其他技術所無法比擬的，如信息傳播速度快、信息傳輸容量大等。5G技術作為新型技術，對人們日常生活產生重要影響，進一步改變了人們的生活習慣與結構，對我國數字經濟的發展也大有裨益，作為發展數字經濟的關鍵核心技術，將個人網絡與工業化發展有機銜接起來。

通過云計算進一步設計出一個良好的網絡用戶服務體系，其中有各種軟件平臺和體系，通過云服務客戶端來快速處理里面的業務信息與數據。當需要進一步擴大業務規模的時候，可以利用平臺進行數據的傳播與分享，而在進行數據交互過程中，也可以創建信息虛擬環境。與此同時，物聯網技術也可以拓展傳感器的服務范圍，如網絡場景，通過將數據進一步流通于網絡虛擬環境，進一步感受5G技術的魅力。當然，火電行業工業互聯網5G技術的作用不止于此，其還可以將數據用于多種場景，實現平臺間和多種場景間的交互，保證信息的互操作性。5G技術的發展空間很大，需要進一步加以研究。

4. 5G邊緣計算在火電行業工業互聯網中的應用發展面臨的實際問題

4.1 萬物互聯難以落地

工業互聯網是基于生產系統的各種設備、流程和管理層次，只有通過全面的數據采集和分析，才能真正將各個層次整合到一個統一的網絡中，優化生產技術和生產方法。但是，在傳統的工業生產系統中，設備本身不能產生所需的設備，特別是部分舊設備，只能通過附加的微機或物理接口的轉換來連接收集設備[3]。在具體的實施過程中，受設備廠商不統一標準、性能差異等因素的影響，還需要制定各種相應的驅動協議，導致工業互聯網建設的難度大大增加。

4.2 數據整合困難

工業互聯網的高效運行必須有完善的數據融合支撐，實現數據的完整采集和分析，實現各級信息的有機交互，確保數據的價值得到充分發揮。但是，在數據融合中，需要建立一個統一的數據庫，利用大數據技術對采集的數據進行清理和預處理，需要形成標準的數據資源，為用戶提供有效的數據支持。高質量的數據集成需要完善的網絡支持，在傳統的網絡系統中，數據傳輸和處理效率較低，難以滿足工業生產場景和實時數據分析的要求，無法充分發揮數據的價值。

4.3 數據安全性不足

為充分發揮火電行業工業互聯網在生產應用中的作用，需要在不同系統之間進行穩定、安全的信息傳輸，實現完整的數據交換。對我國大多數工業企業來說，早期使用的自動化設備主要是進口的，缺乏核心技術。在“互聯網+”改造、數據采集和傳輸設計的過程中，以及火電行業工業互聯網平臺的通信過程中，很容易出現信息丟失的現象。同時，網絡病毒和攻擊的存在給火電行業工業互聯網的運行帶來了巨大的安全隱患。如果數據信息安全沒有就地保護，很可能導致數據泄露甚至設備被篡改。這些問題的存在不僅影響企業的生產安全和經濟利益，甚至還會引發國家安全問題。

5. 5G邊緣計算在火電行業工業互聯網中的應用模式分析

5.1 可編程邏輯控制器（PLC）遠程控制

隨著5G在火電行業工業互聯網中的應用越來越廣泛，5G邊緣計算技術可以有效突破傳統模式的局限，為火電行業逐步走向更高效、更智能的發展道路提供足夠的推動力。例如，許多火電行業工業企業在開展生產活動時，對PLC集中化系統高度依賴，可以有效控制所有PLC設備。然而，傳統的火電行業工業互聯網模式對工業企業的生產非常脆弱，導致管理過程的重大中斷。在這種情況下，可以以5G為基礎，結合邊緣計算技術來解決這類問題，即結合5G和PLC集中供應商實現遠程控制的集中調整，改造PLC設備，大幅提高火電行業企業的生產力，減少不必要的投入和損失。這樣做的主要原因，一是5G在傳輸延遲方面明顯低于傳統機型，提高了抗干擾能力；二是通過構建云協作架構，使火電行業工業企業生產活動中各種車間設備因數據協議不同而無法互操作的問題得以消除；三是傳統模式無法收集實時數據，容易導致“信息孤島”，而5G解決了這一問題。

5.2 虛擬工廠網絡

火電行業工業企業在開展生產活動時，為更好地滿足不同場景的需求，組合專用網絡是必不可少的方法。但是，許多傳統供應商提供的網絡無法滿足火電行業工業企業的實際需求，導致許多需要無線連接的場景無法完全正常工作。

為解決這類問題，邊緣計算技術可以應用于5G工業互聯網，也就是說，既要充分利用5G的低延遲特性，又要充分利用多接入邊緣計算（MEC）的本地分離能力，確保網絡運營商的網絡服務可以結合起來，構建虛擬專用工廠網絡。例如，中國企業聯合芬蘭共同研究基于Lora和Wi-Fi 6融合的新型物聯網增強網絡架構，滿足對電廠增強感知的需求。新型物聯網架構的自組織融合組網部署技術，支持感知網絡的隨需部署、動態組網，滿足數字孿生電廠對補充感知數據的快速響應需求。不僅可以達到火電行業企業生產過程中實時數據采集的目的，而且還可以為各種設備的連接或視頻監控系統的管理創造合理條件。

此外，當火電行業工業企業開展各種業務活動時，邊緣計算技術也可以發揮作用。例如，當企業參加項目招標時，為更好地呈現招標方案，通過使用邊緣計算技術，可以將企業的生產活動與設計結合起來，以更全面、更直觀的方式展示詳細的內容，以吸引投標人的注意[4]。邊緣計算技術不僅可以滿足企業發展的需要，提高火電行業工業企業的核心競爭力，而且為實現企業經濟的快速轉型和發展提供更多支持。

5.3 “MEC+”分析服務

“MEC+”分析服務作為5G邊緣計算技術的典型代表之一，可以在火電行業工業互聯網中得到有效應用，以滿足工業發展的需要，促進經濟轉型，為其提供更大的動力。例如，“MEC+”分析服務可以利用視覺識別分析技術和視頻分析技術，全面控制火電行業工業企業的生產過程，具體原理是將高清攝像機、工業攝像機等設置在生產線上，結合視頻分析技術和視覺識別分析技術，實時控制工業生產過程中的產品質量，為工藝優化提供依據。以水泥生產廠家為例，在生產中采用“MEC+”分析服務，可以提高水泥袋計數識別能力，還可以實時監控進料，保證水泥制品的質量。

6. 適用于火電行業工業互聯網的邊緣計算技術思路

6.1 火電行業工業互聯網邊緣計算的技術架構

火電行業工業互聯網邊緣計算技術方面運營商來自多個方面，通過連接多個網絡點進行邊緣計算，依據不同類型的應用方式與運營服務商，進一步提供多元化的邊緣計算方案。針對邊緣領域的各種企業邊緣計算設備，如GE Predix machine，主要是云軟件，包括一系列安裝和可運行的軟件開發環境，在站點/設備端具有云計算功能或網絡服務器（通常稱為場邊緣云計算節點），設備端硬件支持以及對現場邊緣和基于云的移動終端的訪問。

6.2 邊緣管理

5G技術不僅可以實現無線連接，還可以根據自身環境和難度進行有線連接，探索基于DCS數據及增強型物聯網數據，融合數據驅動模型與機理模型的數字孿生模型構建方法；結合多目標智能優化與經典優化算法，研發數字孿生模型的在線修正方法，以及邊緣側設備運行方式的在線多目標優化技術，為提高資源利用效率提供技術支撐。

6.3 云服務

云服務主要包括核心云服務和云計算技術。中央云服務可以有效地管理邊緣計算技術的各個節點，當應用邊緣技術時，其可以提供云存儲、模擬訓練等后端服務。云計算技術是一種分布式計算方法，允許分解大型業務信息并將其轉換為小程序，這些程序使用系統中的分布式計算能力來分析數據，并將結果統計后發送給客戶。隨著5G時代的到來，云服務本身不再是分布式計算，而是集成了云存儲、負載均衡等技術，能夠在更短的時間內處理大量的數據信息，不僅提高了用戶的生產力，而且保證了數據的安全性[5]。

6.4 客戶端

火電行業工業網絡中的客戶端主要涉及設備和傳感器，以及使用通信協議訪問現場或邊緣節點。企業員工可以將客戶端與云服務和網絡集成，形成“云服務+網絡邊緣+終端”的計算方法。由于工業互聯網中的云服務、客戶端和邊緣計算技術各有特點，因此，應將MEC作為框架的中心來編輯和應用MEC管理系統。

結語

隨著5G邊緣計算技術在火電行業工業互聯網中的廣泛應用，其能夠有效解決傳統模式的缺陷，真正促進行業發展[6]。因此，不僅要更加注重5G邊緣計算技術架構，還要對PLC遠程控制、工廠虛擬專網、5G云AGV服務、“MEC+”分析服務等內容進行深入探究，以確保能夠充分發揮5G邊緣計算技術在火電行業工業互聯網中的作用，從而促進該領域的發展。

參考文獻：

[1]劉豪，梁崢.5G邊緣計算在工業互聯網領域的商用思考[J].通信企業管理，2020（8）：44-46.

[2]雷軍麗.面向邊緣計算的5G增強技術分析[J].集成電路應用，2020，37（9）：66-67.

[3]劉學林，褚瑞娟.基于5G網絡邊緣計算MEC技術研究與應用[J].中國新通信，2020，22（22）：96-97.

[4]鮑聰穎，吳昊，陸凱，等.基于可信執行環境的5G邊緣計算安全研究[J].信息安全研究，2023，9（1）：38-47.

[5]李建華.5G邊緣計算在工業互聯網中的應用模式初探[J].工業控制計算機，2022，35（12）：141-143.

[6]岳守振，張琦，呂金華，等.5G+工業互聯網網絡安全威脅及應對淺析[J].網絡安全技術與應用，2022（10）：100-102.

作者簡介：楊文峰，在職研究生，高級工程師，研究方向：工業互聯網平臺、工業大數據。

基金項目：2022年度中國－芬蘭“政府間國際科技創新合作”重點專項——低碳導向的基于數字孿生和邊緣側智能控制策略的火電廠工業互聯網平臺開發和應用研究（編號：2022YFE0125400）。