面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的5G 邊緣計(jì)算發(fā)展與應(yīng)用

張呈宇，李紅五，屈陽(yáng)，魏進(jìn)武

（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院，北京 100176）

1 引言

當(dāng)今，我國(guó)建立了門類齊全的現(xiàn)代工業(yè)體系，躍升為世界第一制造大國(guó)。近來(lái)，智能制造及相關(guān)產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展，迅速壯大成全新的產(chǎn)業(yè)，逐漸成為我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主推力[1]。工業(yè)制造發(fā)展經(jīng)歷了自動(dòng)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的階段。自動(dòng)化主要包括數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、PLC、DCS、SCADA 的發(fā)展。信息化主要是工廠的財(cái)務(wù)、辦公ERP、MES、CAD、CAE、CAM、PDM 的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化主要包括工業(yè)內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)、有限、無(wú)線連接、移動(dòng)通信的發(fā)展。在智能化領(lǐng)域，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代應(yīng)用也在快速發(fā)展[1]。

5G 技術(shù)作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)，形成了許多圍繞著物聯(lián)網(wǎng)和垂直行業(yè)的熱門使用場(chǎng)景，尤其是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。5G 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用取決于其高速率、低時(shí)延、大容量和移動(dòng)性，以及支持可擴(kuò)展性、可編程性、多用戶性的核心網(wǎng)，能基于同一基礎(chǔ)架構(gòu)以明確的服務(wù)水平協(xié)議支持不同使用場(chǎng)景。5G 技術(shù)的以上優(yōu)勢(shì)，能夠滿足高可靠、低時(shí)延、抗干擾和高安全性的工業(yè)場(chǎng)景要求，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化、智能化實(shí)現(xiàn)降本增效，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，增強(qiáng)工業(yè)制造領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。其針對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)領(lǐng)域均能有較顯著的增強(qiáng)效果，成為各項(xiàng)信息技術(shù)的能力倍增器[2]。

2 移動(dòng)邊緣計(jì)算發(fā)展趨勢(shì)

5G 的出現(xiàn)為工業(yè)企業(yè)在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)施方面提供了一個(gè)新的業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)——移動(dòng)邊緣計(jì)算（mobile edge computing，MEC）[3]。根據(jù)5G 網(wǎng)絡(luò)的部署方式（5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是否與運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)連接，或有條件連接），MEC 邊緣云可被認(rèn)為是公網(wǎng)邊緣側(cè)的一個(gè)網(wǎng)元，或用戶側(cè)無(wú)線局域網(wǎng)中的一個(gè)私有云。5G MEC 邊緣云不光是5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的接入，也是企業(yè)其他網(wǎng)絡(luò)的連接對(duì)象，如現(xiàn)場(chǎng)級(jí)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、企業(yè)外網(wǎng)等，從而體現(xiàn)了“MEC”中的“M”是多接入（multi-access）而不僅是移動(dòng)接入（mobile-access）的意義。5G 邊緣云計(jì)算技術(shù)是將傳統(tǒng)的云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用在邊緣基礎(chǔ)設(shè)施之上的創(chuàng)新，其本質(zhì)上是邊緣基礎(chǔ)設(shè)施的云計(jì)算系統(tǒng)，通過(guò)邊緣云計(jì)算技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)邊緣位置的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、安全等能力全面的彈性平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施能力，真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)處不在”的云。通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)、計(jì)算等工作放置在邊緣處理，幫助用戶把計(jì)算、轉(zhuǎn)發(fā)、智能數(shù)據(jù)分析等業(yè)務(wù)下沉至邊緣，降低響應(yīng)時(shí)延、減輕云端壓力、降低帶寬成本，提升應(yīng)用運(yùn)算效率，并完成全網(wǎng)調(diào)度和算力分發(fā)等云計(jì)算的能力，適用于分布式架構(gòu)下的各類業(yè)務(wù)。

3GPP 與ETSI 對(duì)MEC 的定義如圖1 所示。3GPP 標(biāo)準(zhǔn)組織定義了C/U 分離的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，UPF（user plane function）是邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)錨點(diǎn)；ETSI 標(biāo)準(zhǔn)組織定義了MEC 的商業(yè)框架，包含軟件架構(gòu)、應(yīng)用場(chǎng)景和API。UPF 是ETSI 與3GPP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)融合的關(guān)鍵點(diǎn)。MEC 實(shí)施分為3 個(gè)階段開展，具體如下。

圖1 3GPP 與ETSI 對(duì)MEC 的定義

? 階段一：定義MEC 基本架構(gòu)，服務(wù)管理API，無(wú)線信息開放北向API。

? 階段二：完成MEC 架構(gòu)與NFV 架構(gòu)融合，應(yīng)用遷移機(jī)制研究，定義固網(wǎng)、Wi-Fi 接入API，分析MEC 與切片及5G 網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系。

? 階段三：與垂直行業(yè)組織合作（例如5GAA、ITS 等），開展面向垂直行業(yè)的平臺(tái)能力設(shè)計(jì)[4]。

目前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)以4G 和5G 非獨(dú)立（NSA）組網(wǎng)為主，當(dāng)前MEC 已具備與4G 和5G NSA 融合的能力，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)和網(wǎng)關(guān)分布式部署，支持靜態(tài)LBO 策略、靜態(tài)低時(shí)延，后期可平滑向5G 獨(dú)立組網(wǎng)（SA）演進(jìn)。5G SA 架構(gòu)天然支持MEC，UPF 支持多種模式，可靈活部署，支持動(dòng)態(tài)本地業(yè)務(wù)分流和移動(dòng)性低時(shí)延邊緣業(yè)務(wù)。

MEC 多層級(jí)部署策略如圖2 所示。MEC 支持多層級(jí)部署策略選擇：根據(jù)時(shí)延性能要求、本地分流要求、安全需求、業(yè)務(wù)特性，可制定不同的MEC 部署策略，如園區(qū)級(jí)、邊緣接入級(jí)、區(qū)域匯聚級(jí)、城域中心級(jí)等。MEC 支持?jǐn)?shù)據(jù)融合：將網(wǎng)絡(luò)獨(dú)有的位置數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、終端數(shù)據(jù)、設(shè)備標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)與工業(yè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，形成創(chuàng)新業(yè)務(wù)應(yīng)用。適用于智能巡檢、故障定位、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、機(jī)器視覺(jué)質(zhì)量檢測(cè)、遠(yuǎn)程移動(dòng)型機(jī)械控制等多種業(yè)務(wù)場(chǎng)景[5]。

圖2 MEC 多層級(jí)部署策略

3 5G 邊緣計(jì)算如何應(yīng)用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

受人口紅利減弱、智能手機(jī)市場(chǎng)飽和等因素的制約，中國(guó)消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)狂飆猛進(jìn)的時(shí)代已經(jīng)結(jié)束，發(fā)展放緩?；ヂ?lián)網(wǎng)下半場(chǎng)屬于產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)助力產(chǎn)業(yè)形成更具開放的新型連接生態(tài)，重點(diǎn)行業(yè)產(chǎn)值巨大。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從概念性的意見(jiàn)和政策開始轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w實(shí)施，持續(xù)釋放政策紅利，標(biāo)志著產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入了新的發(fā)展階段?！肮I(yè)場(chǎng)景+互聯(lián)網(wǎng)能力”從傳統(tǒng)工業(yè)要素“人員、機(jī)器、原料、方法、環(huán)境”各個(gè)環(huán)節(jié)切入，尋求全面互聯(lián)網(wǎng)化升級(jí)。通過(guò)“大數(shù)據(jù)”“物聯(lián)網(wǎng)”“人工智能”等技術(shù)降低工業(yè)制造業(yè)直接成本、間接成本和人力成本，為工業(yè)制造業(yè)尋找新的利潤(rùn)空間。

5G 技術(shù)的發(fā)展，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)將推動(dòng)萬(wàn)物互聯(lián)。當(dāng)前工業(yè)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)主要以工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工業(yè)總線為主，受限于Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee等技術(shù)的穩(wěn)定性、傳輸速率、安全性以及移動(dòng)性的限制，如今無(wú)線技術(shù)難以在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前無(wú)線技術(shù)只占企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的6%，且應(yīng)用具有局限性，如：網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿足智能制造海量設(shè)備連接的問(wèn)題、帶寬服務(wù)難以實(shí)現(xiàn)如高清視頻的傳輸、時(shí)延高于智能制造的基本要求、工業(yè)級(jí)Wi-Fi 的分組丟失斷網(wǎng)問(wèn)題在第六代Wi-Fi技術(shù)中依然沒(méi)有完全解決，無(wú)法保障智能制造持續(xù)生產(chǎn)。5G 時(shí)代的到來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)同步傳送，傳輸全息影像3D 視頻信號(hào)，在交互性上實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍；5G 可以實(shí)現(xiàn)低時(shí)延高可靠數(shù)據(jù)傳送，使很多遠(yuǎn)程控制成為現(xiàn)實(shí)；5G 能以較低成本連接更多設(shè)備，滿足大量生產(chǎn)環(huán)節(jié)聯(lián)網(wǎng)需求。5G適用于70%以上的傳統(tǒng)工業(yè)場(chǎng)景，可以有效地解決傳統(tǒng)工業(yè)場(chǎng)景中受限于有線連接方式的問(wèn)題，衍生出一系列新型的工業(yè)應(yīng)用與場(chǎng)景。

5G 核心網(wǎng)的集中式部署不能滿足新業(yè)務(wù)需求，網(wǎng)絡(luò)隨業(yè)務(wù)流向邊緣遷移是產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用本地化、內(nèi)容分布化和計(jì)算邊緣化。其中，應(yīng)用本地化實(shí)現(xiàn)園區(qū)、企業(yè)、場(chǎng)館等自己的應(yīng)用在本地閉環(huán)，可應(yīng)用于智能工廠、智能辦公、智能城市，降低應(yīng)用成本；內(nèi)容分布化實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商高帶寬內(nèi)容從中心到區(qū)域分布式部署，可應(yīng)用于AR/VR（augmented reality/virtual reality，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)）、移動(dòng)視頻監(jiān)控，滿足大帶寬需求；計(jì)算邊緣化實(shí)現(xiàn)新型超低時(shí)延業(yè)務(wù)，可用于自動(dòng)駕駛、機(jī)器人協(xié)作、遠(yuǎn)程醫(yī)療，滿足超低時(shí)延場(chǎng)景需求。

圖3 5G 邊緣計(jì)算嵌入工業(yè)體系架構(gòu)

5G 與邊緣計(jì)算可共同助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。5G 體現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)價(jià)值優(yōu)勢(shì)，包括以下幾點(diǎn)。

（1）無(wú)線/移動(dòng)連接：無(wú)須布線，工廠和生產(chǎn)線的建設(shè)施工更加便捷，減少大量維護(hù)工作，降低成本；機(jī)器設(shè)備活動(dòng)區(qū)域不受限，方便在各種場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)工作內(nèi)容的平滑切換。

（2）大寬帶：承載高清視頻監(jiān)控、AR/VR、操作維護(hù)等大量指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)。

（3）低時(shí)延：控制信息等雖少量但對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性要求很高。

（4）大連接：支撐了海量的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)需求。

邊緣計(jì)算釋放企業(yè)數(shù)據(jù)價(jià)值，具備如下特性。

（1）降成本：有效降低數(shù)據(jù)傳輸成本和云存儲(chǔ)成本，通過(guò)邊緣側(cè)計(jì)算，只將所需結(jié)果數(shù)據(jù)同步至云端。

（2）低時(shí)延：小于10 ms 的時(shí)延，一觸即達(dá)，保證關(guān)鍵和精準(zhǔn)的精細(xì)操作。

（3）高安全：5G 與邊緣計(jì)算的特性共同確保了信息安全，私密數(shù)據(jù)可不出廠區(qū)完成計(jì)算。

整體來(lái)說(shuō)，5G 邊緣計(jì)算可根據(jù)圖3 所示，完全嵌入現(xiàn)有工業(yè)體系之中，發(fā)揮其不可替代的特性與作用。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)5G 邊緣計(jì)算技術(shù)就是5G、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等基礎(chǔ)技術(shù)相互結(jié)合，構(gòu)建或優(yōu)化大量通用技術(shù)，結(jié)合垂直行業(yè)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力協(xié)同，形成應(yīng)用平臺(tái)對(duì)接終端用戶。

傳統(tǒng)的智能網(wǎng)關(guān)、傳感器、工控機(jī)、盒子等廠區(qū)內(nèi)貼近設(shè)備的邊緣計(jì)算形式，計(jì)算能力與承載能力較弱，受極限業(yè)務(wù)承載能力限制，無(wú)法統(tǒng)一管理；而傳統(tǒng)的中心云模式面向多種行業(yè)服務(wù)，受網(wǎng)絡(luò)傳輸限制，無(wú)法滿足超低時(shí)延場(chǎng)景要求，且由于必須在中心節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)處理，對(duì)商業(yè)機(jī)密數(shù)據(jù)的保護(hù)性較差。相對(duì)而言，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣云計(jì)算具有橫向的線性擴(kuò)展能力，滿足廠區(qū)內(nèi)所有設(shè)備數(shù)據(jù)的高速率、低時(shí)延的接入、計(jì)算、處理、傳輸?shù)男枨螅山档蛡鬏斉c存儲(chǔ)成本，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。同時(shí)保證私密數(shù)據(jù)不出廠，提高工業(yè)數(shù)據(jù)的安全性。

4 工業(yè)邊緣計(jì)算應(yīng)具備的服務(wù)能力

工業(yè)邊緣計(jì)算服務(wù)同樣需要一套平臺(tái)來(lái)構(gòu)建，從大方向上劃分，南向通過(guò)5G 基于內(nèi)置云化驅(qū)動(dòng)連接工業(yè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與反饋控制，北向?yàn)楣I(yè)應(yīng)用賦能并承載工業(yè)應(yīng)用。為實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施給出如圖4 所示的參考模型?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)“邊緣計(jì)算云平臺(tái)”實(shí)際上是臺(tái)“工業(yè)終端”，包括硬件、工業(yè)操作系統(tǒng)、工業(yè)App 3 個(gè)部分，其核心是“工業(yè)操作系統(tǒng)”。工業(yè)操作系統(tǒng)主要可由應(yīng)用商店、應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境、用戶管理、數(shù)據(jù)服務(wù)、安全服務(wù)、通信管理、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)、外設(shè)驅(qū)動(dòng)、多云管理這幾部分組成。其中，應(yīng)用商店承載第三方App 提供方企業(yè)自主研發(fā)的App。數(shù)據(jù)服務(wù)主要包括數(shù)據(jù)可視化、時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)、行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)、行業(yè)模型服務(wù)、區(qū)塊鏈等。網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)主要有5G、Wi-Fi、工業(yè)以太網(wǎng)等。外設(shè)驅(qū)動(dòng)主要包括CNC、PLC、顯示器、傳感器等。多云管理主要是對(duì)私有云、公有云、混合云的管理。

圖4 工業(yè)終端模式MEC

其中，兩大重點(diǎn)功能如下，如圖5 所示。

（1）數(shù)據(jù)采集及協(xié)議解析功能

外設(shè)驅(qū)動(dòng)（數(shù)據(jù)采集及協(xié)議解析功能）中要滿足用戶的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集、云端控制等需求。通過(guò)云化協(xié)議網(wǎng)關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳，指令下達(dá)，互聯(lián)互通。支持采集工業(yè)控制器、傳感器、儀器儀表、數(shù)控機(jī)床及現(xiàn)場(chǎng)信息化系統(tǒng)對(duì)接，支持豐富工業(yè)協(xié)議，可作為大規(guī)模的分布式設(shè)備的接入節(jié)點(diǎn)，將工業(yè)數(shù)據(jù)與工業(yè)應(yīng)用無(wú)縫集成，完成工業(yè)OT 數(shù)據(jù)向IT 數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并統(tǒng)一以TCP/IP 形式向上輸出。支持協(xié)議按需動(dòng)態(tài)加載，自定義映射轉(zhuǎn)換功能，支持云端設(shè)備管理。通過(guò)云化PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件定義控制系統(tǒng)，允許用戶更換或添加組件而不影響系統(tǒng)的其他部分，實(shí)現(xiàn)輕松的可擴(kuò)展性和系統(tǒng)模塊化；用戶可以靈活地選擇不同的供應(yīng)商，無(wú)供應(yīng)商鎖定；軟件定義的控制系統(tǒng)、桌面系統(tǒng)、組態(tài)和編程套件等，集成了傳統(tǒng)工控機(jī)和PLC 的全部功能；可實(shí)現(xiàn)PLC 輕松連接至互聯(lián)網(wǎng)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化和自我意識(shí)、無(wú)須更換PLC 硬件即可改變和升級(jí)PLC 設(shè)備功能，并可以通過(guò)軟件升級(jí)來(lái)提高生產(chǎn)效率。

（2）工業(yè)大數(shù)據(jù)PaaS 功能

數(shù)據(jù)服務(wù)（工業(yè)大數(shù)據(jù)PaaS 功能）包含基礎(chǔ)工具、數(shù)據(jù)可視化、圖形組態(tài)、3D 孿生、行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)、行業(yè)模型服務(wù)和能力開放等?；A(chǔ)工具提供AI 運(yùn)行庫(kù)框架、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)、流式計(jì)算、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)、緩存數(shù)據(jù)庫(kù)等多種數(shù)據(jù)微服務(wù)；數(shù)據(jù)可視化和圖形組態(tài)使用靈活易用的拖拉拽的可視化和組態(tài)方式，完全基于Web 的開發(fā)和訪問(wèn)，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能；車間、設(shè)備、流程通過(guò)3D 技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)廠房、制造設(shè)備、工藝流程進(jìn)行真實(shí)展現(xiàn)，并對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工段進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，接入實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)程進(jìn)行仿真；行業(yè)主題數(shù)據(jù)庫(kù)將網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商獨(dú)有的位置數(shù)據(jù)、終端數(shù)據(jù)、設(shè)備標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)等與工業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)相結(jié)合，豐富數(shù)據(jù)維度，形成新型業(yè)務(wù)應(yīng)用，適用于智能巡檢、故障定位、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、機(jī)器視覺(jué)質(zhì)量檢測(cè)、遠(yuǎn)程移動(dòng)型機(jī)械控制等多種業(yè)務(wù)場(chǎng)景，建立不同維度的專題庫(kù)；行業(yè)人工智能模型算法庫(kù)基于工業(yè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、可視化指導(dǎo)生產(chǎn)、設(shè)備故障預(yù)警、表面質(zhì)檢和產(chǎn)品性能預(yù)測(cè)分析等工作。模型庫(kù)支持模型存儲(chǔ)、云端模型下發(fā)、模型部署，規(guī)范模型技術(shù)框架、運(yùn)行框架、輸入輸出數(shù)據(jù)格式等標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)模型自動(dòng)化匹配運(yùn)行；能力開放統(tǒng)籌能力分發(fā)：聚合應(yīng)用能力，統(tǒng)一能力入口，降低維護(hù)成本，統(tǒng)一鑒權(quán)/監(jiān)控/編排，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化。

整體邊緣云平臺(tái)還需支持與中心云的資源、數(shù)據(jù)、AI、應(yīng)用等方面的云邊協(xié)同，實(shí)現(xiàn)云邊資源的統(tǒng)一調(diào)度、集中管理，數(shù)據(jù)的云邊間實(shí)時(shí)同步，AI 的中心云訓(xùn)練、邊緣云運(yùn)行，應(yīng)用的中心云向邊緣下發(fā)，統(tǒng)一生命周期管理[6]。

通過(guò)多功能、多層次的設(shè)計(jì)，將普適的5G 邊緣計(jì)算打造成面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能工業(yè)終端。類似消費(fèi)者領(lǐng)域的智能手機(jī)，工業(yè)終端最終通過(guò)5G 聯(lián)網(wǎng)，將工業(yè)設(shè)備封裝為服務(wù)為工業(yè)應(yīng)用開發(fā)者賦能，同時(shí)提供應(yīng)用商店，承載以此標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的工業(yè)應(yīng)用。隨著工業(yè)5G 邊緣計(jì)算的發(fā)展，5G工業(yè)終端或類似概念也將得到廣泛關(guān)注與應(yīng)用。

給予西醫(yī)常規(guī)治療：予阿司匹林腸溶片100 mg，1次/d口服；予尼莫地平片40 mg，3次/d口服；予依達(dá)拉奉注射液30 mg兌入5%葡萄糖注射液250 mL中，1次/d靜脈滴注；同時(shí)配合降低顱內(nèi)壓、清除自由基、控制血壓及血糖、降血脂、抗感染等對(duì)癥治療。治療4周為1個(gè)療程，共1個(gè)療程。

圖5 工業(yè)邊緣云架構(gòu)

5 工業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景

5G 打破了制造業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)的局限性，解決了復(fù)雜工廠環(huán)境下或移動(dòng)式設(shè)備布線的問(wèn)題，解除了設(shè)備區(qū)域限制，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)平滑切換，使柔性制造成為可能，同時(shí)降低了工廠建設(shè)、改造、維護(hù)成本。在無(wú)線通信領(lǐng)域5G 依托其特性與優(yōu)勢(shì)成為現(xiàn)階段的優(yōu)勢(shì)移動(dòng)連接技術(shù)。

在5G 為代表的新技術(shù)推動(dòng)下，當(dāng)前以網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、算法、算力構(gòu)建的以科技為核心工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，有機(jī)地將傳統(tǒng)要素緊密地結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮更大的價(jià)值。5G 憑借其高速率、低時(shí)延、大連接的特性起到了關(guān)鍵的連接作用。同時(shí)，云化網(wǎng)絡(luò)的5G 原生擁有的邊緣計(jì)算能力，為5G 所接入業(yè)務(wù)提供了敏捷高效的算力支持。5G+邊緣計(jì)算結(jié)合AI、AR/VR、機(jī)器人、自動(dòng)化等先進(jìn)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)營(yíng)、庫(kù)存跟蹤、質(zhì)量管理、維護(hù)分析、生產(chǎn)環(huán)境等關(guān)鍵制造流程起到變革性作用。以下列舉一些重點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景。

? 物聯(lián)網(wǎng)與實(shí)時(shí)控制：5G 能滿足海量低功耗嵌入式傳感器的網(wǎng)絡(luò)連接與數(shù)據(jù)傳輸，以及機(jī)器、設(shè)備和人之間前所未有的互動(dòng)和協(xié)調(diào)，并使工業(yè)自動(dòng)化閉環(huán)控制應(yīng)用通過(guò)5G 網(wǎng)絡(luò)連接成為可能。邊緣計(jì)算則承載了數(shù)據(jù)模型算法、自動(dòng)化控制器等，共同賦能物聯(lián)網(wǎng)與實(shí)施控制。場(chǎng)景包括3D 可視化、預(yù)測(cè)性維護(hù)、數(shù)字孿生等設(shè)備管理應(yīng)用以及工程機(jī)械、港口岸橋吊、園區(qū)運(yùn)輸車、開采設(shè)備等遠(yuǎn)程操控應(yīng)用。

? 視頻監(jiān)控與機(jī)器視覺(jué)：對(duì)于現(xiàn)代制造企業(yè)而言，此類應(yīng)用越來(lái)越普及，如質(zhì)量檢測(cè)、操作維護(hù)、基于安全管理行為類的監(jiān)控等。通過(guò)基于5G 與邊緣側(cè)人工智能模型的機(jī)器視覺(jué)分析，滿足海量的數(shù)據(jù)傳輸要求。機(jī)器視覺(jué)AI 應(yīng)用主要包括產(chǎn)品識(shí)別、產(chǎn)品檢測(cè)、物體測(cè)量、物體分揀、物體定位等方面。

? 工業(yè)AR/VR：在智能制造過(guò)程中，通過(guò)AR 等技術(shù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作、監(jiān)控生產(chǎn)流程、生產(chǎn)任務(wù)分步指引，5G 帶來(lái)的高帶寬連接加上邊緣計(jì)算提供的AI 指導(dǎo)、輔助算力，為AR/VR 提供了更廣闊的應(yīng)用空間，包括遠(yuǎn)程協(xié)助、輔助裝配、在線監(jiān)測(cè)、虛擬裝配、虛擬展廳、虛擬培訓(xùn)、樣品展示等。

? 云化機(jī)器人與無(wú)人駕駛：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)擺脫線纜束縛，使機(jī)器人的移動(dòng)應(yīng)用成為可能，工廠可以迅速且低成本地在不同種類的產(chǎn)品生產(chǎn)線之間轉(zhuǎn)換生產(chǎn)；云化機(jī)器人通過(guò)5G 連接到云端的控制中心，通過(guò)邊緣側(cè)大數(shù)據(jù)和人工智能對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算控制，由自組織和協(xié)同機(jī)器人滿足柔性生產(chǎn)。無(wú)人駕駛的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括車路協(xié)同、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人巡檢、AGV（automated guided vehicle）小車[7]。

? 物流追蹤：5G 滿足從倉(cāng)儲(chǔ)管理到物流配送對(duì)于廣覆蓋、海量連接、低成本的網(wǎng)絡(luò)連接需求，并提供產(chǎn)品全生命周期的跟蹤定位，包括連接分布廣泛的已售出商品，動(dòng)態(tài)跟蹤更廣泛的在途商品。

5G 網(wǎng)絡(luò)化后的智能應(yīng)用旨在進(jìn)一步提升優(yōu)化“自動(dòng)化”和“信息化”系統(tǒng)的能力，進(jìn)一步將“兩化”進(jìn)行融合。如無(wú)線遠(yuǎn)程操控、計(jì)算機(jī)視覺(jué)識(shí)別、云化機(jī)器人、柔性生產(chǎn)線等自動(dòng)化方面的應(yīng)用[8]，智能動(dòng)態(tài)排產(chǎn)、數(shù)字孿生、設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)等信息化方面的應(yīng)用，車路協(xié)同、無(wú)人駕駛、第二代AGV 等自動(dòng)化與信息化融合后的應(yīng)用。

6 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展已經(jīng)從第一階段的消費(fèi)領(lǐng)域，進(jìn)入第二階段的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域[2]。5G 邊緣計(jì)算與工業(yè)融合之后，逐步成為支撐工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施。5G 邊緣計(jì)算與工業(yè)生產(chǎn)中既有的研發(fā)設(shè)計(jì)系統(tǒng)、生產(chǎn)控制系統(tǒng)及服務(wù)管理系統(tǒng)相結(jié)合，以其移動(dòng)性、高速率、低時(shí)延，全面推動(dòng)垂直行業(yè)的研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、管理服務(wù)等生產(chǎn)流程的深刻變革，為工業(yè)企業(yè)賦能，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)向智能化、服務(wù)化轉(zhuǎn)型[9]。

在可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，隨著技術(shù)成熟度的增高以及更多創(chuàng)新應(yīng)用的出現(xiàn)，面向工業(yè)的5G 邊緣計(jì)算技術(shù)可以覆蓋的潛在客戶越來(lái)越多，支持的場(chǎng)景將不斷演進(jìn)，該領(lǐng)域方向必將獲得更大的發(fā)展。