5G+智慧安全在化工行業(yè)的應(yīng)用

康海燕

摘 要：文章主要介紹了5G技術(shù)的特點(diǎn)，分析了5G技術(shù)在智慧安全環(huán)保管控平臺的創(chuàng)新，描述了5G安全專網(wǎng)、MEC邊緣云的設(shè)計(jì)以及5G+智慧安全在化工領(lǐng)域的作用，最后介紹了基于5G安全專網(wǎng)的智慧安全環(huán)保管控平臺在某石化公司使用和取得的成效。

關(guān)鍵詞：5G;安全;化工

1? ? 智慧安全環(huán)保管控平臺與5G技術(shù)結(jié)合的必然性

1.1? 5G技術(shù)特點(diǎn)

第五代移動通信系統(tǒng)（5G），給人們的工作生活帶來了巨大的變化。5G 作為最新一代的無線通信技術(shù)，其超高速率、超低時(shí)延、超大連接特性將對城市建設(shè)、人類生活都產(chǎn)生巨大的影響[1]。以其為基礎(chǔ)的泛在傳感網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，人、機(jī)、物深度融合發(fā)展;同時(shí)，與物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等為代表的新一代信息技術(shù)的深度融合，將催生出眾多新興的應(yīng)用場景和創(chuàng)新管理模式。在2015年的ITU（國際電信聯(lián)盟）會議上，全球主要運(yùn)營商和設(shè)備商共同定義了5G的3類典型應(yīng)用場景。

一是增強(qiáng)型的移動寬帶eMBB。在適當(dāng)?shù)膽?yīng)用環(huán)境下，用戶上網(wǎng)峰值最高速率可達(dá)到10 Gbps甚至20 Gbps，為4K高清視頻、AR/VR、遠(yuǎn)程教育等大帶寬應(yīng)用提供支持。

二是大連接物聯(lián)網(wǎng)mMTC。正常應(yīng)用場景下，5G網(wǎng)絡(luò)可支撐100萬/平方千米規(guī)模的人和物的連接，代表應(yīng)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智能家居。

三是低時(shí)延、超可靠通信uRLLC。這種場景要求下，5G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延達(dá)到1毫秒，為低時(shí)延、高可靠，例如自動駕駛/輔助駕駛、遠(yuǎn)程控制等提供強(qiáng)有力的支持。

1.2? 5G技術(shù)優(yōu)勢

創(chuàng)新是傳統(tǒng)制造業(yè)的核心，主要發(fā)展方向有精益生產(chǎn)、工作流程數(shù)字化、以及生產(chǎn)柔性化。5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用在不同的場景中都能進(jìn)行很穩(wěn)定并快速的傳輸，能夠適應(yīng)多種復(fù)雜的場景，支持柔性制造，使生產(chǎn)線變得更靈活、更快速、更便捷。

5G網(wǎng)絡(luò)可為智能制造的各個(gè)應(yīng)用場景提供低時(shí)延、高可靠的穩(wěn)定連接，相比有線來說，可節(jié)省50%～70%成本，降低10%的能源消耗。

高帶寬、低延時(shí)能力的保障，可對于傳統(tǒng)的系統(tǒng)部署架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可將計(jì)算能力放在云端，減少和統(tǒng)一本地工控機(jī)，并提升效率，而且在云端可以積累數(shù)據(jù)，優(yōu)化算法，便于分布式應(yīng)用，對于提升機(jī)器智能有幫助;工業(yè)控制的很多場景對時(shí)延要求都在5 ms之內(nèi)，所以5G網(wǎng)絡(luò)的1 ms uRLLC特性在工廠領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

工業(yè)視覺處理。目前工業(yè)相機(jī)本地處理，費(fèi)用昂貴? （3～6萬/臺）。如能在前端做預(yù)處理，在云端做復(fù)雜算法（如機(jī)器學(xué)習(xí)），就可以降低工業(yè)相機(jī)的部署和維護(hù)成本。實(shí)際應(yīng)用場景可能需要1秒鐘完成圖像識別傳輸，預(yù)留給網(wǎng)絡(luò)間傳輸只有十幾毫秒，對于帶寬的要求甚至達(dá)到10 Gbps，而5G憑借eMBB和uRLLC特性滿足該場景應(yīng)用。

2? ? 5G安全專網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)

5G專網(wǎng)產(chǎn)品是指利用5G組網(wǎng)、切片和MEC邊緣計(jì)算等技術(shù)，為客戶提供專屬覆蓋、網(wǎng)絡(luò)定制、數(shù)據(jù)隔離、質(zhì)量保證的基礎(chǔ)連接網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)大帶寬、低時(shí)延、安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸，滿足客戶生產(chǎn)、辦公、管理等應(yīng)用的通信服務(wù)需求[2]。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)定制化程度，分為5G獨(dú)立專網(wǎng)、5G混合專網(wǎng)、5G虛擬專網(wǎng)3種類型，以滿足客戶在不同場景、不同環(huán)節(jié)的通信服務(wù)需求。

2.1? 5G獨(dú)立專網(wǎng)

利用5G組網(wǎng)、切片和MEC邊緣計(jì)算等技術(shù)，采用專有無線設(shè)備和核心網(wǎng)一體化設(shè)備，為客戶構(gòu)建一張速率、帶寬、安全都有保障的基礎(chǔ)連接網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)與公共網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)徹底隔離，并且完全不受公眾網(wǎng)絡(luò)變化的影響。

從無線、傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)，為客戶提供端到端的物理獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，做到物理資源獨(dú)享，與外部網(wǎng)絡(luò)硬性隔離。

2.2? 5G混合專網(wǎng)

主要是以5G數(shù)據(jù)分流技術(shù)為基礎(chǔ)，通過無線和核心網(wǎng)控制網(wǎng)元的靈活定制，為客戶構(gòu)建一張安全、穩(wěn)定、可靠、快速并且數(shù)據(jù)不出園的基礎(chǔ)連接網(wǎng)絡(luò)。

用戶轉(zhuǎn)發(fā)面網(wǎng)元UPF（MEC）私有化部署，無線基站、核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元按需私有化部署，端到端采用靈活混合組網(wǎng)模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不出園區(qū)，滿足客戶安全生產(chǎn)、低時(shí)延及業(yè)務(wù)隔離的訴求。

2.3? 5G虛擬專網(wǎng)

利用端到端切片及QoS技術(shù)，為實(shí)際應(yīng)用場景提供一張高帶寬、低時(shí)延并與公眾網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)隔離的虛擬專有網(wǎng)絡(luò)。

企業(yè)側(cè)不單獨(dú)部署網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，端到端共用供應(yīng)商公眾網(wǎng)絡(luò)資源，通過切片技術(shù)為企業(yè)提供邏輯專享網(wǎng)絡(luò)資源，打造不同SLA級別的邏輯專網(wǎng)。

UPF作為移動錨點(diǎn)，負(fù)責(zé)分組路由、轉(zhuǎn)發(fā)、包檢測及策略執(zhí)行、流量上報(bào)等功能，與MEC一體化部署，可實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)深度融合。

AMF用于注冊、連接、可達(dá)性及移動性管理，完成用戶的接入認(rèn)證和鑒權(quán)。

SMF用于會話管理、IP地址分配、策略執(zhí)行、計(jì)費(fèi)等功能。

2.4? MEC邊緣云

5G MEC邊緣云產(chǎn)品由邊緣UPF、邊緣IaaS、邊緣增強(qiáng)服務(wù)及邊緣應(yīng)用組成，關(guān)鍵能力包括提供邊緣分流和算力服務(wù)、構(gòu)建行業(yè)專網(wǎng)、支持云邊協(xié)同、多廠區(qū)互聯(lián)、提供用戶自助服務(wù)及高質(zhì)量安全保障服務(wù)。

（1）提供邊緣分流和算力服務(wù)：通過UPF下沉至邊緣或用戶側(cè)機(jī)房，實(shí)現(xiàn)分組路由、包檢測、策略執(zhí)行及計(jì)費(fèi)報(bào)告生成等功能;通過算力部署到邊緣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)更快、更強(qiáng)邊緣算力、增值能力和行業(yè)應(yīng)用;通過UPF與MEP之間的網(wǎng)業(yè)協(xié)同接口MP2，提供帶寬管理、邊緣分流配置、RNIS等個(gè)性化CT-VAS服務(wù);

（2）構(gòu)建企業(yè)自主可控專網(wǎng)：5G MEC可與SMF/AMF核心網(wǎng)網(wǎng)元共平臺部署，實(shí)現(xiàn)插電即用，為各行各業(yè)提供專屬定制化的網(wǎng)絡(luò)配置和服務(wù)。

（3）支持云邊協(xié)同：5G MEC本身具備原生云網(wǎng)能力，支持與私有云、公有云等的云間協(xié)同，整合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲、平臺和應(yīng)用，賦能各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)高效無極化協(xié)同。

（4）支持多場景互聯(lián)：5G MEC產(chǎn)品可與運(yùn)營商各類專線產(chǎn)品組合，實(shí)現(xiàn)跨域多場景下的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和業(yè)務(wù)協(xié)同，為實(shí)際使用者提供云網(wǎng)融合一體化方案和體驗(yàn)。

（5）支持客戶私有化部署及控制：通過5G MEC+專網(wǎng)融合自服務(wù)平臺，在客戶進(jìn)行私有化部署時(shí)提供自助分流管理、應(yīng)用自部署、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控、自助維護(hù)及多場景的協(xié)同管理等能力。

（6）提供高質(zhì)量安全保障服務(wù)：提供接入層、匯聚層、核心層分層等級安全保護(hù)，提供從應(yīng)用開發(fā)、發(fā)布到上線、維護(hù)的全生命周期防護(hù)。

3? ? 5G+智慧安全在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1? 智慧安全環(huán)保管控平臺

集成各類資源信息、安環(huán)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)可視化、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，支持安環(huán)多系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中展示、分層展現(xiàn)、監(jiān)測預(yù)警、關(guān)聯(lián)分析、主動發(fā)現(xiàn)、聯(lián)動預(yù)警等的業(yè)務(wù)特性。包含地圖導(dǎo)航系統(tǒng)、視頻點(diǎn)位GIS管理、廠區(qū)信息GIS管理、數(shù)據(jù)可視化展示、數(shù)據(jù)綜合分析、全域大屏展示等功能。

3.2? 施工過程安全管控系統(tǒng)

移動視頻監(jiān)控設(shè)備經(jīng)過安全密鑰處理后，將視頻數(shù)據(jù)回傳企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，在內(nèi)網(wǎng)平臺進(jìn)行AI的行為識別處理。

3.3? 高危氣體安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

氣體遙測監(jiān)測設(shè)備，基于光譜識別算法模型，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測半徑3千米范圍內(nèi)空氣中污染氣體的快速定性識別和定量分析，快速定點(diǎn)定位污染源的和核定污染范圍

3.4? 基于光纖傳感器的密閉管道和容器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)

新建或改造管道上布設(shè)應(yīng)變感測光纜，通過分布光纖應(yīng)變測試技術(shù)進(jìn)行長距離監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對管道破裂預(yù)防及損傷探測。

3.5? 基于AI的火眼報(bào)警預(yù)警系統(tǒng)

基于AI的視覺識別系統(tǒng)，在圖像學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，對生產(chǎn)區(qū)1 200多路實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻進(jìn)行圖像識別，對跑冒滴漏、冒煙以及起火等異常情況進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警。

3.6? 機(jī)器人巡檢系統(tǒng)

配置各類安全環(huán)保傳感器，按照規(guī)劃路線實(shí)現(xiàn)管線、設(shè)備、氣體的日常巡檢功能。

4? ? 5G+智慧安全環(huán)保管控平臺在企業(yè)的作用

江蘇某石化公司為央企在江蘇的分公司，主要從事合成樹脂、合成纖維原料、基本有機(jī)化工原料、成品油、合成橡膠等產(chǎn)品生產(chǎn)。江蘇聯(lián)通與其聯(lián)合承建的智慧安全環(huán)保管控平臺，基于5G安全專網(wǎng)，通過安全環(huán)保應(yīng)用建設(shè)有效提升預(yù)警預(yù)報(bào)能力、降低事故隱患、提高事件處置效率，明顯降低因安全環(huán)保事故造成的經(jīng)濟(jì)損失，實(shí)現(xiàn)公司安全、環(huán)保管理，從事后管理逐步向事前規(guī)范、預(yù)警報(bào)警、實(shí)時(shí)監(jiān)督的閉環(huán)管理方向發(fā)展。

5? ? 結(jié)語

隨著社會與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，化工行業(yè)旨在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的準(zhǔn)化、一體化、全局化、感知化、智能化，積極開展生產(chǎn)過程全方位、全過程、全要素的監(jiān)測、診斷，運(yùn)用5G高速率傳輸技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、無線傳輸、云計(jì)算等現(xiàn)代化信息技術(shù)，全面落實(shí)“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”發(fā)展理念，推動各領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，加快生產(chǎn)方式、管理方式的創(chuàng)新，提高生產(chǎn)經(jīng)營決策分析水平，推進(jìn)智能石化建設(shè)，向產(chǎn)業(yè)中高端邁進(jìn)，實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量、更有效率、更可持續(xù)的發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李旭茹，徐曉宇，岳亞偉.5G技術(shù)綜述[J].山西電子技術(shù)，2017（2）：91-93.

[2]葉國華.探析當(dāng)前5G技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)[J].中國新通信，2016（7）：26.

（編輯 王永超）

Application of 5G+ smart security in chemical industry

Kang Haiyan

（China United Network Communications Co.， Ltd.， Jiangsu Branch， Nanjing? 210019， China）

Abstract：This article mainly introduces the characteristics of 5G technology， analyzes the innovation of 5G technology in intelligent safety and environmental protection management and control platform， describes the design of 5G safety private network and MEC edge cloud， as well as the role of 5G+ intelligent safety in the chemical industry， and finally introduces the application and achievements of intelligent safety and environmental protection management and control platform based on 5G safety private network in a petrochemical company.

Key words：5G; security; chemical