邊緣智能感知技術(shù)在5G 傳輸網(wǎng)絡(luò)中的實時數(shù)據(jù)處理與決策

李鵬江

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

1 邊緣智能感知技術(shù)概述

1.1 定義與基本原理

邊緣智能感知技術(shù)作為一種前沿技術(shù)，實現(xiàn)了邊緣計算與人工智能的深度融合，可以在數(shù)據(jù)源頭附近進行實時、智能化的數(shù)據(jù)處理與決策。其基本原理在于將智能算法和模型推送至網(wǎng)絡(luò)邊緣，使得數(shù)據(jù)處理可以在產(chǎn)生源頭附近完成，從而降低傳輸時延、減輕網(wǎng)絡(luò)帶寬負擔(dān)并提升實時性。這種技術(shù)的核心理念在于讓邊緣設(shè)備承擔(dān)計算任務(wù)，在完成數(shù)據(jù)的實時分析與決策制定的過程中，要充分利用相關(guān)信息，阻止所有數(shù)據(jù)傳輸至中央云端處理。

1.2 邊緣計算與人工智能的融合

邊緣計算與人工智能的融合是一種創(chuàng)新的技術(shù)趨勢，通過將邊緣計算與人工智能緊密結(jié)合，建立更高性能和更智能的系統(tǒng)。邊緣計算領(lǐng)域的邊緣設(shè)備擁有執(zhí)行計算任務(wù)的能力，這使得數(shù)據(jù)處理能夠在產(chǎn)生源頭附近進行。這種局部計算的特點，可以降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t，從而提升系統(tǒng)的反應(yīng)速度。這對于實時性要求高的應(yīng)用場景，如5G 傳輸網(wǎng)絡(luò)中的實時數(shù)據(jù)處理，具有顯著的優(yōu)勢。邊緣計算的融入使邊緣智能感知技術(shù)更能滿足網(wǎng)絡(luò)性能需求。

邊緣智能感知技術(shù)在人工智能領(lǐng)域中將機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)模型應(yīng)用于邊緣設(shè)備，賦予智能識別與解析信息的能力，意味著邊緣設(shè)備可以在本地智能地處理數(shù)據(jù)，無須將所有數(shù)據(jù)傳輸至云端進行分析。這些智能算法在邊緣設(shè)備的實施，能夠更加敏捷地應(yīng)對實時環(huán)境的變化，提高對數(shù)據(jù)的實時響應(yīng)。這種智能的融合不僅有助于提高數(shù)據(jù)處理效率，同時為邊緣設(shè)備賦予了更強大的決策能力，使其能夠更自主地作出實時決策，減輕對中央云端的依賴[1]。

1.3 邊緣智能感知技術(shù)的技術(shù)特點

邊緣智能感知技術(shù)實現(xiàn)人工智能與邊緣計算的深度融合，在本地邊緣設(shè)備上成功實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與決策制定的智能化。這一特點顯著提高數(shù)據(jù)處理的時效性和高效性，同時減少對網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用，從而提升系統(tǒng)的實時性能。另外，邊緣智能感知技術(shù)具備顯著的智能化與自適應(yīng)特性，能夠迅速適應(yīng)實時環(huán)境變化，優(yōu)化數(shù)據(jù)處理和決策策略，使其能夠更加妥善地應(yīng)對各種復(fù)雜場景和需求。不僅如此，該技術(shù)還注重數(shù)據(jù)隱私，采用領(lǐng)先的加密技術(shù)與隱私保護策略，確保用戶信息的安全性和私密性。

2 邊緣智能感知技術(shù)在實時數(shù)據(jù)處理與決策領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)采集與傳輸

實時數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域中，邊緣智能感知技術(shù)的主要功能是完成數(shù)據(jù)采集與傳輸。在網(wǎng)絡(luò)邊緣布置智能感應(yīng)節(jié)點，大量連網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能被系統(tǒng)實時搜集。傳感器和處理器被安裝在這些節(jié)點上，能夠即時獲取各類傳感器數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、位置以及加速度等，如表1 所示。運用邊緣數(shù)據(jù)采集方法來獲取數(shù)據(jù)，顯著縮短數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延。邊緣智能感知技術(shù)具有選擇智能數(shù)據(jù)傳輸路徑的能力，提高數(shù)據(jù)傳輸速度以緩解網(wǎng)絡(luò)擁堵現(xiàn)象。

表1 實時數(shù)據(jù)處理中的不同傳感器類型及參數(shù)

邊緣智能感知技術(shù)采用業(yè)內(nèi)的通信協(xié)議和高科技，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸，確保數(shù)據(jù)能夠高效、安全地傳輸?shù)街付ǖ奶幚砉?jié)點。利用5G 網(wǎng)絡(luò)的高帶寬和低時延優(yōu)勢，采用傳輸策略，對數(shù)據(jù)進行壓縮與加密處理。運用智能技術(shù)優(yōu)化數(shù)據(jù)采集與傳輸過程，邊緣智能感知技術(shù)為實時數(shù)據(jù)處理提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)保障。

2.2 實時數(shù)據(jù)處理與分析

邊緣智能感知技術(shù)在實時數(shù)據(jù)處理與分析領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。數(shù)據(jù)傳輸至邊緣網(wǎng)絡(luò)的智能感應(yīng)節(jié)點后，立即應(yīng)用先進算法處理，實時處理和分析數(shù)據(jù)。這包括數(shù)據(jù)處理、特征挖掘以及模式識別等多個環(huán)節(jié)。應(yīng)用邊緣實時數(shù)據(jù)處理技術(shù)，高度智能系統(tǒng)快速適應(yīng)各類場景。例如，實時分析傳感器數(shù)據(jù)是工業(yè)自動化領(lǐng)域的核心環(huán)節(jié)，系統(tǒng)能預(yù)測設(shè)備故障，實施針對性的維護策略，確保生產(chǎn)流程持續(xù)穩(wěn)定。

邊緣智能感知技術(shù)實時處理能力適用于更多復(fù)雜任務(wù)領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)是機器學(xué)習(xí)的一個分支。對數(shù)據(jù)進行高效處理與分析，系統(tǒng)憑借實時學(xué)習(xí)和推斷能力實現(xiàn)智能決策。這種分布式數(shù)據(jù)處理技術(shù)不僅減少系統(tǒng)對集中處理節(jié)點的依賴，還提高系統(tǒng)對不斷變化環(huán)境和數(shù)據(jù)模式的適應(yīng)性。

2.3 決策制定與執(zhí)行

智能感知節(jié)點助力系統(tǒng)高效決策。這些決策基于實時感知數(shù)據(jù)的深入分析和理解，可以是事先定義的決策規(guī)則，也可以是通過機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)學(xué)得的模型。例如，在智能交通系統(tǒng)中邊緣節(jié)點對實時路況進行捕捉，實時調(diào)整交通信號燈的時間長度，以最優(yōu)化交通流，從而有效緩解擁堵[2]。

決策執(zhí)行階段離不開邊緣智能感知技術(shù)的保障，在網(wǎng)絡(luò)邊緣布置執(zhí)行節(jié)點，系統(tǒng)能夠?qū)Q策信號傳達到設(shè)備或執(zhí)行單元，實時控制設(shè)備的行為。這種分權(quán)決策方式有助于緩解集中決策的壓力，優(yōu)化整體系統(tǒng)的反應(yīng)速度。實時的決策執(zhí)行使得系統(tǒng)能夠更迅速地適應(yīng)復(fù)雜、動態(tài)的場景，尤其是時延敏感的應(yīng)用場景如自動駕駛、工業(yè)自動化等至關(guān)重要。決策權(quán)已下放至網(wǎng)絡(luò)邊緣，邊緣智能感知技術(shù)的應(yīng)用，使得系統(tǒng)的實時性能得以顯著優(yōu)化，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性，針對各類實時場景，提供可信的應(yīng)對方案。

3 挑戰(zhàn)與解決方案

3.1 數(shù)據(jù)隱私與安全性

5G 傳輸網(wǎng)絡(luò)中，在大量數(shù)據(jù)收集與傳輸環(huán)節(jié)中，用戶個人信息及敏感數(shù)據(jù)面臨潛在泄露風(fēng)險。為解決這一問題，提出一種關(guān)鍵的策略是在數(shù)據(jù)采集階段采用隱私保護技術(shù)，如差分隱私和同態(tài)加密。差分隱私技術(shù)是一種常用的隱私保護手段，它通過在數(shù)據(jù)中引入噪聲的方式來保護個體數(shù)據(jù)的隱私，同時仍然允許進行有意義的整體數(shù)據(jù)分析。同態(tài)加密允許在加密狀態(tài)下進行計算，從而在數(shù)據(jù)傳輸和處理的全過程中確保數(shù)據(jù)的安全性與完整性。此外，實施高效的權(quán)限控制與身份驗證機制，特定數(shù)據(jù)僅授權(quán)用戶可查看與操作，這是一種提高數(shù)據(jù)隱私和安全保護效果的實際措施。

網(wǎng)絡(luò)通信安全的核心在于運用加密傳輸協(xié)議和安全認(rèn)證技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸過程須嚴(yán)防非法截取與篡改行為。運用先進的加密手段，如傳輸層安全性（Transport Layer Security，TLS）/安全套接層（Secure Sockets Layer，SSL）協(xié)議，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸時須保持隱秘性。此外，應(yīng)用全面的安全保護措施，涉及防火墻、入侵檢測系統(tǒng)以及安全審計范疇，提高系統(tǒng)的整體安全性能[3]。

3.2 網(wǎng)絡(luò)資源管理與優(yōu)化

5G 網(wǎng)絡(luò)中，邊緣智能感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)控與優(yōu)化提出新的挑戰(zhàn)。大規(guī)模的交互和高速信息傳輸導(dǎo)致對網(wǎng)絡(luò)寬帶、存儲空間以及計算能力的需求較大。為有效管理這些資源，一方面需要采用先進的網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度算法，實現(xiàn)對帶寬和存儲的智能分配；另一方面通過邊緣計算技術(shù)將計算任務(wù)分布到網(wǎng)絡(luò)邊緣，減輕中心服務(wù)器的負擔(dān)，提高整體系統(tǒng)的處理效率[4]。

在網(wǎng)絡(luò)資源管理中，自適應(yīng)調(diào)度算法的應(yīng)用至關(guān)重要。該類算法能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)實況和需求，確保網(wǎng)絡(luò)在各種負載下持續(xù)高效運行，靈活調(diào)整資源分配。此外，采用網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）和軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）等技術(shù)方法，實施網(wǎng)絡(luò)資源的智能調(diào)控與優(yōu)化提升。NFV 和SDN 允許網(wǎng)絡(luò)功能通過軟件方式實現(xiàn)，提高網(wǎng)絡(luò)的可編程性和靈活性，有助于更精準(zhǔn)地滿足各種應(yīng)用需求。這些不同網(wǎng)絡(luò)資源管理和優(yōu)化策略的比較如表2 所示。

表2 網(wǎng)絡(luò)資源管理與優(yōu)化策略的比較

為優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，采用緩存策略、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)及負載均衡策略等手段。在網(wǎng)絡(luò)邊緣智能感知節(jié)點上實現(xiàn)緩存技術(shù)的部署，減少數(shù)據(jù)傳輸時延以提高數(shù)據(jù)存取速率。壓縮算法則可以降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捳加?，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。負載均衡策略確保網(wǎng)絡(luò)資源得到恰當(dāng)分配，部分節(jié)點負擔(dān)適度減輕，以避免性能瓶頸[5]。

3.3 跨領(lǐng)域合作與標(biāo)準(zhǔn)化

邊緣智能感知技術(shù)的發(fā)展涉及多個領(lǐng)域，如通信、計算機科學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能等。各行業(yè)須協(xié)同運用專業(yè)技能，共建準(zhǔn)則與協(xié)議來實現(xiàn)協(xié)同，確保各設(shè)備、系統(tǒng)以及服務(wù)協(xié)同運行。此外，國際一致性規(guī)范的創(chuàng)建將推動技術(shù)廣泛運用，促進全球邊緣智能感知技術(shù)的發(fā)展。

3.4 技術(shù)演進與未來發(fā)展方向

技術(shù)演進與未來發(fā)展方向?qū)⒅赜谔嵘龑崟r數(shù)據(jù)處理速度與邊緣計算能力。通過優(yōu)化算法與模型，邊緣智能感知技術(shù)將實現(xiàn)更快速的數(shù)據(jù)處理，滿足對低時延和高效率的需求。同時，隨著邊緣計算技術(shù)的成熟，其計算能力將得到增強，支持更復(fù)雜的任務(wù)和應(yīng)用，如邊緣人工智能和邊緣深度學(xué)習(xí)，從而提高系統(tǒng)的智能化水平與處理能力。未來的發(fā)展趨勢還受通信技術(shù)的影響，隨著6G 技術(shù)的應(yīng)用，邊緣智能感知技術(shù)將迎來新的創(chuàng)新與優(yōu)化，以更好地滿足未來網(wǎng)絡(luò)的需求與應(yīng)用場景。

4 結(jié) 論

在邊緣智能感知技術(shù)融入5G 傳輸網(wǎng)絡(luò)的不斷深化中，見證實時數(shù)據(jù)處理與決策領(lǐng)域的巨大進步。這一技術(shù)的獨特優(yōu)勢在于通過邊緣計算和人工智能的緊密結(jié)合，使得數(shù)據(jù)處理能夠更加智能、高效，并且更貼近數(shù)據(jù)源頭，滿足5G 應(yīng)用對低時延和高帶寬的迫切需求。然而，隨著技術(shù)的蓬勃發(fā)展，必須共同應(yīng)對數(shù)據(jù)隱私與安全性、網(wǎng)絡(luò)資源管理與優(yōu)化等方面的挑戰(zhàn)。未來，隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的不斷升級和技術(shù)的創(chuàng)新，邊緣智能感知技術(shù)將持續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，為實時數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域帶來更為高效和可靠的解決方案，助力構(gòu)建智能的數(shù)字化社會。