5G邊緣計算在火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應用模式初探

摘要：隨著信息技術的飛速發(fā)展，5G邊緣計算在火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用中的優(yōu)勢愈發(fā)明顯。作為一種新型技術，5G邊緣計算是工業(yè)經(jīng)濟與信息技術在發(fā)展過程中深度融合的產(chǎn)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(lián)環(huán)境中得到保障，才能充分體現(xiàn)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(fā)揮其智能應用的作用。

關鍵詞：5G邊緣計算；火電行業(yè)；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

引言

在信息時代，火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設需要進一步完善，不僅要創(chuàng)新模式，還要及時完善基礎設施，結(jié)合產(chǎn)業(yè)生態(tài)特征，抓住要素，形成完整的數(shù)據(jù)鏈，為經(jīng)濟發(fā)展奠定堅實的基礎。這就要求相關企業(yè)能夠從技術原因出發(fā)，加快移動通信技術的研發(fā)，在當前火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域新興商業(yè)場景的基礎上，解決5G邊緣計算的問題，構(gòu)建一個計算、存儲、應用等一體化的集成平臺，發(fā)揮5G邊緣計算在火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的實際作用。

1. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概述

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有狹義和廣義的概念。狹義工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是指利用大數(shù)據(jù)技術提高工業(yè)生產(chǎn)效率，降低工業(yè)生產(chǎn)成本，主要針對智能制造業(yè)。廣義工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是指工業(yè)化和信息化的結(jié)合，不僅是指制造業(yè)，不再是指生產(chǎn)過程，而是指工業(yè)經(jīng)營和產(chǎn)業(yè)協(xié)同[1]?？傊I(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用提高了工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，實現(xiàn)了資源要素的有效整合。

隨著我國科學技術的發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在以下三個方面不斷擴大。一是生產(chǎn)自動化。其主要應用于公司的內(nèi)部生產(chǎn)和運營管理，如在工廠物流、生產(chǎn)過程、環(huán)境監(jiān)測等方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以滿足用戶的個性化需求，并根據(jù)應用場景為用戶提供個性化、定制化的服務。二是網(wǎng)絡合作。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將促進企業(yè)之間的合作，包括供應合作、設計合作、生產(chǎn)合作等，這將促進行業(yè)供應鏈的優(yōu)化。三是拓展服務。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將繼續(xù)擴展服務，為用戶提供更多的增值服務，如網(wǎng)絡監(jiān)控、在線分析和診斷等。

2. 5G技術的架構(gòu)和設計原則

一般情況下，從架構(gòu)方面來看，5G技術在架構(gòu)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(wǎng)絡端點連接，并進行網(wǎng)絡信息溝通。多路訪問邊緣計算網(wǎng)絡架構(gòu)模式具有諸多優(yōu)勢，如信息傳輸快、保密性強、吞吐量低等，而5G技術網(wǎng)絡架構(gòu)為網(wǎng)絡用戶提供了便捷訪問，進一步實現(xiàn)了快捷獲得數(shù)據(jù)信息。與此同時，網(wǎng)絡用戶也可以在網(wǎng)絡安全的前提下，進一步執(zhí)行服務架構(gòu)等流程。5G技術在控制方面主要由兩部分構(gòu)成，分別是AMF與SMF，利用網(wǎng)絡客戶端的轉(zhuǎn)發(fā)功能來進一步控制網(wǎng)絡流量的流通，通過5G核心技術可以有效提高網(wǎng)絡信息的流通效率，進而方便網(wǎng)絡用戶。從設計原則方面來看，接入網(wǎng)與核心網(wǎng)是分開的，兩者單獨進入5G網(wǎng)絡，進一步實現(xiàn)了技術創(chuàng)新與信息暢通[2]。

3. 火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的5G技術

5G技術作為新時代互聯(lián)網(wǎng)信息技術發(fā)展的典型代表，在日常生活生產(chǎn)方面發(fā)揮著至關重要的作用，其自身比較強大的優(yōu)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?nèi)粘Ｉ町a(chǎn)生重要影響，進一步改變了人們的生活習慣與結(jié)構(gòu)，對我國數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展也大有裨益，作為發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟的關鍵核心技術，將個人網(wǎng)絡與工業(yè)化發(fā)展有機銜接起來。

通過云計算進一步設計出一個良好的網(wǎng)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(yè)務信息與數(shù)據(jù)。當需要進一步擴大業(yè)務規(guī)模的時候，可以利用平臺進行數(shù)據(jù)的傳播與分享，而在進行數(shù)據(jù)交互過程中，也可以創(chuàng)建信息虛擬環(huán)境。與此同時，物聯(lián)網(wǎng)技術也可以拓展傳感器的服務范圍，如網(wǎng)絡場景，通過將數(shù)據(jù)進一步流通于網(wǎng)絡虛擬環(huán)境，進一步感受5G技術的魅力。當然，火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)5G技術的作用不止于此，其還可以將數(shù)據(jù)用于多種場景，實現(xiàn)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(fā)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(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應用發(fā)展面臨的實際問題

4.1 萬物互聯(lián)難以落地

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是基于生產(chǎn)系統(tǒng)的各種設備、流程和管理層次，只有通過全面的數(shù)據(jù)采集和分析，才能真正將各個層次整合到一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡中，優(yōu)化生產(chǎn)技術和生產(chǎn)方法。但是，在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，設備本身不能產(chǎn)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(zhuǎn)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(tǒng)一標準、性能差異等因素的影響，還需要制定各種相應的驅(qū)動協(xié)議，導致工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設的難度大大增加。

4.2 數(shù)據(jù)整合困難

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的高效運行必須有完善的數(shù)據(jù)融合支撐，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整采集和分析，實現(xiàn)各級信息的有機交互，確保數(shù)據(jù)的價值得到充分發(fā)揮。但是，在數(shù)據(jù)融合中，需要建立一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，利用大數(shù)據(jù)技術對采集的數(shù)據(jù)進行清理和預處理，需要形成標準的數(shù)據(jù)資源，為用戶提供有效的數(shù)據(jù)支持。高質(zhì)量的數(shù)據(jù)集成需要完善的網(wǎng)絡支持，在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸和處理效率較低，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)場景和實時數(shù)據(jù)分析的要求，無法充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的價值。

4.3 數(shù)據(jù)安全性不足

為充分發(fā)揮火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在生產(chǎn)應用中的作用，需要在不同系統(tǒng)之間進行穩(wěn)定、安全的信息傳輸，實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)交換。對我國大多數(shù)工業(yè)企業(yè)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(lián)網(wǎng)+”改造、數(shù)據(jù)采集和傳輸設計的過程中，以及火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的通信過程中，很容易出現(xiàn)信息丟失的現(xiàn)象。同時，網(wǎng)絡病毒和攻擊的存在給火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的運行帶來了巨大的安全隱患。如果數(shù)據(jù)信息安全沒有就地保護，很可能導致數(shù)據(jù)泄露甚至設備被篡改。這些問題的存在不僅影響企業(yè)的生產(chǎn)安全和經(jīng)濟利益，甚至還會引發(fā)國家安全問題。

5. 5G邊緣計算在火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)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(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應用越來越廣泛，5G邊緣計算技術可以有效突破傳統(tǒng)模式的局限，為火電行業(yè)逐步走向更高效、更智能的發(fā)展道路提供足夠的推動力。例如，許多火電行業(yè)工業(yè)企業(yè)在開展生產(chǎn)活動時，對PLC集中化系統(tǒng)高度依賴，可以有效控制所有PLC設備。然而，傳統(tǒng)的火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式對工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)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(jié)合邊緣計算技術來解決這類問題，即結(jié)合5G和PLC集中供應商實現(xiàn)遠程控制的集中調(diào)整，改造PLC設備，大幅提高火電行業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)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(tǒng)機型，提高了抗干擾能力；二是通過構(gòu)建云協(xié)作架構(gòu)，使火電行業(yè)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)活動中各種車間設備因數(shù)據(jù)協(xié)議不同而無法互操作的問題得以消除；三是傳統(tǒng)模式無法收集實時數(shù)據(jù)，容易導致“信息孤島”，而5G解決了這一問題。

5.2 虛擬工廠網(wǎng)絡

火電行業(yè)工業(yè)企業(yè)在開展生產(chǎn)活動時，為更好地滿足不同場景的需求，組合專用網(wǎng)絡是必不可少的方法。但是，許多傳統(tǒng)供應商提供的網(wǎng)絡無法滿足火電行業(yè)工業(yè)企業(yè)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(yè)互聯(lián)網(wǎng)，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(wǎng)絡運營商的網(wǎng)絡服務可以結(jié)合起來，構(gòu)建虛擬專用工廠網(wǎng)絡。例如，中國企業(yè)聯(lián)合芬蘭共同研究基于Lora和Wi-Fi 6融合的新型物聯(lián)網(wǎng)增強網(wǎng)絡架構(gòu)，滿足對電廠增強感知的需求。新型物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的自組織融合組網(wǎng)部署技術，支持感知網(wǎng)絡的隨需部署、動態(tài)組網(wǎng)，滿足數(shù)字孿生電廠對補充感知數(shù)據(jù)的快速響應需求。不僅可以達到火電行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中實時數(shù)據(jù)采集的目的，而且還可以為各種設備的連接或視頻監(jiān)控系統(tǒng)的管理創(chuàng)造合理條件。

此外，當火電行業(yè)工業(yè)企業(yè)開展各種業(yè)務活動時，邊緣計算技術也可以發(fā)揮作用。例如，當企業(yè)參加項目招標時，為更好地呈現(xiàn)招標方案，通過使用邊緣計算技術，可以將企業(yè)的生產(chǎn)活動與設計結(jié)合起來，以更全面、更直觀的方式展示詳細的內(nèi)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(yè)發(fā)展的需要，提高火電行業(yè)工業(yè)企業(yè)的核心競爭力，而且為實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟的快速轉(zhuǎn)型和發(fā)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(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中得到有效應用，以滿足工業(yè)發(fā)展的需要，促進經(jīng)濟轉(zhuǎn)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(yè)工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)過程，具體原理是將高清攝像機、工業(yè)攝像機等設置在生產(chǎn)線上，結(jié)合視頻分析技術和視覺識別分析技術，實時控制工業(yè)生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質(zhì)量，為工藝優(yōu)化提供依據(jù)。以水泥生產(chǎn)廠家為例，在生產(chǎn)中采用“MEC+”分析服務，可以提高水泥袋計數(shù)識別能力，還可以實時監(jiān)控進料，保證水泥制品的質(zhì)量。

6. 適用于火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣計算技術思路

6.1 火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計算的技術架構(gòu)

火電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計算技術方面運營商來自多個方面，通過連接多個網(wǎng)絡點進行邊緣計算，依據(jù)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(yè)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(fā)環(huán)境，在站點/設備端具有云計算功能或網(wǎng)絡服務器（通常稱為場邊緣云計算節(jié)點），設備端硬件支持以及對現(xiàn)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(xiàn)無線連接，還可以根據(jù)自身環(huán)境和難度進行有線連接，探索基于DCS數(shù)據(jù)及增強型物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，融合數(shù)據(jù)驅(qū)動模型與機理模型的數(shù)字孿生模型構(gòu)建方法；結(jié)合多目標智能優(yōu)化與經(jīng)典優(yōu)化算法，研發(fā)數(shù)字孿生模型的在線修正方法，以及邊緣側(cè)設備運行方式的在線多目標優(yōu)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(jié)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(yè)務信息并將其轉(zhuǎn)換為小程序，這些程序使用系統(tǒng)中的分布式計算能力來分析數(shù)據(jù)，并將結(jié)果統(tǒng)計后發(fā)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(nèi)處理大量的數(shù)據(jù)信息，不僅提高了用戶的生產(chǎn)力，而且保證了數(shù)據(jù)的安全性[5]。

6.4 客戶端

火電行業(yè)工業(yè)網(wǎng)絡中的客戶端主要涉及設備和傳感器，以及使用通信協(xié)議訪問現(xiàn)場或邊緣節(jié)點。企業(yè)員工可以將客戶端與云服務和網(wǎng)絡集成，形成“云服務+網(wǎng)絡邊緣+終端”的計算方法。由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)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(tǒng)。

結(jié)語

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

參考文獻：

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

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[3]劉學林，褚瑞娟.基于5G網(wǎng)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(zhí)行環(huán)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(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應用模式初探[J].工業(yè)控制計算機，2022，35（12）：141-143.

[6]岳守振，張琦，呂金華，等.5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡安全威脅及應對淺析[J].網(wǎng)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(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、工業(yè)大數(shù)據(jù)。

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