摘要：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略之一，在工業(yè)化和互聯(lián)網(wǎng)化兩化融合的過(guò)程中存在諸多難題，需要 5G 和 MEC 等 CT 新技術(shù)貫通工業(yè) OT 域和 IT域。為了探討 5G 和 MEC 在工業(yè)組網(wǎng)、支撐工業(yè)系統(tǒng)方面的價(jià)值，首先分析了工業(yè)領(lǐng)域存在的問(wèn)題及對(duì)新技術(shù)的需求，接著提出了 5G 和 MEC 在工業(yè)內(nèi)外網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)中的應(yīng)用方案，并對(duì)工業(yè)邊緣云架構(gòu)、典型應(yīng)用場(chǎng)景等進(jìn)行了討論。結(jié)合 5G+MEC 在工廠中的應(yīng)用案例和相關(guān)的技術(shù)測(cè)試指標(biāo)驗(yàn)證，最后得出了“5G+MEC+行業(yè)智能化應(yīng)用”模式將為行業(yè)和企業(yè)發(fā)展帶來(lái)真正價(jià)值的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：邊緣計(jì)算；5G；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；ICT；工業(yè)內(nèi)外網(wǎng)

1 工業(yè)對(duì)新技術(shù)的需求

1.1 工業(yè)存在的問(wèn)題分析

中國(guó)的工業(yè)規(guī)模位居世界前列，門(mén)類(lèi)齊全、體系完整，在支撐中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用。但中國(guó)仍處于工業(yè)化進(jìn)程中，制造業(yè)與先進(jìn)國(guó)家相比還有較大差距，特別是在企業(yè)的信息化、智能化方面仍處于起步階段，整體發(fā)展水平不高，制約了工業(yè)企業(yè)的發(fā)展。

傳統(tǒng)的工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)制造、組網(wǎng)和企業(yè)信息化等方面存在諸多問(wèn)題，各工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)無(wú)法互通，形成“信息孤島”，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

a）企業(yè)多采用工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行組網(wǎng)，傳統(tǒng) IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸采用盡力而為的機(jī)制，存在丟包、時(shí)延、抖動(dòng)等問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)時(shí)延敏感性應(yīng)用的需求。

b）工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸速率較低、協(xié)議繁多，各廠家之間不能互通，影響企業(yè)對(duì)終端數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、管理和建模。

c）部分工廠采用 Wi-Fi、ZigBee 等無(wú)線接入技術(shù)，但存在速率、穩(wěn)定性、時(shí)延、連續(xù)性、安全隱患等問(wèn)題。

d）隨著工業(yè)企業(yè)信息化、智能化的發(fā)展，柔性生產(chǎn)、工業(yè)機(jī)器人、AGV、遠(yuǎn)程操控等應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，對(duì)移動(dòng)終端的接入需求也越來(lái)越多。

e）工業(yè)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)有安全私密性要求，希望業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不出園區(qū)。

f）OT 與 IT 域既有隔離又有互通需求，安全性無(wú)法全面保障。

1.2 對(duì)5G等新技術(shù)的需求

隨著 5G 在中國(guó)規(guī)模商用的推進(jìn)、5G 新基建的提出，5G 已經(jīng)成為了中國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施之一。5G 的大帶寬、低時(shí)延、海量連接的特性可以滿(mǎn)足工業(yè)場(chǎng)景下高速率數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠性、業(yè)務(wù)連續(xù)性等需求。5G 對(duì)工業(yè)的賦能正推動(dòng)著工業(yè)企業(yè)由“制造”向“智造”發(fā)展，為工業(yè)企業(yè)的提質(zhì)升級(jí)、高水平發(fā)展注入了強(qiáng)大動(dòng)力。

新一代信息通信技術(shù)與制造業(yè)的融合逐漸從理念普及走向應(yīng)用推廣，制造業(yè)智能化、柔性化、服務(wù)化、高端化轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢(shì)愈發(fā)明顯，對(duì)高性能、具有靈活組網(wǎng)能力的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需求日益迫切。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)和安全是3個(gè)關(guān)鍵要素，其中網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，平臺(tái)是體系的核心，安全是重要保障，而邊緣計(jì)算 MEC 既是 5G 網(wǎng)絡(luò)的錨點(diǎn)，又是工業(yè)邊緣應(yīng)用的承載者，在整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中起到不可替代的重要作用。

邊緣計(jì)算 MEC 的出現(xiàn)，成為了助力 5G 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和差異化創(chuàng)新應(yīng)用服務(wù)的強(qiáng)力助推技術(shù)，MEC平臺(tái)是網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)融合的橋梁，是應(yīng)對(duì) 5G 大帶寬、低時(shí)延、本地化垂直行業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵。制造型企業(yè)更容易成為邊緣計(jì)算技術(shù)發(fā)展的受益者。

在工廠內(nèi)部，很多生產(chǎn)任務(wù)都需要利用 IT 系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，降低次品率，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成產(chǎn)品交付。引入邊緣計(jì)算后，工廠可以通過(guò)在流水線中部署的邊緣設(shè)備收集和分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的全程監(jiān)測(cè)，大幅度縮短時(shí)延，促進(jìn)工廠提質(zhì)增效。

在中國(guó)排名前十的邊緣計(jì)算應(yīng)用場(chǎng)景中，兩項(xiàng)來(lái)自制造領(lǐng)域，即現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)機(jī)器人和柔性制造。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中邊緣計(jì)算可以應(yīng)用在多個(gè)場(chǎng)景，而不同的場(chǎng)景對(duì)計(jì)算能力需求不同，包括流式數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)挖掘，智能計(jì)算和實(shí)時(shí)控制等。

MEC 和 5G 的融合為工業(yè)智能化改造提供了充分的想象空間，MEC 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的本地分流卸載、對(duì)業(yè)務(wù)的近端處理，在滿(mǎn)足企業(yè)數(shù)據(jù)不出園區(qū)的安全隱私性需求的同時(shí)，也進(jìn)一步降低了業(yè)務(wù)時(shí)延，提升了諸如遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程協(xié)作等業(yè)務(wù)的體驗(yàn)。MEC 結(jié)合工業(yè) PaaS 能力或 SaaS 應(yīng)用可以打造面向工業(yè)領(lǐng)域的工業(yè)邊緣云平臺(tái)，通過(guò)工業(yè)邊緣云平臺(tái)的部署可快速為工業(yè)企業(yè)提供更多工業(yè)邊緣應(yīng)用，同時(shí)平臺(tái)通用工業(yè)能力的共享可以降低企業(yè)的信息化改造成本，加速中國(guó)工業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)化轉(zhuǎn)型發(fā)展。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)中，邊緣計(jì)算主要關(guān)注邊緣設(shè)備、邊緣智能、能力開(kāi)放等領(lǐng)域，通過(guò)和其他技術(shù)如標(biāo)識(shí)解析、平臺(tái)與數(shù)據(jù)、工業(yè) APP 等的協(xié)作，共同為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)快速發(fā)展提供助力。

2 5G+MEC在工業(yè)的應(yīng)用探討

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

基于 5G 的智慧工廠信息化基礎(chǔ)設(shè)施一般包括 OT域、IT 域、CT 域。而 CT 域作為連接 IT 域和 OT 域的紐帶和橋梁，為工廠的智能化運(yùn)轉(zhuǎn)，提供網(wǎng)絡(luò)承載和業(yè)務(wù)質(zhì)量保障，因此 CT域的網(wǎng)絡(luò)性能直接決定了工廠智能化水平的高低。

OT域設(shè)備通常包括：現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無(wú)線等通信方式，通過(guò) PLC、RTU、DCS、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)等設(shè)備采集、控制、監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程。

IT 域設(shè)備通常包括：MES 系統(tǒng)、CRM 系統(tǒng)、ERP 系統(tǒng)、預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)、OA系統(tǒng)、WMS 系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等。

CT 域設(shè)備通常包括：移動(dòng)通信核心網(wǎng)（如 5GC）、邊緣計(jì)算 MEC（含 UPF 或分流模塊）、基站、工業(yè)CPE等。

工業(yè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)一般由工業(yè)內(nèi)網(wǎng)和工業(yè)外網(wǎng)組成，需要探索5G、IPv6、TSN、工業(yè)PON、工業(yè)SDN、NB-IoT、邊緣計(jì)算、無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)等新技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的成熟模式，推動(dòng)工業(yè)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的 IT 化、扁平化、柔性化，打通信息孤島，促進(jìn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。傳統(tǒng)的工業(yè)內(nèi)網(wǎng)一般由工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè) Wi-Fi、Zig?Bee、普通以太網(wǎng)等組成，傳統(tǒng)的工業(yè)外網(wǎng)一般由專(zhuān)線、互聯(lián)網(wǎng)等組成。而隨著 5G、SDN、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、AI 等新技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越多，工業(yè)企業(yè)應(yīng)用的組網(wǎng)技術(shù)、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了重大變化。

在工業(yè)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)組網(wǎng)方面，通過(guò) 5G宏站和室內(nèi)分布基站對(duì)工業(yè)園區(qū)和工廠車(chē)間內(nèi)部進(jìn)行無(wú)線信號(hào)覆蓋，逐步替代 Wi-Fi、工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線滿(mǎn)足工業(yè)終端的接入。傳統(tǒng)的工業(yè)終端不具備 5G通信能力，終端改造成本也比較高，可以通過(guò)工業(yè) CPE 和工業(yè)融合網(wǎng)關(guān)接入 5G網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于工廠內(nèi)有移動(dòng)性訴求的終端，如 AGV、天車(chē)、叉車(chē)等設(shè)備可以?xún)?yōu)先考慮采用 5G 進(jìn)行接入，其他基本固定不動(dòng)的設(shè)備可以后期進(jìn)行 5G接入改造。

在工業(yè)企業(yè)外網(wǎng)組網(wǎng)方面，傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和安全性，而傳統(tǒng)的專(zhuān)線受制于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)因素，開(kāi)通周期較長(zhǎng)、價(jià)格昂貴、帶寬相對(duì)固定，無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)智能化過(guò)程中業(yè)務(wù)靈活部署和調(diào)度、多云之間協(xié)同、多廠區(qū)間互聯(lián)互通、各地辦事機(jī)構(gòu)隨時(shí)便捷接入等需求。

SDN和軟件定義廣域網(wǎng)（SD-WAN）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了承載網(wǎng)絡(luò)的集中控制和統(tǒng)一調(diào)度，可以為工業(yè)企業(yè)快速開(kāi)通帶寬靈活、個(gè)性化、低成本的外部業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)。在工業(yè)領(lǐng)域的云邊協(xié)同方面，為了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)歸一化處理，同時(shí)兼顧計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行缘?，需要形成云端和邊緣?jì)算資源的合理和優(yōu)化配置。

工業(yè)企業(yè)內(nèi)外網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

2.2 平臺(tái)架構(gòu)

MEC工業(yè)邊緣云平臺(tái)可以采用軟硬件解耦的 3層云計(jì)算架構(gòu)，底層為IaaS 層，由服務(wù)器、交換機(jī)、防火墻、FPGA 卡、GPU 卡等硬件資源和虛擬化層組成；中間是工業(yè) PaaS 層，由數(shù)據(jù)清洗、工業(yè)協(xié)議解析庫(kù)、時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)等工業(yè)原子能力組成；上層是工業(yè) SaaS 層，由機(jī)器視覺(jué)、AR 遠(yuǎn)程協(xié)助、預(yù)測(cè)性維護(hù)、WMS 智慧倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)等各種工業(yè)應(yīng)用組成。

隨著 5G技術(shù)的進(jìn)一步推動(dòng)，多元化的應(yīng)用將促進(jìn)邊緣計(jì)算的快速迭代升級(jí)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心會(huì)越來(lái)越向邊緣側(cè)延伸，邊緣側(cè)承擔(dān)的計(jì)算任務(wù)也將持續(xù)增加，同時(shí)與通用服務(wù)器相比，邊緣計(jì)算服務(wù)器可面向 5G和邊緣計(jì)算特定場(chǎng)景進(jìn)行個(gè)性化、差異化定制，能耗更低、溫度適應(yīng)性更寬、運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理更方便。

工業(yè)邊緣計(jì)算平臺(tái)可以在通用的邊緣計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行功能增強(qiáng)，以更加適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境和工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)管理的需要。對(duì)于硬件設(shè)備，可以采用一體化機(jī)柜，使之具備更好的散熱、防塵、抗震、防電磁等功能，而服務(wù)器和交換機(jī)等設(shè)備可以采用寬溫、電源冗余配置等手段增強(qiáng)設(shè)備的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)能力。對(duì)于軟件系統(tǒng)，除需要具備通用的平臺(tái)能力外，還需要根據(jù)工業(yè)行業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的能力部署和應(yīng)用開(kāi)發(fā)，如工業(yè)協(xié)議解析能力、預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)等。

從3GPP 和 ETSI 對(duì)邊緣計(jì)算的架構(gòu)設(shè)計(jì)看，邊緣計(jì)算平臺(tái)是一個(gè) IT 和 CT 融合的平臺(tái)，應(yīng)當(dāng)具備編解碼、渲染、AI推理、機(jī)器視覺(jué)、圖像識(shí)別等 IT 能力，同時(shí)也應(yīng)具備分流能力、分流策略制定下發(fā)能力、RNIS（可以提供小區(qū) ID、用戶(hù)位置、小區(qū)負(fù)載和吞吐量等信息）、QoS、LBS 等 CT 能力。MEC 的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力可為以下 5個(gè)方面提供服務(wù)：業(yè)務(wù)的匯聚及分發(fā)、設(shè)備消息的分析、基于上述分析結(jié)果的決策邏輯、數(shù)據(jù)庫(kù)登錄、對(duì)于終端設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和接入控制。因此基于 MEC 平臺(tái)還可以為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的接入、全連接工廠的打造提供基礎(chǔ)能力。

平臺(tái)應(yīng)采用開(kāi)放式架構(gòu)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的 API 網(wǎng)關(guān)對(duì)外開(kāi)放平臺(tái)的各種能力。平臺(tái)的 IT 增值服務(wù)和 CT 增值服務(wù)可以通過(guò)平臺(tái)的 API 網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)注冊(cè)、上線、鑒權(quán)、發(fā)布、流控、下線和計(jì)量等生命周期管理。平臺(tái)能力的對(duì)外開(kāi)放將大大降低工業(yè)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)難度、開(kāi)發(fā)成本、應(yīng)用的上線周期，增強(qiáng)了應(yīng)用間的協(xié)同性，推動(dòng)了工業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)生態(tài)的建立。

在該系統(tǒng)架構(gòu)中，機(jī)器人、PLC、天車(chē)等工業(yè)終端通過(guò) 5G 模組或 CPE 等接入至 5G 基站，邊緣計(jì)算平臺(tái)的分流模塊（DP 分流或 UPF 分流）在提前配置好的分流規(guī)則控制下把工業(yè)企業(yè)相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)本地分流至平臺(tái)對(duì)應(yīng)的模塊（如數(shù)據(jù)清洗模塊）或系統(tǒng)（如遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)），平臺(tái)模塊或系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后上傳至數(shù)據(jù)中心或生成對(duì)終端的控制指令下發(fā)至終端，從而實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同（中心云和邊緣云）和對(duì)業(yè)務(wù)的近端實(shí)時(shí)處理。

在 5G SA 組網(wǎng)架構(gòu)下，MEC支持的分流方式主要包括 ULCL、LADN、IPv6 Multi - homing，其中 IPv6 Multi-homing 方式需要終端支持，目前還不具備商用條件，在工業(yè)組網(wǎng)中主要采用 ULCL和 LADN的分流方式。

2.3 典型應(yīng)用場(chǎng)景

5G+MEC 和工業(yè)融合催生了諸多工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用場(chǎng)景，如預(yù)測(cè)性維護(hù)、AR 遠(yuǎn)程協(xié)助、遠(yuǎn)程駕駛、遠(yuǎn)程控制、機(jī)器視覺(jué)質(zhì)檢等。上述典型應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)大帶寬、低時(shí)延、高可靠性和數(shù)據(jù)的安全隱私性有較高的要求。下面選取幾個(gè)工業(yè)領(lǐng)域常用的且對(duì)5G+MEC有較高依賴(lài)性的典型場(chǎng)景進(jìn)行描述。

機(jī)器視覺(jué)：通過(guò) 4K、8K 等高清攝像頭、工業(yè)相機(jī)采集生產(chǎn)線上產(chǎn)品的圖像信息，通過(guò) 5G的高上行帶寬進(jìn)行圖像信息的傳送，結(jié)合 MEC 平臺(tái)保障業(yè)務(wù)路徑最短。MEC 平臺(tái)部署的機(jī)器視覺(jué) AI 算法對(duì)圖像進(jìn)行處理、分析和理解，以識(shí)別各種場(chǎng)景下的目標(biāo)和對(duì)象，實(shí)時(shí)檢測(cè)生產(chǎn)線上產(chǎn)品的質(zhì)量，包括外觀缺陷檢測(cè)、尺寸檢測(cè)、圖案檢測(cè)等，以達(dá)到對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)的高精度、實(shí)時(shí)性、高效率的目的，可以最大程度替代人工質(zhì)檢，降低企業(yè)成本，提升質(zhì)檢的效率和效果。

AR 遠(yuǎn)程協(xié)助：基于 AR 技術(shù)可以進(jìn)行 AR 遠(yuǎn)程協(xié)助、遠(yuǎn)程維修、遠(yuǎn)程指導(dǎo)等，以支持員工學(xué)習(xí)、培訓(xùn)、交流，提供操作示范、導(dǎo)引，提醒生產(chǎn)過(guò)程注意事項(xiàng)及操作細(xì)節(jié)；將工人看到的場(chǎng)景直接傳遞給工藝人員，工藝人員通過(guò)視頻、語(yǔ)音、標(biāo)記等交互手段對(duì)工人進(jìn)行直觀指導(dǎo)。MEC 平臺(tái)通過(guò)提供轉(zhuǎn)碼、渲染、三維重建、物體識(shí)別、AR 內(nèi)容管理等能力為 AR 遠(yuǎn)程協(xié)助提供業(yè)務(wù)的近端實(shí)時(shí)處理和低時(shí)延保障。

遠(yuǎn)程駕駛：越來(lái)越多的工業(yè)場(chǎng)景會(huì)用到遠(yuǎn)程駕駛，如鋼鐵廠的天車(chē)遠(yuǎn)程駕駛、地下礦井的采掘車(chē)遠(yuǎn)程駕駛等。通常企業(yè)在中央控制室設(shè)置遠(yuǎn)程駕駛裝備（監(jiān)控屏和控制設(shè)備），通過(guò)遠(yuǎn)程駕駛裝備遠(yuǎn)程操控前端設(shè)備。該場(chǎng)景需要精準(zhǔn)控制生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備，對(duì)業(yè)務(wù)時(shí)延有較高要求（通常小于 20 ms），通過(guò) 5G 接入和 MEC 的本地分流可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程駕駛的業(yè)務(wù)保障。

3 5G+MEC在XX工廠的應(yīng)用

XX工廠為我國(guó)著名的汽車(chē)生產(chǎn)廠商，總裝生產(chǎn)車(chē)間電機(jī)數(shù)量眾多，電機(jī)作為生產(chǎn)線的動(dòng)力心臟，如果出現(xiàn)故障將直接影響到生產(chǎn)線正常的生產(chǎn)運(yùn)行，為企業(yè)帶來(lái)不可估量的損失。目前對(duì)電機(jī)采用人工點(diǎn)檢或維修點(diǎn)檢的方式，無(wú)法實(shí)時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行情況以及掌握設(shè)備運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)。因此，需要通過(guò)在電機(jī)上安裝傳感器來(lái)實(shí)時(shí)采集電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過(guò) 5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行回傳。

基于 5G+MEC 為該工廠構(gòu)建一張 5G虛擬專(zhuān)網(wǎng)，并在 MEC 平臺(tái)上部署一套預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)如下功能。

a）通過(guò)邊緣計(jì)算平臺(tái)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，處理后的數(shù)據(jù)上傳至企業(yè)中心云，以防止無(wú)效數(shù)據(jù)過(guò)大。

b）工廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)涉及企業(yè)的商業(yè)機(jī)密，數(shù)據(jù)流量通過(guò) MEC 進(jìn)行本地卸載，保障企業(yè)數(shù)據(jù)的安全私密性。

c）部分?jǐn)?shù)據(jù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、判斷，通過(guò)MEC的近端處理可以降低數(shù)據(jù)采集和判斷的時(shí)延。

“5G+MEC+預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)”的部署模式實(shí)現(xiàn)了IT（預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)）、CT（5G 和 MEC）和 OT（電機(jī)數(shù)據(jù)采集）的充分融合。前端傳感器采集電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò) CPE 接入至 5G 基站，再送至 MEC 平臺(tái)的預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)間生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和可視化，基于采集的歷史數(shù)據(jù)對(duì) AI 算法進(jìn)行訓(xùn)練，根據(jù)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行預(yù)測(cè)、智能排定檢修計(jì)劃、對(duì)故障進(jìn)行精準(zhǔn)定位、制定備品備件計(jì)劃等，避免重大故障帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 相關(guān)指標(biāo)驗(yàn)證

對(duì)云 VR、AR 遠(yuǎn)程維修、AGV 等業(yè)務(wù)在固網(wǎng)到公有云、5G到公有云、4G到公有云、5G+MEC等不同的組網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，取多組數(shù)據(jù)的平均值。

云 VR 測(cè)試結(jié)果如表 1所示。AR 遠(yuǎn)程維修測(cè)試結(jié)果如表2所示。AGV測(cè)試結(jié)果如表3所示。

從上述業(yè)務(wù)的測(cè)試結(jié)果可知，5G+MEC 在業(yè)務(wù)帶寬、時(shí)延等方面和其他網(wǎng)絡(luò)組合方式相比具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此在工業(yè)企業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)化進(jìn)程中，5G+MEC 將為企業(yè)提供巨大的助力，協(xié)助工業(yè)企業(yè)各種智能化場(chǎng)景的業(yè)務(wù)體驗(yàn)保障。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，在工業(yè)領(lǐng)域一些特定的場(chǎng)景無(wú)法做到質(zhì)量的保證，這就需要在 IP 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上應(yīng)用一些“確定性”的技術(shù)，在時(shí)延、抖動(dòng)、帶寬等方面滿(mǎn)足特定場(chǎng)景的需要。因此未來(lái) 5G+MEC 需要結(jié)合 TSN、DetNet 等技術(shù)為工業(yè)生產(chǎn)提供更高質(zhì)量、確定性更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)。

可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)“5G+MEC+行業(yè)智能化應(yīng)用”的新技術(shù)、新網(wǎng)絡(luò)模式將在千行百業(yè)落地生根，融入到行業(yè)和企業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，為企業(yè)帶來(lái)真正價(jià)值的提升。而隨著 5G+邊緣計(jì)算與 5G LAN、5G+TSN 等新技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的融合應(yīng)用，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化、智能化也必將繼續(xù)朝著縱深方向發(fā)展，推動(dòng)中國(guó)實(shí)體經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量、高水平發(fā)展。

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本文首發(fā)于《郵電設(shè)計(jì)技術(shù)》，作者肖羽和王帥！

作者介紹

肖羽，中國(guó)聯(lián)通集團(tuán) MEC 行業(yè)技術(shù)專(zhuān)家，高級(jí)工程師，碩士，主要從事5G、MEC、面向行業(yè)的 5G 網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放研究工作；

王帥，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事核心網(wǎng)、邊緣計(jì)算、垂直行業(yè)的研究咨詢(xún)工作。

《郵電設(shè)計(jì)技術(shù)》介紹

《郵電設(shè)計(jì)技術(shù)》于1958年創(chuàng)刊，現(xiàn)由中國(guó)聯(lián)通集團(tuán)主管，中訊郵電咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)院有限公司主辦，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院協(xié)辦。國(guó)家級(jí)重點(diǎn)期刊、國(guó)家新聞出版廣電總局確定的中國(guó)期刊方陣“雙效”期刊，工信部評(píng)定的精品科技期刊。被萬(wàn)方數(shù)據(jù)、中國(guó)期刊全文、中文科技期刊等多家數(shù)據(jù)庫(kù)收錄。

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