国产欧美日韩精品a在线观看-国产欧美日韩精品一区二区三区-国产欧美日韩精品综合-国产欧美中文字幕-一区二区三区精品国产-一区二区三区精品国产欧美

中電信智能網絡科技有限公司柏楠，陳風儒，焦建鋒

1　引言

隨著“工業4.0”規劃、《中國制造2025》以及《“十四五”規劃綱要》的不斷推進，工業企業向著自動化、數字化、智能化方向轉型，各類工業互聯網應用對網絡時延、帶寬和安全性都提出了更高要求。行業普遍認為，MEC是應對“海量數據、超低時延、數據安全”要求的關鍵，5G工業互聯各項關鍵技術逐步成熟，5G結合邊緣計算等其他技術應用到工業互聯網中，將從當前的主要服務于外圍輔助生產環節和創新應用，發展到支撐核心生產環節，包括車間生產和產線工業控制網，從而給行業帶來更強的柔性生產網絡形態。

作為較早起步邊緣計算工作的運營商，中國電信一直致力于MEC的研發探索。它依托下沉的邊緣計算平臺，為企業構建5G定制網，并結合5G+工業PON雙千兆接入，提供大帶寬低時延全連接的網絡服務。同時它利用MEC平臺這一網算基礎設施，承載和對接部分工業軟件和工業互聯網應用，實現工廠算力底座和智慧工廠賦能。

2　工業邊緣應用場景

工業企業是邊緣計算重要的應用領域，在能源礦業、工業制造、物流倉儲等眾多行業的生產環節和生產現場，普遍存在著各類工業應用。它們包含大量終端、測量儀表、PLC、機器人等，使用多種數據模型和通信協議，需要實時的穩定可靠的網絡連接。

將MEC平臺投入到工業互聯網中，引入到工業企業或下沉部署到企業園區，在這里運營商的網絡邊緣與工業企業邊緣發生了重合，兩者互相融合協同創新。工業現場設備與網絡邊緣基礎設施高效協同工作，充分利用物理資源。低延時可以將毫秒級的控制應用部分上移到網絡邊緣，實現OT與ICT的深度融合^[1]。工業邊緣場景的MEC如圖1所示。

圖1 工業邊緣場景的MEC

輕量級的MEC平臺主要從承載、網絡、運維、應用四方面構建完整的邊緣計算服務。在承載方面，MEC的輕量級云網底座基于云原生和虛擬化技術，在計算、存儲和網絡方面針對邊緣計算場景進行了專項技術優化，可提供高性能、高吞吐及高可用支持，可提供多種云化網元以及各類業務應用的統一承載，支持云網融合的業務架構，服務邊緣計算場景。在網絡方面，可部署輕量級5G核心網，面向企業客戶可采用全云化形態實施，它保留了四類網元（AMF、SMF、UDM、UPF），AUSF/UDR集成到UDM，NRF/NSSF/PCF網絡功能采用本地策略，簡化內部通信機制，最小化5G核心網元功能，提供輕量化、低成本、本地簡化運維以及行業定制增強的5G核心網。在接入5G網絡的同時，也提供工業PON光網，用于固定設備的接入，提供固定區域內的Wi-Fi連接能力，從而形成5G+光網的雙千兆形態。在系統運維方面，方案基于輕量級云網底座提供對硬件資源、云虛擬機和容器的完整資源管理和運維監控功能，提供各項接口開放。通過服務門戶可對服務器、交換機和防火墻進行管理，對虛擬機的生命周期進行管理操作，以及對各類資源進行編排管理；通過性能監控中心實現物理設備納管、容器日志、撥測、通知、告警及規則、訂閱、監控指標查詢、監控數據聚合、調用鏈追蹤等。在通用能力和應用方面，MEC平臺提供視頻監控識別、AI視覺算法、AR等多種通用能力封裝以支持客戶業務應用，進一步可快速集成和實施AR遠程協作、智能安全帽、AGV智能倉儲等一批成熟的工業場景應用。

3　輕量化平臺支持多元化承載

在基礎設施層面的輕量級云網底座，以輕量化、低成本、多用途、易管理為目標，基于云原生虛擬化架構和大量的實踐優化積累，在物理設備上直接部署

Kubernetes+虛擬化插件，提供“容器+虛擬機”雙引擎的支持能力，支持不同形態的網元承載、業務應用的穩定運行，實現資源的統一管理，如圖2所示。

圖2 輕量化系統能力承載

輕量級MEC云網底座架構自下而上可以分為硬件層、集群層和支撐層。

（1）硬件層：用于承載輕量化云網基礎底座的服務器、交換機及存儲設備等。平臺支持并兼容通用X86、ARM架構硬件服務器，支持SSD、SATA、SAS等磁盤存儲，同時支持計算存儲超融合節點及對接磁盤陣列設備，支持通用交換機、路由器網絡設備接入，不限制服務器和硬件品牌；支持特殊用途的加速硬件和PCIe板卡，如GPU設備等；硬件基礎設施也支持采用主流信創設備，兼容國產服務器軟硬件。

（2）集群層：用于支撐存儲虛擬化、計算虛擬化、網絡虛擬化的集群軟件。Kubernetes集群提供云原生環境的容器集群調度軟件，為輕量化云網基礎底座提供強大的調度和容錯能力。存儲方面集群層提供基于LVM的本地高性能存儲，也提供基于Ceph的分布式存儲，利用塊存儲服務，支持擴容、快照及回滾等功能；同時底層數據多副本存儲并支持數據重均衡和故障重建能力，保證性能和數據安全性。計算方面集群層通過KVM、Libvirt及Qemu支持虛擬化架構，提供虛擬機全生命周期管理，可兼容X86和ARM架構體系；支持綁核、大頁、GPU透傳等特性，滿足業務遷移遷入的需求。網絡方面集群層提升網絡轉發性能的同時對傳統物理網絡進行虛擬化，可為業務應用提供多網卡、SRIOV、子網、外網IP、NAT網關、負載均衡及網絡拓撲等網絡功能。

（3）支撐層：包括用于支撐特定服務的Kubernetes控制器插件。存儲插件用于在集群中提供分布式存儲服務；虛擬化插件用于在集群中提供虛擬機管理服務；網絡插件用于在集群中提供虛擬化網絡服務；運行時插件用于在集群中提供特定業務的運行時服務支持。

在工業邊緣應用場景中，一方面，輕量級MEC云網底座可統一承載5G定制網涉及的接入類網元、轉發類網元、控制面網元等，從而構建下沉到企業內的5G專網；另一方面，底座支持承載多種新型工業互聯網應用，可以降低企業在數字化轉型過程中對網絡接入和基礎設施方面的成本投入，提高了資源利用率，獲得了云網融合協同支持的便利。

高性能的底座還可支持具有特定性能要求的工業控制類應用。通過在靠近工業現場的網絡邊緣側運行處理、分析等操作，就近提供邊緣計算服務，能夠更好滿足制造業敏捷連接、實時優化、安全可靠等方面的關鍵需求，改變了傳統制造控制系統和數據分析系統的部署運行方式^[2]。工業控制領域中虛擬化邊緣控制器技術在持續發展，在保證實時性的基礎上使控制系統向虛擬化方向演進，可實現設備數據集中管理，提升了產線柔性^[3]。把虛擬化的PLC和SCADA云化地部署在運營商的邊緣計算平臺，從而快速地開發和搭建整套數據采集、監控、存儲、處理、可視化和行業APP等全流程服務和應用^[4]。

4　雙千兆網絡接入與共管共維

在工業企業信息化、數字化、智能化的過程中，工廠港口、礦山能源、醫療教育、交通電力等行業企業需要多樣化的網絡接入方式，需要全覆蓋的網絡接入能力。以千兆光網和5G為代表的“雙千兆”網絡，能提供固定和移動網絡千兆接入能力，具有超大帶寬、超低時延、先進可靠等特征，二者互補互促，是新型基礎設施的重要組成[6]。MEC平臺在工業領域應用時，采用5G、PON、工業光傳送網絡（0TN）等協同部署，提供工業PON+5G+Wi-Fi多種形態的融合組網和接入選擇，構建雙千兆的網絡接入方案，滿足海量多類型連接需求，實現數據的互聯互通，提供上行千兆帶寬，滿足高可靠、低時延、靈活管控。

MEC將云的能力下沉到網絡邊緣，利用5GeMBB高帶寬、uRLLC極低時延、mMTC大連接等特性[2,5]采用5G定制網覆蓋室外場景或室內移動場景，提供無線網絡接入服務，可以滿足工業現場邊緣的實時控制指令需求和大量非實時工業數據的傳輸處理需求。同時它利用光網抗干擾、低能耗、高可靠性的特點，采用工業PON網絡接入室內固定場景，構建固定、移動設備全連接，可進一步實現企業園區內的生產控制、廠區監控、辦公業務的統一接入，推動企業人、機、物的全面互聯。此外，它還可引入確定性網絡技術如時間敏感網絡（TSN）、確定性IP（D-IP）網絡，能夠滿足工業現場高質量通信需求^[4]。

以“工業PON+5G”的雙千兆網絡來構建行業內網（專網），如圖3所示，工業PON網絡承載固定設備的接入，同時提供固定區域內的Wi-Fi連接能力，5G網絡承載移動設備的接入，滿足廣域、移動、可調整的接入需求。

圖3 雙千兆網絡構建內網（專網）

在企業核心機房構建企業數據中心，將網絡數據匯集到業務平臺和雙千兆MEC平臺，同時可部署綜合網絡管理系統實現對企業內網運行的可視化、可調整的管控能力。

綜合網絡管理系統面向多網絡融合專網的部署場景，從客戶視角出發，探索建立統一網絡共管共維手段，統一管理終端、無線、承載、核心等多種網絡，降低了行業專網運營運維的復雜度，提供了具有專業導向的差異化平臺視圖。系統依據高內聚松耦合的架構設計原則，可將服務部署于輕量化MEC云網底座上，內部服務彼此獨立，對網元的納管能力和網絡管理能力支持彈性伸縮擴展，確保不同網絡類型業務的納管和服務容量互不影響。

5　系統運維分層開放

MEC平臺具備完整的資源管理和運維監控功能。在業務應用層面，平臺通過多項工具提供對系統各層面的實時監控、告警和分析功能，以確保系統的穩定性、可用性和高性能。對工業互聯網中特定應用和場景，平臺在多個層面提供監控指標接口、網絡管理開放接口，以支持擴展和集成其他工具系統。平臺可以與專門的日志管理系統、配置管理工具、自動化運維工具等進行集成，實現更全面深入的運維管理；可結合機器學習和人工智能技術，實現異常檢測、預測性維護等監控和優化功能。管理監控功能及各層監控指標如圖4所示。

圖4 管理監控功能及各層監控指標

（1）MEC平臺提供完整運維監控服務，包括性能指標監控、日志管理、資源管理和告警機制。監控的指標全面覆蓋了物理設備層、系統資源層和組件服務層。

對于物理設備可以監控各種關鍵指標，包括：計算設備狀態（CPU利用率、內存使用率、網絡帶寬利用率、風扇等）、存儲設備狀態（磁盤空間利用率、I/O吞吐量、響應時間等）、網絡設備狀態（端口流量、丟包率、錯誤率、連接狀態、電源狀態等）。

系統資源包括虛擬化后的主機系統及容器管理集群，相應的監控指標包括：虛機狀態（CPU利用率、內存使用率、磁盤空間使用率、網絡帶寬利用率等）、集群狀態（資源情況、節點狀態、集群配置、容器狀態等）。

在組件服務層監控的對象包括關系數據庫、緩存服務等，并提供調用鏈追蹤。具體的指標包括：各類集群狀態、連接數量、查詢監控、會話監控、訪問量、調用頻次、成功率、響應時間等。

基于上述指標監控體系，平臺提供了可視化的儀表盤。通過直觀的圖表和統計數據，運維人員可以實時了解系統的運行狀況和趨勢，從而更好地分析和優化系統性能。平臺還具備實時性和自動化的告警功能。一旦系統出現異常或超過預設的閾值，監控平臺會自動觸發告警，并向相關的運維人員發送通知以及時響應問題，并迅速采取措施進行故障排查和修復，以減少系統停機時間和影響。

（2）對關鍵業務和功能提供撥測工具。平臺可進行響應測速、可用率評測，用主動探測的方式，協助運維人員評估網絡質量和應用服務質量，提升最終用戶體驗。

（3）對重要的服務和接口提供巡檢工具。管理巡檢對象和巡檢腳本，基于定期自動巡檢和不定期的手動巡檢，可以幫助運維團隊生成巡檢報告和趨勢分析，以便進行長期性能評估和規劃。

（4）在網絡管理方面，平臺提供了綜合網絡管理系統。如前面章節所述，綜合網絡管理可對平臺承載或對接的網元進行納管，監控網元運行狀態、網絡流量、連接數量，從客戶視角形成一套簡潔、集約的網絡管理操作界面，并可對網元功能項進行配置，以便提升和改進使用效果。

6　通用能力集成和原型應用

MEC平臺圍繞云+網+應用的產品能力展開，除提供輕量的能力承載基礎設施和穩定靈活的網絡接入能力之外，在工業互聯網方面，還提供通用能力集成和原型應用，以支持業務快速加載和覆蓋更多生產場景，支撐工業企業打造新型工業互聯網應用，為企業提供全面的數字化轉型解決方案。MEC平臺可提供AR遠程協作、智能視頻監控等多項能力與應用，以此為基礎，結合企業已有信息化能力及第三方系統即可快速實施形成相關的成熟應用。圖5是MEC平臺支持快速實施的成熟應用示例。

圖5 MEC平臺支持快速實施的成熟應用示例

（1）AR遠程協作基于5G網絡的高速率、低延遲和大帶寬特性，以AR增強現實技術為核心，結合AI人工智能技術，通過音視頻通訊和三維模型渲染展示手段，現場端人員支持通過手機或AR眼鏡發起音視頻通訊，遠端專家支持通過Web瀏覽器接收請求，并實時共享現場端的音視頻畫面，實現高效的遠程協作，打破了傳統的地域限制，為企業提供了一個全新的協作平臺。

（2）智能視頻監控采用AI視覺算法，提供區域智能監控解決方案。該系統具備實時視頻監控、識別告警管理、用戶管理和設備管理四大能力模塊。用戶可查看實時視頻，支持多種攝像頭協議接入。系統可檢測人員玩手機、未戴安全頭盔和未戴口罩等異常行為，設置告警，并支持歷史視頻回放和查詢。

（3）AGV智能倉儲是一種自動化、智能化的倉儲管理，它通過無人駕駛的AGV小車、倉庫管理系統和其他自動化設備，實現了貨物快速、準確、高效的管理。它利用傳感器技術、計算機控制技術和通信技術，實時監測和控制貨物位置、數量和狀態，提高了倉儲效率，節約了成本，并可靈活擴展和升級以適應不斷變化的業務需求。

7　結語

本文簡要介紹了運營商MEC在工業邊緣的應用場景以及中國電信將MEC平臺服務于工業互聯網領域的各項探索，包括多元化承載各類工業應用、固移結合的雙千兆網絡接入、邊緣網絡的共管共維、邊緣平臺的運維監控開放、能力集成和應用加載等。綜合上述探索，MEC平臺結合云化5G定制網下沉到園區，構建5G全連接智慧工業如翼專網，已在河北、湖南、福建等省協助多家工業企業新建改造產線級、車間級、工廠級等生產現場，助力企業打造生產單元廣泛連接、ITOT深度融合、數據要素充分利用、創新應用高效賦能的先進工廠，推動了工業制造的數字化、智能化水平。

作者簡介：

柏　楠，高級工程師，現就職于中電信智能網絡科技有限公司，主要從事邊緣計算業務及相關產品的研發設計方面的工作。

陳風儒，工程師，碩士，現就職于中電信智能網絡科技有限公司，主要從事邊緣計算業務及相關產品的研發設計方面的工作。

焦建鋒，高級工程師，現任中電信智能網絡科技有限公司MEC產品線總經理，主要從事邊緣計算業務規劃和研發方面的工作，包括工業互聯網、車聯網等方向。

參考文獻：

[1] 算網融合產業及標準推進委員會.“邊緣計算+ ”技術白皮書[R]. 2022.

[2] 邊緣計算產業聯盟, 工業互聯網產業聯盟, 網絡5.0產業和技術創新聯盟. 5G時代工業互聯網邊緣計算網絡白皮書[R]. 2021.

[3] 鄔賀銓. 邊緣計算助力工業互聯網[J]. 自動化博覽, 2023, 40 (2) : 10.

[4] 胡鐘顥, 王哲. 邊緣控制產業與發展趨勢研究[J]. 自動化博覽, 2023, 40 (2) : 25

[5] ETSI. ETSI GS MEC003 Mobile Edge Computing (MEC): Framework and Reference Architecture[R].

[6] 工業和信息化部.“雙千兆”網絡協同發展行動計劃（2021-2023年） [Z]. 2021.

摘自《自動化博覽》2024年第二期暨《邊緣計算2024專輯》