5g邊緣計算網(wǎng)關的應用

摘要：隨著數(shù)據(jù)信息量的大幅度提升以及５Ｇ技術的發(fā)展，基于５Ｇ的邊緣計算技術，作為一種實時數(shù)據(jù)處理方式，具有廣闊的應用前景。先對５Ｇ、邊緣計算的特點進行了研究，然后研究這兩種技術在網(wǎng)關中的融合，基于變電站的業(yè)務背景提出基于５Ｇ的邊緣計算網(wǎng)關應用解決方案。
關鍵詞：５Ｇ網(wǎng)絡；邊緣計算；網(wǎng)關；電網(wǎng)應用
5G的邊緣計算網(wǎng)關應用解決方案在多個領域展現(xiàn)出了的潛力和。以下是對該解決方案的詳細闡述：
一、5G邊緣計算網(wǎng)關概述
5G邊緣計算網(wǎng)關是一種將5G網(wǎng)絡的高速、低延遲特性與邊緣計算的實時處理能力相結合的設備。它部署在網(wǎng)絡邊緣，靠近用戶和數(shù)據(jù)源，能夠實時處理和分析從各種設備傳輸來的數(shù)據(jù)，同時提供低延遲、高帶寬的網(wǎng)絡連接。這種網(wǎng)關不僅具備強大的計算能力和存儲資源，還支持多種通信協(xié)議和接口標準，能夠輕松接入各種傳感器、PLC、DCS、工業(yè)設備等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸。
二、5G邊緣計算網(wǎng)關的應用領域
工業(yè)領域

預測性維護：通過部署5G邊緣計算網(wǎng)關，采集工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，利用邊緣云構建的數(shù)理模型進行預測性維護，提前發(fā)現(xiàn)設備故障，減少停機時間。
工藝流程改進：結合實時數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化工藝流程，提高生產(chǎn)效率。
能效分析：對生產(chǎn)過程中的能耗進行實時監(jiān)測和分析，提出節(jié)能降耗方案。

智能交通領域

交通監(jiān)控：利用5G邊緣計算網(wǎng)關實時傳輸交通監(jiān)控數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)交通擁堵、交通事故等問題，并采取相應的措施進行解決。
智能信號燈控制：通過云端對交通信號燈進行智能化控制，根據(jù)實時交通情況調(diào)整信號燈的燈光時序和配時方案，提高道路通行效率。
自動駕駛輔助：借助5G網(wǎng)絡連接路側單元(RSU)和車載單元(OBU)，實現(xiàn)車路協(xié)同通信，為自動駕駛車輛提供加準確的路況信息和交通信號燈信息。

智慧城市領域

環(huán)境監(jiān)測：實時采集城市環(huán)境數(shù)據(jù)，如空氣質量、噪音水平等，為城市管理提供科學依據(jù)。
公共：結合視頻和數(shù)據(jù)分析，提高城市公共的應急響應能力。

三、5G邊緣計算網(wǎng)關的應用優(yōu)勢
提升數(shù)據(jù)處理效率：將計算任務移動到網(wǎng)絡邊緣，減少的延遲，提高數(shù)據(jù)處理效率。
降低網(wǎng)絡延遲：5G網(wǎng)絡具有低延遲的特性，結合邊緣計算進一步縮短了數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)木嚯x。
改善用戶體驗：提供高速、低延遲的網(wǎng)絡連接和實時數(shù)據(jù)處理能力，用戶體驗。
推動產(chǎn)業(yè)：為產(chǎn)業(yè)提供了新的可能，推動各行各業(yè)的數(shù)字化轉型和升級。
四、具體解決方案示例
以中國移動的5G+邊緣計算解決方案為例：

平臺構建：中國移動通過邊緣計算能力平臺，在靠近物或數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡邊緣側，通過5G專有網(wǎng)絡接入，就近提供邊緣智能的連接與計算服務。
數(shù)據(jù)采集與處理：邊緣數(shù)據(jù)采集設備具備豐富的協(xié)議適配能力，將采集到的各類多源異構數(shù)據(jù)進行格式統(tǒng)一和語義解析，并進行數(shù)據(jù)剔除、壓縮、緩存等操作后傳輸至云端。
智能應用部署：在邊緣側按需部署各類實時分析與反饋控制的智能應用，并提供邊緣應用開發(fā)所需的資源調(diào)度、運行維護、開發(fā)調(diào)試等各類功能。
行業(yè)應用：在工業(yè)、能源、交通等行業(yè)實現(xiàn)預測性維護、工藝流程改進、能效分析、生產(chǎn)協(xié)同等智慧工廠應用；在智能交通領域實現(xiàn)交通監(jiān)控、智能信號燈控制、自動駕駛輔助等功能。

綜上所述，5G的邊緣計算網(wǎng)關應用解決方案在多個領域具有廣泛的應用前景和顯著的優(yōu)勢。隨著技術的不斷發(fā)展和完善，相信未來會有多的應用場景和解決方案涌現(xiàn)出來。

圖１
５Ｇ邊緣計算網(wǎng)關系統(tǒng)
基于５Ｇ的邊緣計算，可以充分利用５Ｇ高速度、大容量和低時延的三個特點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入和處理，保證業(yè)務的實時性和有效性。
5、基于５Ｇ邊緣計算網(wǎng)關在電網(wǎng)中的應用
5.1業(yè)務背景
在電網(wǎng)傳輸中，變電站發(fā)揮著一個十分重要的作用———它是一個將電力系統(tǒng)中對電壓和電流進行交換，接收電能及分配電能的場所，它將發(fā)電機發(fā)出的電能升壓后饋送到高壓電網(wǎng)中。
隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，變電站中需要處理的信息越來越多，包括數(shù)據(jù)信息、視頻、信息等。變電站一般分布在人口相對較少的地區(qū)，又由于其情況時刻掌握以保證，所以需要人員實時監(jiān)控內(nèi)部各個部分情況。
在現(xiàn)代化的變電站中由于智能機器人等智能巡檢設備的加入，可以不用像以樣需要人力頻繁去現(xiàn)場監(jiān)控，減少了一定的隱患并且提高了效率。但是智能巡檢機器人或者變電站智能終端傳送到監(jiān)控的數(shù)據(jù)量不斷變大，消耗了大量的流量資源。

圖２
面向業(yè)務的５Ｇ邊緣計算解決方案
除了內(nèi)部運維數(shù)據(jù)，從向用戶傳輸電力時，每天各個時段輸送的電量、不同地區(qū)所需電量也屬于大流量數(shù)據(jù)，導致處理數(shù)據(jù)加麻煩且任務量大。
5.2面向業(yè)務的５Ｇ邊緣計算解決方案
通過利用５Ｇ和邊緣計算的網(wǎng)關設備，能夠在邊緣設備即可將大量的數(shù)據(jù)存儲并進行初步處理，然后將非常重要的信息，例如有隱患的數(shù)據(jù)，發(fā)送到監(jiān)控并提出警示信號，使得監(jiān)管人員能夠發(fā)現(xiàn)并采取相應的措施，達到效率速度化。
根據(jù)電網(wǎng)的業(yè)務需求，可分為：低時延的智能配電、準確負控業(yè)務，多連接的低壓抄表、分布接入業(yè)務和大帶寬的巡檢機器、應急通信業(yè)務；結合５Ｇ邊緣計算的特點，各種類型的業(yè)務通過網(wǎng)關匯聚，接入到邊緣計算；根據(jù)業(yè)務的需要，進一步上傳到控制子站或主站。
面向業(yè)務的５Ｇ邊緣計算解決方案如圖２所示。
6安科瑞智能網(wǎng)關產(chǎn)品解決方案
6.1智能網(wǎng)關功能介紹
-- 終端設備與系統(tǒng)平臺間的數(shù)據(jù)交互橋梁

A:數(shù)據(jù)采集（支持串口、以太網(wǎng)，只需配置即可兼容支持標準電力規(guī)約的各類儀表）
B:數(shù)據(jù)上傳（支持往上海分類分項能耗平臺、寧夏電力需求側平臺、江蘇電力運維平臺、浙江電力運維平臺上傳數(shù)據(jù)），具有多平臺上傳能力；
C:邊緣計算（靈活的報警閾值設置、主動上傳報警信息、數(shù)據(jù)合并計算、斷點續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密、4G路由）
D:遠程管理（遠程配置、遠程升級、遠程監(jiān)視）

6.2 安科瑞智能網(wǎng)關產(chǎn)品介紹
6.2.1 Anet-2E4SM/4G系列導軌式智能網(wǎng)關

ANet-**/4G是安科瑞電氣股份有限公司*的一款帶全網(wǎng)通無線聯(lián)網(wǎng)功能的通用型智能 通信管理機，適用于國家公務安科瑞、企事業(yè)單位、公共機構、住宅商業(yè)樓宇、酒店餐飲商場等領域， 可滿足水、電、氣、油、冷量、熱量等各種形式的用量及能源能耗分項計量數(shù)據(jù)采集的需求。
該設備可用于以下應用場景：
?電力監(jiān)控系統(tǒng) ?電能質量系統(tǒng) ?物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) ?電力需求側系統(tǒng)
?建筑能耗系統(tǒng) ?遠程預付費系統(tǒng) ?消防防護系統(tǒng) ?智能建筑系統(tǒng)
技術特點

6.2.2Anet-2E4SM/4G模塊化智能網(wǎng)關

ANet-2E4SM模塊化通信管理機是安科瑞電氣股份有限公司*的一款通用型智能通信管理機，將傳統(tǒng)管理機的接口拆分成可拼裝搭配的模塊，其中主模塊可作為標準智能通信管理機立工作， 整個設備可通過串口、以太網(wǎng)、Lora無線、wifi無線等鏈路采集水表、氣表、電表、微機保護等設備 終端的數(shù)據(jù)，標配的8路無源干接點可實時采集門禁、水浸、煙感等開關量信息，可通過有線網(wǎng)絡、 WiFi網(wǎng)絡、4G網(wǎng)絡等鏈路上傳告警、實時數(shù)據(jù)等信息。主模塊搭配從模塊可靈活擴展，增加豐富的 應用場景，同時還可提供邊緣計算等需求。
該設備可用于以下應用場景：
?電力監(jiān)控系統(tǒng) ?電能質量系統(tǒng) ?物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) ?電力需求側系統(tǒng)
?建筑能耗系統(tǒng) ?遠程預付費系統(tǒng) ?三方云平臺 ?泛在電力物聯(lián)網(wǎng)
?運維系統(tǒng)平臺 ?能源綜合管理平臺
技術特點

6.2.3AWT100系列簡易型協(xié)議轉換模塊

AWT100 數(shù)據(jù)轉換模塊是安科瑞電氣推出的新型數(shù)據(jù)轉換 DTU，通訊數(shù)據(jù) 轉換包括 2G、4G、NB、LoRa、LoRaWAN，GPS,WiFi,CE,DP 等通訊方式，下行接口提供了標準 RS485 數(shù)據(jù)接口， 可以方便的連接電力儀表、RTU、PLC、工控機等設備，僅需一次性完成初始化配置，就可以完成對 MODBUS 設 備的數(shù)據(jù)采集；同時 AWT100 系列無線通訊終端采用了功能強大的微處理芯片，配合內(nèi)置技術，性能穩(wěn)定。
可應用于行業(yè)領域如下：
■無線抄表；
■樓宇自動化與安防；
■機器人控制；
■電力配網(wǎng)監(jiān)控、電力負荷監(jiān)控；
■智能照明控制；
■自動化數(shù)據(jù)采集；
■工業(yè)遙控遙測；
■高速公路、鐵路；
■其他電力以及工控行業(yè)等
a）4G/NB/2G型號及技術參數(shù)

B）Lora/LoraWAN型號及技術參數(shù)

C)GPS/WIFI/CE/DP通訊型號及技術參數(shù)

D)典型應用方案

AWT100-LoRa無線通信終端典型應用

6.3Anet系列智能網(wǎng)關證書報告

7結語
本文對基于５Ｇ的邊緣計算網(wǎng)關及其在電網(wǎng)中的運用進行討論，結合變電業(yè)務介紹了５Ｇ網(wǎng)絡、邊緣計算在變電站中的應用方案。雖然５Ｇ技術還在起步階段，初步部署也是使用非立組網(wǎng)，并不能夠展現(xiàn)其特點（例如低時延），相信隨著５Ｇ及邊緣計算技體系的不斷完善，立組網(wǎng)部署５Ｇ技術逐漸成熟，能夠加準確、方便、快速地處理多的數(shù)據(jù)信息，達到提升率、降低時延的目的。

審核編輯 黃宇