5G边缘计算在火电行业工业互联网中的应用模式初探

摘要：随着信息技术的飞速发展，5G边缘计算在火电行业工业互联网应用中的优势愈发明显。作为一种新型技术，5G边缘计算是工业经济与信息技术在发展过程中深度融合的产物，但在实际应用中，需要突破信息孤岛和传输延迟等相关问题。同时，信息安全也需要在高效的互联环境中得到保障，才能充分体现5G边缘计算的实际价值，分析相应的需求，探索新的应用模式，从而充分发挥其智能应用的作用。

关键词：5G边缘计算；火电行业；工业互联网

引言

在信息时代，火电行业工业互联网建设需要进一步完善，不仅要创新模式，还要及时完善基础设施，结合产业生态特征，抓住要素，形成完整的数据链，为经济发展奠定坚实的基础。这就要求相关企业能够从技术原因出发，加快移动通信技术的研发，在当前火电行业工业互联网领域新兴商业场景的基础上，解决5G边缘计算的问题，构建一个计算、存储、应用等一体化的集成平台，发挥5G边缘计算在火电行业工业互联网中的实际作用。

1. 工业互联网概述

工业互联网有狭义和广义的概念。狭义工业互联网是指利用大数据技术提高工业生产效率，降低工业生产成本，主要针对智能制造业。广义工业互联网是指工业化和信息化的结合，不仅是指制造业，不再是指生产过程，而是指工业经营和产业协同[1]。总之，工业互联网的应用提高了工业产品的质量，降低了生产成本，实现了资源要素的有效整合。

随着我国科学技术的发展，工业互联网在以下三个方面不断扩大。一是生产自动化。其主要应用于公司的内部生产和运营管理，如在工厂物流、生产过程、环境监测等方面，工业互联网可以满足用户的个性化需求，并根据应用场景为用户提供个性化、定制化的服务。二是网络合作。工业互联网将促进企业之间的合作，包括供应合作、设计合作、生产合作等，这将促进行业供应链的优化。三是拓展服务。工业互联网将继续扩展服务，为用户提供更多的增值服务，如网络监控、在线分析和诊断等。

2. 5G技术的架构和设计原则

一般情况下，从架构方面来看，5G技术在架构过程中主要以服务对象应用方式为依托，通过利用NF功能进行网络端点连接，并进行网络信息沟通。多路访问边缘计算网络架构模式具有诸多优势，如信息传输快、保密性强、吞吐量低等，而5G技术网络架构为网络用户提供了便捷访问，进一步实现了快捷获得数据信息。与此同时，网络用户也可以在网络安全的前提下，进一步执行服务架构等流程。5G技术在控制方面主要由两部分构成，分别是AMF与SMF，利用网络客户端的转发功能来进一步控制网络流量的流通，通过5G核心技术可以有效提高网络信息的流通效率，进而方便网络用户。从设计原则方面来看，接入网与核心网是分开的，两者单独进入5G网络，进一步实现了技术创新与信息畅通[2]。

3. 火电行业工业互联网的5G技术

5G技术作为新时代互联网信息技术发展的典型代表，在日常生活生产方面发挥着至关重要的作用，其自身比较强大的优势是其他技术所无法比拟的，如信息传播速度快、信息传输容量大等。5G技术作为新型技术，对人们日常生活产生重要影响，进一步改变了人们的生活习惯与结构，对我国数字经济的发展也大有裨益，作为发展数字经济的关键核心技术，将个人网络与工业化发展有机衔接起来。

通过云计算进一步设计出一个良好的网络用户服务体系，其中有各种软件平台和体系，通过云服务客户端来快速处理里面的业务信息与数据。当需要进一步扩大业务规模的时候，可以利用平台进行数据的传播与分享，而在进行数据交互过程中，也可以创建信息虚拟环境。与此同时，物联网技术也可以拓展传感器的服务范围，如网络场景，通过将数据进一步流通于网络虚拟环境，进一步感受5G技术的魅力。当然，火电行业工业互联网5G技术的作用不止于此，其还可以将数据用于多种场景，实现平台间和多种场景间的交互，保证信息的互操作性。5G技术的发展空间很大，需要进一步加以研究。

4. 5G边缘计算在火电行业工业互联网中的应用发展面临的实际问题

4.1 万物互联难以落地

工业互联网是基于生产系统的各种设备、流程和管理层次，只有通过全面的数据采集和分析，才能真正将各个层次整合到一个统一的网络中，优化生产技术和生产方法。但是，在传统的工业生产系统中，设备本身不能产生所需的设备，特别是部分旧设备，只能通过附加的微机或物理接口的转换来连接收集设备[3]。在具体的实施过程中，受设备厂商不统一标准、性能差异等因素的影响，还需要制定各种相应的驱动协议，导致工业互联网建设的难度大大增加。

4.2 数据整合困难

工业互联网的高效运行必须有完善的数据融合支撑，实现数据的完整采集和分析，实现各级信息的有机交互，确保数据的价值得到充分发挥。但是，在数据融合中，需要建立一个统一的数据库，利用大数据技术对采集的数据进行清理和预处理，需要形成标准的数据资源，为用户提供有效的数据支持。高质量的数据集成需要完善的网络支持，在传统的网络系统中，数据传输和处理效率较低，难以满足工业生产场景和实时数据分析的要求，无法充分发挥数据的价值。

4.3 数据安全性不足

为充分发挥火电行业工业互联网在生产应用中的作用，需要在不同系统之间进行稳定、安全的信息传输，实现完整的数据交换。对我国大多数工业企业来说，早期使用的自动化设备主要是进口的，缺乏核心技术。在“互联网+”改造、数据采集和传输设计的过程中，以及火电行业工业互联网平台的通信过程中，很容易出现信息丢失的现象。同时，网络病毒和攻击的存在给火电行业工业互联网的运行带来了巨大的安全隐患。如果数据信息安全没有就地保护，很可能导致数据泄露甚至设备被篡改。这些问题的存在不仅影响企业的生产安全和经济利益，甚至还会引发国家安全问题。

5. 5G边缘计算在火电行业工业互联网中的应用模式分析

5.1 可编程逻辑控制器（PLC）远程控制

随着5G在火电行业工业互联网中的应用越来越广泛，5G边缘计算技术可以有效突破传统模式的局限，为火电行业逐步走向更高效、更智能的发展道路提供足够的推动力。例如，许多火电行业工业企业在开展生产活动时，对PLC集中化系统高度依赖，可以有效控制所有PLC设备。然而，传统的火电行业工业互联网模式对工业企业的生产非常脆弱，导致管理过程的重大中断。在这种情况下，可以以5G为基础，结合边缘计算技术来解决这类问题，即结合5G和PLC集中供应商实现远程控制的集中调整，改造PLC设备，大幅提高火电行业企业的生产力，减少不必要的投入和损失。这样做的主要原因，一是5G在传输延迟方面明显低于传统机型，提高了抗干扰能力；二是通过构建云协作架构，使火电行业工业企业生产活动中各种车间设备因数据协议不同而无法互操作的问题得以消除；三是传统模式无法收集实时数据，容易导致“信息孤岛”，而5G解决了这一问题。

5.2 虚拟工厂网络

火电行业工业企业在开展生产活动时，为更好地满足不同场景的需求，组合专用网络是必不可少的方法。但是，许多传统供应商提供的网络无法满足火电行业工业企业的实际需求，导致许多需要无线连接的场景无法完全正常工作。

为解决这类问题，边缘计算技术可以应用于5G工业互联网，也就是说，既要充分利用5G的低延迟特性，又要充分利用多接入边缘计算（MEC）的本地分离能力，确保网络运营商的网络服务可以结合起来，构建虚拟专用工厂网络。例如，中国企业联合芬兰共同研究基于Lora和Wi-Fi 6融合的新型物联网增强网络架构，满足对电厂增强感知的需求。新型物联网架构的自组织融合组网部署技术，支持感知网络的随需部署、动态组网，满足数字孪生电厂对补充感知数据的快速响应需求。不仅可以达到火电行业企业生产过程中实时数据采集的目的，而且还可以为各种设备的连接或视频监控系统的管理创造合理条件。

此外，当火电行业工业企业开展各种业务活动时，边缘计算技术也可以发挥作用。例如，当企业参加项目招标时，为更好地呈现招标方案，通过使用边缘计算技术，可以将企业的生产活动与设计结合起来，以更全面、更直观的方式展示详细的内容，以吸引投标人的注意[4]。边缘计算技术不仅可以满足企业发展的需要，提高火电行业工业企业的核心竞争力，而且为实现企业经济的快速转型和发展提供更多支持。

5.3 “MEC+”分析服务

“MEC+”分析服务作为5G边缘计算技术的典型代表之一，可以在火电行业工业互联网中得到有效应用，以满足工业发展的需要，促进经济转型，为其提供更大的动力。例如，“MEC+”分析服务可以利用视觉识别分析技术和视频分析技术，全面控制火电行业工业企业的生产过程，具体原理是将高清摄像机、工业摄像机等设置在生产线上，结合视频分析技术和视觉识别分析技术，实时控制工业生产过程中的产品质量，为工艺优化提供依据。以水泥生产厂家为例，在生产中采用“MEC+”分析服务，可以提高水泥袋计数识别能力，还可以实时监控进料，保证水泥制品的质量。

6. 适用于火电行业工业互联网的边缘计算技术思路

6.1 火电行业工业互联网边缘计算的技术架构

火电行业工业互联网边缘计算技术方面运营商来自多个方面，通过连接多个网络点进行边缘计算，依据不同类型的应用方式与运营服务商，进一步提供多元化的边缘计算方案。针对边缘领域的各种企业边缘计算设备，如GE Predix machine，主要是云软件，包括一系列安装和可运行的软件开发环境，在站点/设备端具有云计算功能或网络服务器（通常称为场边缘云计算节点），设备端硬件支持以及对现场边缘和基于云的移动终端的访问。

6.2 边缘管理

5G技术不仅可以实现无线连接，还可以根据自身环境和难度进行有线连接，探索基于DCS数据及增强型物联网数据，融合数据驱动模型与机理模型的数字孪生模型构建方法；结合多目标智能优化与经典优化算法，研发数字孪生模型的在线修正方法，以及边缘侧设备运行方式的在线多目标优化技术，为提高资源利用效率提供技术支撑。

6.3 云服务

云服务主要包括核心云服务和云计算技术。中央云服务可以有效地管理边缘计算技术的各个节点，当应用边缘技术时，其可以提供云存储、模拟训练等后端服务。云计算技术是一种分布式计算方法，允许分解大型业务信息并将其转换为小程序，这些程序使用系统中的分布式计算能力来分析数据，并将结果统计后发送给客户。随着5G时代的到来，云服务本身不再是分布式计算，而是集成了云存储、负载均衡等技术，能够在更短的时间内处理大量的数据信息，不仅提高了用户的生产力，而且保证了数据的安全性[5]。

6.4 客户端

火电行业工业网络中的客户端主要涉及设备和传感器，以及使用通信协议访问现场或边缘节点。企业员工可以将客户端与云服务和网络集成，形成“云服务+网络边缘+终端”的计算方法。由于工业互联网中的云服务、客户端和边缘计算技术各有特点，因此，应将MEC作为框架的中心来编辑和应用MEC管理系统。

结语

随着5G边缘计算技术在火电行业工业互联网中的广泛应用，其能够有效解决传统模式的缺陷，真正促进行业发展[6]。因此，不仅要更加注重5G边缘计算技术架构，还要对PLC远程控制、工厂虚拟专网、5G云AGV服务、“MEC+”分析服务等内容进行深入探究，以确保能够充分发挥5G边缘计算技术在火电行业工业互联网中的作用，从而促进该领域的发展。

参考文献：

[1]刘豪，梁峥.5G边缘计算在工业互联网领域的商用思考[J].通信企业管理，2020（8）：44-46.

[2]雷军丽.面向边缘计算的5G增强技术分析[J].集成电路应用，2020，37（9）：66-67.

[3]刘学林，褚瑞娟.基于5G网络边缘计算MEC技术研究与应用[J].中国新通信，2020，22（22）：96-97.

[4]鲍聪颖，吴昊，陆凯，等.基于可信执行环境的5G边缘计算安全研究[J].信息安全研究，2023，9（1）：38-47.

[5]李建华.5G边缘计算在工业互联网中的应用模式初探[J].工业控制计算机，2022，35（12）：141-143.

[6]岳守振，张琦，吕金华，等.5G+工业互联网网络安全威胁及应对浅析[J].网络安全技术与应用，2022（10）：100-102.

作者简介：杨文峰，在职研究生，高级工程师，研究方向：工业互联网平台、工业大数据。

基金项目：2022年度中国－芬兰“政府间国际科技创新合作”重点专项——低碳导向的基于数字孪生和边缘侧智能控制策略的火电厂工业互联网平台开发和应用研究（编号：2022YFE0125400）。