安科瑞 張宇潔

摘要：隨著數(shù)據(jù)信息量的大幅度提升以及５Ｇ技術(shù)的發(fā)展，基于５Ｇ的邊緣計算技術(shù)服務好，作為一種實時快速數(shù)據(jù)處理方式有力扭轉，具有廣闊的應用前景更默契了。先對５Ｇ著力提升、邊緣計算的特點進行了研究技術特點，然后研究這兩種技術(shù)在網(wǎng)關(guān)中的結(jié)合預期，基于變電站的業(yè)務背景提出基于５Ｇ的邊緣計算網(wǎng)關(guān)應用解決方案經驗。

??關(guān)鍵詞：５Ｇ網(wǎng)絡；邊緣計算加強宣傳；網(wǎng)關(guān)敢於監督；電網(wǎng)應用

??0、引言

??隨著５Ｇ網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展互動式宣講，基于５Ｇ的邊緣計算技術(shù)得到廣泛關(guān)注組建。業(yè)務需求和網(wǎng)絡升級進一步驅(qū)動了邊緣計算的發(fā)展。云計算能力不足就能壓製，不能滿足爆炸式增長的海量數(shù)據(jù)需求邁出了重要的一步。此外，傳輸負載急劇增加會導致時延加長發揮，不能滿足實時性要求品牌，這些都使得邊緣計算變成了研究的熱點。

??網(wǎng)關(guān)作為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸中的關(guān)鍵設(shè)備設施，發(fā)揮著協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理的作用節點，通過邊緣計算的手段可以將數(shù)據(jù)在邊緣網(wǎng)關(guān)中進行初步篩選并處理，將重要的安全信息發(fā)送到監(jiān)管平臺并發(fā)出警告，使得處理信息效率得到提高并能夠更及時地獲得隱患信息。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展通過活化，變電站在智能電網(wǎng)中發(fā)揮著越來越重要的作用，但是由于傳感器數(shù)量不斷增多以及智能巡檢機器人的普及等形式，數(shù)據(jù)傳輸不斷增加防控。如果全部數(shù)據(jù)均發(fā)送到云端進行處理，會導致時延增長的特點，處理不及時高質量，不能及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，基于５Ｇ的邊緣計算技術(shù)可以解決這些問題適應性。

??本文首先研究５Ｇ和邊緣計算的特點迎難而上，然后研究這兩種技術(shù)在網(wǎng)關(guān)中的結(jié)合，提出基于電網(wǎng)中變電站的業(yè)務背景的解決方案激發創作。

??1溝通機製、 ５Ｇ技術(shù)特點

??２０１９年６月，工信部發(fā)放了５Ｇ商用牌照體系，標志著中國正式進入５Ｇ商用元年宣講活動，但是５Ｇ技術(shù)發(fā)展仍在繼續(xù)，正不斷地為我們的生活提供更加方便的應用帶來全新智能。

??５Ｇ全稱第五代通信技術(shù)互動互補，是新一代蜂窩移動通信技術(shù)，具有如下特點：

??（１）具有高數(shù)據(jù)傳輸率自主研發，可達１０ＧＢ／ｓ力度，可以滿足大數(shù)據(jù)量傳輸；

??（２）低延遲意向，ＬＴＥ網(wǎng)絡使得移動網(wǎng)絡時延達到１００ｍｓ持續發展，但是５Ｇ網(wǎng)絡能夠達到１ｍｓ的時延，可以滿足對時延要求很低的服務系統性；

??（３）提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接合作，可以滿足物聯(lián)網(wǎng)要求，將各個終端連接起來損耗。

??５Ｇ不僅對手機移動通信來說是很大的進步勇探新路，而且對物聯(lián)網(wǎng)來說也是非常有用的技術(shù)，它所帶來的方便以及技術(shù)變革將會使經(jīng)濟發(fā)展形式。

??2擴大、邊緣計算技術(shù)的特點

??在邊緣計算中，將數(shù)據(jù)處理這一過程集成到邊緣設(shè)備中傳遞，其目的就是為了減少延遲讓人糾結，這樣就能快速地處理數(shù)據(jù)不斷完善，而不用等到數(shù)據(jù)傳輸?shù)絺鹘y(tǒng)的數(shù)據(jù)中心再進行處理，延遲降低了之后全面革新，相應的應用程序就能夠更早地運行勞動精神。同時，在本地設(shè)備的數(shù)據(jù)管理上的花費比在云和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡上的花費更少方便，從而能夠降低成本明顯。具體而言，邊緣計算的特點如下：

??（１）時延低：利用邊緣設(shè)備處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時處理營造一處，響應的時間縮短。

??（２）成本低：利用邊緣設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的過濾創新的技術、計算和分析，減少數(shù)據(jù)在骨干網(wǎng)絡的傳輸量更合理，降低網(wǎng)絡帶寬需求有序推進，從而降低數(shù)據(jù)處理成本和設(shè)備能耗。

??（３）可靠性高：邊緣設(shè)備本身具有計算處理能力顯著，即使上層數(shù)據(jù)處理中心出現(xiàn)問題深入開展，也不會影響到用戶的正常使用。

??邊緣計算是為了解決云計算去中心化而提出的方法需求，目前云計算都是將服務器集中放置在一個數(shù)據(jù)中心，

??需要將數(shù)據(jù)先傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心然后再進行集中處理，但是隨著終端設(shè)備不斷增多帶來的數(shù)據(jù)量的逐漸變大各方面，傳輸如此巨大的數(shù)據(jù)量成本很高堅定不移，時延也成為瓶頸。邊緣計算分布式部署在設(shè)備端占，即將各種終端設(shè)備增加了存儲技術的開發、處理等功能，這樣就可以減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量更讓我明白了，減少時延健康發展，降低了成本。同時飛躍，隱私數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫说倪^程中可能存在泄露的問題堅實基礎，使用邊緣計算可以降低數(shù)據(jù)泄露的可能性。

??3大數據、基于５Ｇ的移動邊緣計算技術(shù)應用場景

??傳統(tǒng)的移動邊緣計算技術(shù)指的是在移動通信網(wǎng)絡側(cè)配置具有計算和管理能力的服務器前景，提升無線接入網(wǎng)絡的信息處理能力，降低移動骨干網(wǎng)絡的傳輸帶寬。５Ｇ具有低時延落實落細、高可靠性的特點意見征詢，這將進一步推動移動邊緣計算的發(fā)展。本文結(jié)合ＩＴＵ－Ｔ定義的５Ｇ網(wǎng)絡應用場景和邊緣計算技術(shù)特點深入闡釋，研究基于５Ｇ移動邊緣計算技術(shù)的應用場景集聚。

??3.1增強型移動帶寬場景（ｅＭＭＢ）

??相較于４Ｇ，５Ｇ采用ＬＤＰＣ編碼大大提高、高階調(diào)制新的動力、大規(guī)模ＭＩＭＯ和毫米波等技術(shù)手段，進一步拓展頻譜帶寬意料之外，５Ｇ的整體頻譜效率比４Ｇ提升了３倍必然趨勢，用戶體驗速率可達到１ＧＢ／ｓ，這給人們帶來了不一樣的網(wǎng)絡體驗橋梁作用，同時也給核心網(wǎng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)文化價值。

??為了滿足５Ｇ網(wǎng)絡的靈活 性和低延時、減輕網(wǎng)絡回傳負擔講故事，核心網(wǎng)下沉和云邊緣化成為必然趨勢單產提升。云邊緣化就是使５Ｇ無線接入網(wǎng)絡具有云計算能力，實現(xiàn)業(yè)務的本地化置之不顧、數(shù)據(jù)緩存多樣性、數(shù)據(jù)本地計算等功能。

??以電網(wǎng)輸電線路無人機巡檢為例試驗，無人機通過控制臺規模，與５Ｇ基站連接，在５Ｇ基站側(cè)部署邊緣計算服務器新格局，實現(xiàn)視頻作用、圖像和控制信息的本地存儲和處理，然后相關(guān)處理結(jié)果直接回傳至控制臺管理，保證巡檢工作順利進行。

??3.2 海量機器類通信（ｍＭＴＣ）

??相較于４Ｇ，可連接數(shù)密度方面切實把製度，５Ｇ每平方千米可連網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量高達１００萬個優化上下，提升了１０倍，同時５Ｇ海量機器類通信具有數(shù)據(jù)包小最新、功耗低等特點發揮重要作用。

??根據(jù)數(shù)據(jù)預測，２０２０年全球的物聯(lián)網(wǎng)終端達到５００億個模樣。大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)終端部署取得顯著成效，不但給物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡系統(tǒng)帶來了挑戰(zhàn)，而且考驗著物聯(lián)網(wǎng)終端的電池容量數據顯示∝熑?？梢哉f服務，５Ｇ海量機器類通信技術(shù)大大地滿足了物聯(lián)網(wǎng)終端飛速增長的需求；此外持續向好，結(jié)合邊緣計算等形式，縮短物聯(lián)網(wǎng)終端連接時間，將進一步降低物聯(lián)網(wǎng)終端的能耗組合運用。

??以電網(wǎng)采集類業(yè)務為例的特點，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，采集對象數(shù)量研究與應用、采集內(nèi)容種類適應性、采集頻次都大大增加。隨著５Ｇ的部署有效保障，可實現(xiàn)采集的準實時激發創作、采集內(nèi)容的多樣化，采集范圍更廣以及采集數(shù)量更多傳遞。

??3.3低時延高可靠通信（ｕＲＬＬＣ）

??相較于４Ｇ充分，端到端時延方面，５Ｇ將達到１ｍｓ級的發生，提升了１０倍；移動性方面進一步完善，５Ｇ支持時速高達５００ｋｍ／ｈ的通信環(huán)境相結合，提升了１．４３倍。因此影響，５Ｇ網(wǎng)絡具有高速相關性、低時延的處理能力。這可以滿足車聯(lián)網(wǎng)製高點項目、工業(yè)控制等垂直行業(yè)的特殊應用需求的必然要求。

??以電網(wǎng)變電站機器巡檢為例，通過５Ｇ網(wǎng)絡實現(xiàn)機器人遠程控制物聯與互聯，結(jié)合邊緣計算的技術(shù)狀況，可實現(xiàn)毫秒級的響應，保證巡檢發(fā)現(xiàn)問題時取得了一定進展，故障信息及時回傳和處理業務，確保生產(chǎn)業(yè)務安全。

??4有所增加、基于５Ｇ的邊緣計算網(wǎng)關(guān)

??基于５Ｇ的邊緣計算網(wǎng)關(guān)作為一個將網(wǎng)絡互聯(lián)的設(shè)備完善好，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)信息交換，一方面利用邊緣計算提高數(shù)據(jù)計算性能供給；另一方面利用５Ｇ提升信息傳遞效率［５］不斷完善。

??５Ｇ邊緣計算網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖１所示發揮效力。該網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)由云服務器、邊緣計算網(wǎng)關(guān)設(shè)備以及傳感器等終端設(shè)備組成勞動精神。邊緣計算模塊由邊緣應用程序和邊緣計算平臺兩個部分組成：數(shù)據(jù)采集模塊收集傳感器等終端設(shè)備的數(shù)據(jù)穩定發展，然后邊緣計算平臺將采集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一控制和管理。邊緣應用程序提供運行環(huán)境落到實處，包括信息獲取效果、邊緣數(shù)據(jù)處理，接收來自云服務器的指令并執(zhí)行對應的操作營造一處。而用戶所需要操作的就是在云服務器完成指令的發(fā)送服務水平，云端服務器利用無線信號（如Ｗｉ－Ｆｉ等）、以太網(wǎng)和４Ｇ保供、５Ｇ等方式將指令發(fā)送到網(wǎng)關(guān)設(shè)備能力建設，網(wǎng)關(guān)對其進行協(xié)議轉(zhuǎn)換后在邊緣計算模塊發(fā)出對終端設(shè)備的操作指令［４］。在現(xiàn)階段的５Ｇ發(fā)展中技術創新，由于正處于剛剛起步狀態(tài)醒悟，運營商部署５Ｇ時使用的是非獨立組網(wǎng)，需要利用４Ｇ基站生產體系、增強型４Ｇ基站以及少量５Ｇ基站來實現(xiàn)新模式，但是由于使用的仍然是４Ｇ核心網(wǎng)，并不能提供特別低的時延高質量，需要等到５Ｇ技術(shù)不斷發(fā)展應用情況，通過獨立組網(wǎng)ＳＡ技術(shù)，５Ｇ核心網(wǎng)利用網(wǎng)絡切片靈活地使用網(wǎng)絡資源，才能大大提升網(wǎng)絡服務質(zhì)量以及提供低時延也逐步提升。

圖１５Ｇ邊緣計算網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)

??基于５Ｇ的邊緣計算，可以充分利用５Ｇ高速度能力和水平、大容量和低時延的三個特點組織了，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的接入和處理，保證業(yè)務的實時性註入了新的力量。

??5表現、基于５Ｇ邊緣計算網(wǎng)關(guān)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不要畏懼，接收電能及分配電能的場所導向作用，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)展特點，變電站中需要處理的信息越來越多，包括數(shù)據(jù)信息、視頻監(jiān)控意見征詢、安全信息等組成部分。變電站一般分布在人口相對少的地區(qū)深入闡釋，又由于其情況需要時刻掌握以保證安全，所以需要相關(guān)人員實時監(jiān)控變電站內(nèi)部各個部分情況高效化。

??在現(xiàn)代化的變電站中由于智能機器人等智能巡檢設(shè)備的加入大大提高，可以不用像以前一樣需要人力頻繁去現(xiàn)場監(jiān)控，減少了一定的安全隱患并且提高了效率完成的事情。但是智能巡檢機器人或者變電站智能終端傳送到監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)量不斷擴大調整推進，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

??除了變電站內(nèi)部運維數(shù)據(jù)研究成果，從變電站向用戶傳輸電力時發展契機，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)機製性梗阻，導致處理數(shù)據(jù)更加麻煩且任務量大齊全。

??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(guān)設(shè)備，能夠在邊緣設(shè)備即可將大量的數(shù)據(jù)存儲并進行初步處理改造層面，然后將非常重要的信息機製，例如有安全隱患的數(shù)據(jù)，發(fā)送到監(jiān)控中心并提出警示信號大面積，使得監(jiān)管人員能夠在及時發(fā)現(xiàn)并采取相應的措施發力，達到效率速度化。

??根據(jù)電網(wǎng)的業(yè)務需求集成應用，可分為：低時延的智能配電反應能力、負控業(yè)務，多連接的低壓抄表競爭激烈、分布接入業(yè)務和大帶寬的巡檢機器、應急通信業(yè)務效果；結(jié)合５Ｇ邊緣計算的特點，各種類型的業(yè)務通過網(wǎng)關(guān)匯聚，接入到邊緣計算中心重要部署；根據(jù)業(yè)務的需要積極影響，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所示發揮重要作用。

??6安科瑞智能網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品解決方案

??6.1智能網(wǎng)關(guān)功能介紹

??--  終端設(shè)備與系統(tǒng)平臺間的數(shù)據(jù)交互橋梁

??A:數(shù)據(jù)采集（支持串口自行開發、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取得顯著成效、寧夏電力需求側(cè)平臺處理方法、江蘇電力運維平臺、浙江電力運維平臺上傳數(shù)據(jù)）責任，具有多平臺上傳能力服務；

??C:邊緣計算（靈活的報警閾值設(shè)置實現、主動上傳報警信息、數(shù)據(jù)合并計算舉行、斷點續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密、4G路由）

??D:遠程管理（遠程配置習慣、遠程升級記得牢、遠程監(jiān)視）

??6.2 安科瑞智能網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品介紹

??6.2.1 Anet-**/4G系列導軌式智能網(wǎng)關(guān)

??ANet-**/4G是安科瑞電氣股份有限公司自主研發(fā)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，適用于國家公務機關(guān)覆蓋、企事業(yè)單位服務體系、公共機構(gòu)、住宅商業(yè)樓宇不可缺少、酒店餐飲商場等領(lǐng)域系列， 可滿足水、電服務為一體、氣方案、油、冷量相互配合、熱量等各種形式的用量及能源能耗分項計量數(shù)據(jù)采集的需求統籌發展。

??該設(shè)備可用于以下應用場景：

???電力監(jiān)控系統(tǒng) ?電能質(zhì)量系統(tǒng) ?物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) ?電力需求側(cè)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(shù)特點

??6.2.2Anet-2E4SM/4G模塊化智能網(wǎng)關(guān)

??ANet-2E4SM模塊化通信管理機是安科瑞電氣股份有限公司自主研發(fā)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積極回應，其中主模塊可作為標準智能通信管理機獨立工作慢體驗， 整個設(shè)備可通過串口、以太網(wǎng)全會精神、Lora無線左右、wifi無線等鏈路采集水表、氣表智能化、電表物聯與互聯、微機保護等設(shè)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範圍和領域、水浸取得了一定進展、煙感等開關(guān)量信息，可通過有線網(wǎng)絡、 WiFi網(wǎng)絡有所增加、4G網(wǎng)絡等鏈路上傳告警、實時數(shù)據(jù)等信息促進進步。主模塊搭配從模塊可靈活擴展供給，增加更豐富的 應用場景，同時還可提供邊緣計算等需求。

??該設(shè)備可用于以下應用場景：

???電力監(jiān)控系統(tǒng) ?電能質(zhì)量系統(tǒng) ?物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) ?電力需求側(cè)系統(tǒng)

???建筑能耗系統(tǒng) ?遠程預付費系統(tǒng) ?第三方云平臺 ?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(shù)特點

??6.2.3AWT100系列簡易型協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊

??AWT100 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊是安科瑞電氣推出的新型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 DTU可能性更大，通訊數(shù)據(jù)

??轉(zhuǎn)換包括 2G鍛造、4G、NB使命責任、LoRa共謀發展、LoRaWAN，GPS,WiFi,CE,DP 等通訊方式持續創新，下行接口提供了標準 RS485 數(shù)據(jù)接口創造， 可以方便的連接電力儀表、RTU分析、PLC、工控機等設(shè)備，僅需一次性完成初始化配置合規意識，就可以完成對 MODBUS 設(shè) 備的數(shù)據(jù)采集聽得懂；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)置看門狗技術(shù)協調機製，性能可靠穩(wěn)定設備製造。

??可應用于行業(yè)領(lǐng)域如下：

??■無線抄表；

??■樓宇自動化與安防高質量發展；

??■機器人控制資源配置；

??■電力配網(wǎng)監(jiān)控、電力負荷監(jiān)控攻堅克難；

??■智能照明控制機遇與挑戰；

??■自動化數(shù)據(jù)采集；

??■工業(yè)遙控遙測保護好；

??■高速公路能力和水平、鐵路數(shù)據(jù)傳輸；

??■其他電力以及工控行業(yè)等

??a）4G/NB/2G型號及技術(shù)參數(shù)

??b）Lora/LoraWAN型號及技術(shù)參數(shù)

??c) GPS/WIFI/CE/DP通訊型號及技術(shù)參數(shù)

??d) 典型應用方案

AWT100-2G/NB/4G 無線通信終端典型應用

AWT100-LoRa 無線通信終端典型應用

??6.3Anet系列智能網(wǎng)關(guān)證書報告

       7結(jié)語

??本文對基于５Ｇ的邊緣計算網(wǎng)關(guān)及其在電網(wǎng)中的運用進行討論充足，結(jié)合變電業(yè)務介紹了５Ｇ網(wǎng)絡智能設備、邊緣計算在變電站中的應用方案。雖然５Ｇ技術(shù)還在起步階段服務效率，初步部署也是使用非獨立組網(wǎng)，并不能夠*展現(xiàn)其特點（例如低時延）導向作用，相信隨著５Ｇ及邊緣計算技體系的不斷完善蓬勃發展，獨立組網(wǎng)部署５Ｇ技術(shù)逐漸成熟，能夠更加方便重要意義、快速地處理更多的數(shù)據(jù)信息問題，達到提升數(shù)據(jù)傳輸率、降低時延的目的。