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)更高要求，作為一種實時快速數(shù)據(jù)處理方式，具有廣闊的應(yīng)用前景。先對５Ｇ、邊緣計算的特點進行了研究經驗分享，然后研究這兩種技術(shù)在網(wǎng)關(guān)中的結(jié)合，基于變電站的業(yè)務(wù)背景提出基于５Ｇ的邊緣計算網(wǎng)關(guān)應(yīng)用解決方案趨勢。

??關(guān)鍵詞：５Ｇ網(wǎng)絡(luò)有力扭轉；邊緣計算；網(wǎng)關(guān)設備製造；電網(wǎng)應(yīng)用

??0發展需要、引言

??隨著５Ｇ網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，基于５Ｇ的邊緣計算技術(shù)得到廣泛關(guān)注管理。業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)升級進一步驅(qū)動了邊緣計算的發(fā)展。云計算能力不足雙向互動，不能滿足爆炸式增長的海量數(shù)據(jù)需求效率和安。此外，傳輸負載急劇增加會導(dǎo)致時延加長助力各業，不能滿足實時性要求極致用戶體驗，這些都使得邊緣計算變成了研究的熱點提供有力支撐。

??網(wǎng)關(guān)作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中的關(guān)鍵設(shè)備，發(fā)揮著協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理的作用建議，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品率，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不斷發展。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展積極影響，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緊密協作，數(shù)據(jù)傳輸不斷增加越來越重要。如果全部數(shù)據(jù)均發(fā)送到云端進行處理，會導(dǎo)致時延增長發揮重要作用，處理不及時醒悟，不能及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，基于５Ｇ的邊緣計算技術(shù)可以解決這些問題高質量。

??本文首先研究５Ｇ和邊緣計算的特點也逐步提升，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(wù)背景的解決方案註入了新的力量。

??1不可缺少、 ５Ｇ技術(shù)特點

??２０１９年６月，工信部發(fā)放了５Ｇ商用牌照特點，標志著中國正式進入５Ｇ商用元年積極回應，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(yīng)用又進了一步。

??５Ｇ全稱第五代通信技術(shù)多種場景，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)傳輸率規劃，可達１０ＧＢ／ｓ擴大公共數據，可以滿足大數(shù)據(jù)量傳輸；

??（２）低延遲帶動擴大，ＬＴＥ網(wǎng)絡(luò)使得移動網(wǎng)絡(luò)時延達到１００ｍｓ核心技術體系，但是５Ｇ網(wǎng)絡(luò)能夠達到１ｍｓ的時延，可以滿足對時延要求很低的服務(wù)持續發展；

??（３）提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接應用提升，可以滿足物聯(lián)網(wǎng)要求，將各個終端連接起來創造性。

??５Ｇ不僅對手機移動通信來說是很大的進步發展的關鍵，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)展規模設備。

??2真諦所在、邊緣計算技術(shù)的特點

??在邊緣計算中指導，將數(shù)據(jù)處理這一過程集成到邊緣設(shè)備中，其目的就是為了減少延遲充分，這樣就能快速地處理數(shù)據(jù)進一步完善，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，延遲降低了之后競爭力，相應(yīng)的應(yīng)用程序就能夠更早地運行調整推進。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(luò)上的花費更少兩個角度入手，從而能夠降低成本建強保護。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)生產效率，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時處理使命責任，響應(yīng)的時間縮短。

??（２）成本低：利用邊緣設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的過濾使用、計算和分析合規意識，減少數(shù)據(jù)在骨干網(wǎng)絡(luò)的傳輸量，降低網(wǎng)絡(luò)帶寬需求有效性，從而降低數(shù)據(jù)處理成本和設(shè)備能耗創新內容。

??（３）可靠性高：邊緣設(shè)備本身具有計算處理能力，即使上層數(shù)據(jù)處理中心出現(xiàn)問題廣泛關註，也不會影響到用戶的正常使用善於監督。

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

??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更合理，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，傳輸如此巨大的數(shù)據(jù)量成本很高更優美，時延也成為瓶頸各方面。邊緣計算分布式部署在設(shè)備端，即將各種終端設(shè)備增加了存儲優勢、處理等功能善謀新篇，這樣就可以減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，減少時延便利性，降低了成本方法。同時，隱私數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫说倪^程中可能存在泄露的問題規模最大，使用邊緣計算可以降低數(shù)據(jù)泄露的可能性穩中求進。

??3、基于５Ｇ的移動邊緣計算技術(shù)應(yīng)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(luò)側(cè)配置具有計算和管理能力的服務(wù)器最深厚的底氣，提升無線接入網(wǎng)絡(luò)的信息處理能力協同控製，降低移動骨干網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬。５Ｇ具有低時延品質、高可靠性的特點利用好，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(luò)應(yīng)用場景和邊緣計算技術(shù)特點解決問題，研究基于５Ｇ移動邊緣計算技術(shù)的應(yīng)用場景系列。

??3.1增強型移動帶寬場景（ｅＭＭＢ）

??相較于４Ｇ，５Ｇ采用ＬＤＰＣ編碼相互配合、高階調(diào)制慢體驗、大規(guī)模ＭＩＭＯ和毫米波等技術(shù)手段，進一步拓展頻譜帶寬智能化，５Ｇ的整體頻譜效率比４Ｇ提升了３倍科技實力，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(luò)體驗建設，同時也給核心網(wǎng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)在此基礎上。

??為了滿足５Ｇ網(wǎng)絡(luò)的靈活 性和低延時、減輕網(wǎng)絡(luò)回傳負擔(dān)前來體驗，核心網(wǎng)下沉和云邊緣化成為必然趨勢自主研發。云邊緣化就是使５Ｇ無線接入網(wǎng)絡(luò)具有云計算能力，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的本地化更加廣闊、數(shù)據(jù)緩存損耗、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非常完善，無人機通過控制臺性能穩定，與５Ｇ基站連接系統，在５Ｇ基站側(cè)部署邊緣計算服務(wù)器幅度，實現(xiàn)視頻、圖像和控制信息的本地存儲和處理構建，然后相關(guān)處理結(jié)果直接回傳至控制臺規模，保證巡檢工作順利進行近年來。

??3.2 海量機器類通信（ｍＭＴＣ）

??相較于４Ｇ，可連接數(shù)密度方面發展目標奮鬥，５Ｇ每平方千米可連網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量高達１００萬個技術先進，提升了１０倍，同時５Ｇ海量機器類通信具有數(shù)據(jù)包小延伸、功耗低等特點認為。

??根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)測，２０２０年全球的物聯(lián)網(wǎng)終端達到５００億個新趨勢。大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)終端部署反應能力，不但給物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶來了挑戰(zhàn)共謀發展，而且考驗著物聯(lián)網(wǎng)終端的電池容量〗Y構重塑？梢哉f聽得懂，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；此外高質量發展，結(jié)合邊緣計算全方位，縮短物聯(lián)網(wǎng)終端連接時間，將進一步降低物聯(lián)網(wǎng)終端的能耗影響力範圍。

??以電網(wǎng)采集類業(yè)務(wù)為例大局，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，采集對象數(shù)量邁出了重要的一步、采集內(nèi)容種類有序推進、采集頻次都大大增加。隨著５Ｇ的部署發展的關鍵，可實現(xiàn)采集的準實時道路、采集內(nèi)容的多樣化，采集范圍更廣以及采集數(shù)量更多真諦所在。

??3.3低時延高可靠通信（ｕＲＬＬＣ）

??相較于４Ｇ指導，端到端時延方面，５Ｇ將達到１ｍｓ級充分，提升了１０倍資料；移動性方面，５Ｇ支持時速高達５００ｋｍ／ｈ的通信環(huán)境關註度，提升了１．４３倍橫向協同。因此，５Ｇ網(wǎng)絡(luò)具有高速敢於挑戰、低時延的處理能力不斷創新。這可以滿足車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直行業(yè)的特殊應(yīng)用需求提供了遵循。

??以電網(wǎng)變電站機器巡檢為例參與水平，通過５Ｇ網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)機器人遠程控制，結(jié)合邊緣計算的技術(shù)服務效率，可實現(xiàn)毫秒級的響應(yīng)明確相關要求，保證巡檢發(fā)現(xiàn)問題時，故障信息及時回傳和處理統籌發展，確保生產(chǎn)業(yè)務(wù)安全深化涉外。

??4、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(luò)互聯(lián)的設(shè)備，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)信息交換開展試點，一方面利用邊緣計算提高數(shù)據(jù)計算性能攜手共進；另一方面利用５Ｇ提升信息傳遞效率［５］。

??５Ｇ邊緣計算網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖１所示進一步。該網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)由云服務(wù)器大部分、邊緣計算網(wǎng)關(guān)設(shè)備以及傳感器等終端設(shè)備組成強大的功能。邊緣計算模塊由邊緣應(yīng)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)實際需求，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(yīng)用程序提供運行環(huán)境優勢，包括信息獲取善謀新篇、邊緣數(shù)據(jù)處理，接收來自云服務(wù)器的指令并執(zhí)行對應(yīng)的操作便利性。而用戶所需要操作的就是在云服務(wù)器完成指令的發(fā)送方法，云端服務(wù)器利用無線信號（如Ｗｉ－Ｆｉ等）、以太網(wǎng)和４Ｇ提供有力支撐、５Ｇ等方式將指令發(fā)送到網(wǎng)關(guān)設(shè)備切實把製度，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)展中逐步顯現，由于正處于剛剛起步狀態(tài)銘記囑托，運營商部署５Ｇ時使用的是非獨立組網(wǎng)，需要利用４Ｇ基站自動化裝置、增強型４Ｇ基站以及少量５Ｇ基站來實現(xiàn)示範，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有很大提升空間，需要等到５Ｇ技術(shù)不斷發(fā)展運行好，通過獨立組網(wǎng)ＳＡ技術(shù)，５Ｇ核心網(wǎng)利用網(wǎng)絡(luò)切片靈活地使用網(wǎng)絡(luò)資源可能性更大，才能大大提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量以及提供低時延部署安排。

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高速度技術、大容量和低時延的三個特點推廣開來，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的接入和處理，保證業(yè)務(wù)的實時性技術研究。

??5重要的、基于５Ｇ邊緣計算網(wǎng)關(guān)在電網(wǎng)中的應(yīng)用

??5.1業(yè)務(wù)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姿勢，接收電能及分配電能的場所相互融合，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不同需求，包括數(shù)據(jù)信息發展、視頻監(jiān)控、安全信息等總之。變電站一般分布在人口相對少的地區(qū)面向，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)部各個部分情況研學體驗。

??在現(xiàn)代化的變電站中由于智能機器人等智能巡檢設(shè)備的加入建設項目，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落實落細。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)量不斷擴大相結合，消耗了大量的流量資源。

圖２面向業(yè)務(wù)的５Ｇ邊緣計算解決方案

??除了變電站內(nèi)部運維數(shù)據(jù)製高點項目，從變電站向用戶傳輸電力時為產業發展，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)資源優勢，導(dǎo)致處理數(shù)據(jù)更加麻煩且任務(wù)量大高效利用。

??5.2面向業(yè)務(wù)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估算，然后將非常重要的信息講理論，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奮戰不懈，使得監(jiān)管人員能夠在及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施市場開拓，達到效率速度化。

??根據(jù)電網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求大大縮短，可分為：低時延的智能配電要落實好、負控業(yè)務(wù)，多連接的低壓抄表更默契了、分布接入業(yè)務(wù)和大帶寬的巡檢機器先進技術、應(yīng)急通信業(yè)務(wù)；結(jié)合５Ｇ邊緣計算的特點不合理波動，各種類型的業(yè)務(wù)通過網(wǎng)關(guān)匯聚宣講手段，接入到邊緣計算中心；根據(jù)業(yè)務(wù)的需要積極拓展新的領域，進一步上傳到控制子站或主站配套設備。

??面向業(yè)務(wù)的５Ｇ邊緣計算解決方案如圖２所示。

??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（支持串口相對開放、以太網(wǎng)推進高水平，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脫穎而出、寧夏電力需求側(cè)平臺、江蘇電力運維平臺生產創效、浙江電力運維平臺上傳數(shù)據(jù)）結構，具有多平臺上傳能力；

??C:邊緣計算（靈活的報警閾值設(shè)置優化上下、主動上傳報警信息能力建設、數(shù)據(jù)合并計算、斷點續(xù)傳生產體系、數(shù)據(jù)加密服務、4G路由）

??D:遠程管理（遠程配置、遠程升級規模、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(dǎo)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 通信管理機穩定發展，適用于國家公務(wù)機關(guān)、企事業(yè)單位聯動、公共機構(gòu)、住宅商業(yè)樓宇共同努力、酒店餐飲商場等領(lǐng)域行業內卷， 可滿足水、電逐漸完善、氣參與能力、油、冷量是目前主流、熱量等各種形式的用量及能源能耗分項計量數(shù)據(jù)采集的需求充分發揮。

??該設(shè)備可用于以下應(yīng)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(yù)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充分發揮，其中主模塊可作為標準智能通信管理機獨立工作選擇適用， 整個設(shè)備可通過串口、以太網(wǎng)設計、Lora無線業務指導、wifi無線等鏈路采集水表、氣表就此掀開、電表長足發展、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穩步前行、水浸結構不合理、煙感等開關(guān)量信息，可通過有線網(wǎng)絡(luò)逐步改善、 WiFi網(wǎng)絡(luò)意見征詢、4G網(wǎng)絡(luò)等鏈路上傳告警引領、實時數(shù)據(jù)等信息。主模塊搭配從模塊可靈活擴展示範，增加更豐富的 應(yīng)用場景應用前景，同時還可提供邊緣計算等需求。

??該設(shè)備可用于以下應(yīng)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(yù)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運行好，通訊數(shù)據(jù)

??轉(zhuǎn)換包括 2G首次、4G、NB進一步意見、LoRa增幅最大、LoRaWAN，GPS,WiFi,CE,DP 等通訊方式生產能力，下行接口提供了標準 RS485 數(shù)據(jù)接口標準， 可以方便的連接電力儀表、RTU堅持好、PLC即將展開、工控機等設(shè)備，僅需一次性完成初始化配置特性，就可以完成對 MODBUS 設(shè) 備的數(shù)據(jù)采集傳承；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)建言直達，性能可靠穩(wěn)定多種。

??可應(yīng)用于行業(yè)領(lǐng)域如下：

??■無線抄表；

??■樓宇自動化與安防充分發揮；

??■機器人控制發展成就；

??■電力配網(wǎng)監(jiān)控、電力負荷監(jiān)控重要方式；

??■智能照明控制開展面對面；

??■自動化數(shù)據(jù)采集；

??■工業(yè)遙控遙測模式；

??■高速公路自動化、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(yīng)用方案

AWT100-2G/NB/4G 無線通信終端典型應(yīng)用

AWT100-LoRa 無線通信終端典型應(yīng)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)中的運用進行討論高品質，結(jié)合變電業(yè)務(wù)介紹了５Ｇ網(wǎng)絡(luò)不折不扣、邊緣計算在變電站中的應(yīng)用方案。雖然５Ｇ技術(shù)還在起步階段資源優勢，初步部署也是使用非獨立組網(wǎng)高效利用，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估算，獨立組網(wǎng)部署５Ｇ技術(shù)逐漸成熟講理論，能夠更加方便的可能性、快速地處理更多的數(shù)據(jù)信息，達到提升數(shù)據(jù)傳輸率服務為一體、降低時延的目的問題。