5g边缘计算网关的应用

摘要：随着数据信息量的大幅度提升以及５Ｇ技术的发展，基于５Ｇ的边缘计算技术，作为一种实时数据处理方式，具有广阔的应用前景。先对５Ｇ、边缘计算的特点进行了研究，然后研究这两种技术在网关中的融合，基于变电站的业务背景提出基于５Ｇ的边缘计算网关应用解决方案。
关键词：５Ｇ网络；边缘计算；网关；电网应用
5G的边缘计算网关应用解决方案在多个领域展现出了的潜力和。以下是对该解决方案的详细阐述：
一、5G边缘计算网关概述
5G边缘计算网关是一种将5G网络的高速、低延迟特性与边缘计算的实时处理能力相结合的设备。它部署在网络边缘，靠近用户和数据源，能够实时处理和分析从各种设备传输来的数据，同时提供低延迟、高带宽的网络连接。这种网关不仅具备强大的计算能力和存储资源，还支持多种通信协议和接口标准，能够轻松接入各种传感器、PLC、DCS、工业设备等，实现数据的实时采集和传输。
二、5G边缘计算网关的应用领域
工业领域

预测性维护：通过部署5G边缘计算网关，采集工业现场的生产数据，利用边缘云构建的数理模型进行预测性维护，提前发现设备故障，减少停机时间。
工艺流程改进：结合实时数据分析，优化工艺流程，提高生产效率。
能效分析：对生产过程中的能耗进行实时监测和分析，提出节能降耗方案。

智能交通领域

交通监控：利用5G边缘计算网关实时传输交通监控数据，及时发现交通拥堵、交通事故等问题，并采取相应的措施进行解决。
智能信号灯控制：通过云端对交通信号灯进行智能化控制，根据实时交通情况调整信号灯的灯光时序和配时方案，提高道路通行效率。
自动驾驶辅助：借助5G网络连接路侧单元(RSU)和车载单元(OBU)，实现车路协同通信，为自动驾驶车辆提供加准确的路况信息和交通信号灯信息。

智慧城市领域

环境监测：实时采集城市环境数据，如空气质量、噪音水平等，为城市管理提供科学依据。
公共：结合视频和数据分析，提高城市公共的应急响应能力。

三、5G边缘计算网关的应用优势
提升数据处理效率：将计算任务移动到网络边缘，减少的延迟，提高数据处理效率。
降低网络延迟：5G网络具有低延迟的特性，结合边缘计算进一步缩短了数据处理和传输的距离。
改善用户体验：提供高速、低延迟的网络连接和实时数据处理能力，用户体验。
推动产业：为产业提供了新的可能，推动各行各业的数字化转型和升级。
四、具体解决方案示例
以中国移动的5G+边缘计算解决方案为例：

平台构建：中国移动通过边缘计算能力平台，在靠近物或数据的网络边缘侧，通过5G专有网络接入，就近提供边缘智能的连接与计算服务。
数据采集与处理：边缘数据采集设备具备丰富的协议适配能力，将采集到的各类多源异构数据进行格式统一和语义解析，并进行数据剔除、压缩、缓存等操作后传输至云端。
智能应用部署：在边缘侧按需部署各类实时分析与反馈控制的智能应用，并提供边缘应用开发所需的资源调度、运行维护、开发调试等各类功能。
行业应用：在工业、能源、交通等行业实现预测性维护、工艺流程改进、能效分析、生产协同等智慧工厂应用；在智能交通领域实现交通监控、智能信号灯控制、自动驾驶辅助等功能。

综上所述，5G的边缘计算网关应用解决方案在多个领域具有广泛的应用前景和显著的优势。随着技术的不断发展和完善，相信未来会有多的应用场景和解决方案涌现出来。

图１
５Ｇ边缘计算网关系统
基于５Ｇ的边缘计算，可以充分利用５Ｇ高速度、大容量和低时延的三个特点，实现数据的接入和处理，保证业务的实时性和有效性。
5、基于５Ｇ边缘计算网关在电网中的应用
5.1业务背景
在电网传输中，变电站发挥着一个十分重要的作用———它是一个将电力系统中对电压和电流进行交换，接收电能及分配电能的场所，它将发电机发出的电能升压后馈送到高压电网中。
随着智能电网的发展，变电站中需要处理的信息越来越多，包括数据信息、视频、信息等。变电站一般分布在人口相对较少的地区，又由于其情况时刻掌握以保证，所以需要人员实时监控内部各个部分情况。
在现代化的变电站中由于智能机器人等智能巡检设备的加入，可以不用像以样需要人力频繁去现场监控，减少了一定的隐患并且提高了效率。但是智能巡检机器人或者变电站智能终端传送到监控的数据量不断变大，消耗了大量的流量资源。

图２
面向业务的５Ｇ边缘计算解决方案
除了内部运维数据，从向用户传输电力时，每天各个时段输送的电量、不同地区所需电量也属于大流量数据，导致处理数据加麻烦且任务量大。
5.2面向业务的５Ｇ边缘计算解决方案
通过利用５Ｇ和边缘计算的网关设备，能够在边缘设备即可将大量的数据存储并进行初步处理，然后将非常重要的信息，例如有隐患的数据，发送到监控并提出警示信号，使得监管人员能够发现并采取相应的措施，达到效率速度化。
根据电网的业务需求，可分为：低时延的智能配电、准确负控业务，多连接的低压抄表、分布接入业务和大带宽的巡检机器、应急通信业务；结合５Ｇ边缘计算的特点，各种类型的业务通过网关汇聚，接入到边缘计算；根据业务的需要，进一步上传到控制子站或主站。
面向业务的５Ｇ边缘计算解决方案如图２所示。
6安科瑞智能网关产品解决方案
6.1智能网关功能介绍
-- 终端设备与系统平台间的数据交互桥梁

A:数据采集（支持串口、以太网，只需配置即可兼容支持标准电力规约的各类仪表）
B:数据上传（支持往上海分类分项能耗平台、宁夏电力需求侧平台、江苏电力运维平台、浙江电力运维平台上传数据），具有多平台上传能力；
C:边缘计算（灵活的报警阈值设置、主动上传报警信息、数据合并计算、断点续传、数据加密、4G路由）
D:远程管理（远程配置、远程升级、远程监视）

6.2 安科瑞智能网关产品介绍
6.2.1 Anet-2E4SM/4G系列导轨式智能网关

ANet-**/4G是安科瑞电气股份有限公司*的一款带全网通无线联网功能的通用型智能 通信管理机，适用于国家公务安科瑞、企事业单位、公共机构、住宅商业楼宇、酒店餐饮商场等领域， 可满足水、电、气、油、冷量、热量等各种形式的用量及能源能耗分项计量数据采集的需求。
该设备可用于以下应用场景：
☀电力监控系统 ☀电能质量系统 ☀物联网系统 ☀电力需求侧系统
☀建筑能耗系统 ☀远程预付费系统 ☀消防防护系统 ☀智能建筑系统
技术特点

6.2.2Anet-2E4SM/4G模块化智能网关

ANet-2E4SM模块化通信管理机是安科瑞电气股份有限公司*的一款通用型智能通信管理机，将传统管理机的接口拆分成可拼装搭配的模块，其中主模块可作为标准智能通信管理机立工作， 整个设备可通过串口、以太网、Lora无线、wifi无线等链路采集水表、气表、电表、微机保护等设备 终端的数据，标配的8路无源干接点可实时采集门禁、水浸、烟感等开关量信息，可通过有线网络、 WiFi网络、4G网络等链路上传告警、实时数据等信息。主模块搭配从模块可灵活扩展，增加丰富的 应用场景，同时还可提供边缘计算等需求。
该设备可用于以下应用场景：
☀电力监控系统 ☀电能质量系统 ☀物联网系统 ☀电力需求侧系统
☀建筑能耗系统 ☀远程预付费系统 ☀三方云平台 ☀泛在电力物联网
☀运维系统平台 ☀能源综合管理平台
技术特点

6.2.3AWT100系列简易型协议转换模块

AWT100 数据转换模块是安科瑞电气推出的新型数据转换 DTU，通讯数据 转换包括 2G、4G、NB、LoRa、LoRaWAN，GPS,WiFi,CE,DP 等通讯方式，下行接口提供了标准 RS485 数据接口， 可以方便的连接电力仪表、RTU、PLC、工控机等设备，仅需一次性完成初始化配置，就可以完成对 MODBUS 设 备的数据采集；同时 AWT100 系列无线通讯终端采用了功能强大的微处理芯片，配合内置技术，性能稳定。
可应用于行业领域如下：
■无线抄表；
■楼宇自动化与安防；
■机器人控制；
■电力配网监控、电力负荷监控；
■智能照明控制；
■自动化数据采集；
■工业遥控遥测；
■高速公路、铁路；
■其他电力以及工控行业等
a）4G/NB/2G型号及技术参数

B）Lora/LoraWAN型号及技术参数

C)GPS/WIFI/CE/DP通讯型号及技术参数

D)典型应用方案

AWT100-LoRa无线通信终端典型应用

6.3Anet系列智能网关证书报告

7结语
本文对基于５Ｇ的边缘计算网关及其在电网中的运用进行讨论，结合变电业务介绍了５Ｇ网络、边缘计算在变电站中的应用方案。虽然５Ｇ技术还在起步阶段，初步部署也是使用非立组网，并不能够展现其特点（例如低时延），相信随着５Ｇ及边缘计算技体系的不断完善，立组网部署５Ｇ技术逐渐成熟，能够加准确、方便、快速地处理多的数据信息，达到提升率、降低时延的目的。

审核编辑 黄宇