工业互联网边缘计算 课件 任务4.3 5G边缘计算在OT网络的部署

——工业互联网边缘计算——模块4基于5G边缘计算网络传输目录CONTENTS分析5G传输网络的构成任务4.1面向行业应用的区域化5G专网解析任务4.25G边缘计算在OT网络的部署任务4.35G边缘计算网络架构与规划任务4.45G边缘计算端侧传输部署任务4.55G混合专网部署任务4.6任务4.35G边缘计算在OT网络的部署导入德国的“工业4.0”、美国的“工业互联网”和我国的“中国制造2025”都致力于实现信息技术（IT）与运营技术（OT）的共同发展。边缘计算能够提高数据处理效率，实现数据筛选，从而满足工业企业的实时性、海量连接等方面的需求。作为新一代数字技术，5G为企业数字化转型提供了新的手段，也为运营商进入行业数字化市场带来新的机遇。企业数字化转型需求从IT向OT发展。运营商提供的产品和服务也不仅局限于企业宽带、专线等连接服务，不仅仅是互联网数据中心（InternetDataCenter，IDC）、服务器等IT资源，也包括移动办公、视频服务等通用业务和深入企业OT的信息化解决方案。5G与边缘计算的结合在企业网，特别是OT网络中的应用，给工业互联网带来了新的通信应用能力和应用模式。导入运营技术OT是使用硬件和软件来控制工业设备的实践方法。是通过软、硬件结合的方式来进行实时操作，通过直接控制工业设备和企业的一些事件来检测整个过程中是否发生了任何变化，提高了工业设备的可用性和可靠性。OT系统通过持续监控网络中的软、硬件来确保工业运营的安全，还有助于支持基础设施，如制造、国防公用事业等。OT网络在工业层面工作，面向企业网络的软、硬件，以处理任何组织的运营数据。如图所示为工业企业OT网络架构，OT网络中的设备和应用一般分为5层，即设备层、边缘控制器层、边缘网关层、边缘云层和工业互联网云平台层。传统的工业互联网OT网络是有线网络。设备和边缘控制器之间一般采用简单的、实时的现场总线构建网络。边缘控制器和边缘网关之间一般采用工业以太网构建车间级网络。5G边缘计算在OT网络中的部署一般采用5G混合专网模式，为工业互联网应用提供了移动和低延迟通信能力。5G边缘计算在OT网络中，主要有“低延迟无线通信”和“无线通信+边缘计算”两种部署方式。4.3.1“低延迟无线通信”模式部署“低延迟无线通信”模式提供低延迟无线通信连接，为设备层、边缘控制层和边缘网关层间提供5G通信连接，对应原来有线通信时，用现场总线和工业以太网通信连接设备层、边缘控制层和边缘网关层。大部分情况只需要用户面（UPF）来提供5G通信连接，不需要提供边缘计算应用。由于设备层、边缘控制层和边缘网关层设备间都采用L2二层网络接口，当工业设备商和企业不希望重新改造相关设备的网络通信接口和协议，因此5GLAN（LocalAreaNetwork，局域网）和5GTSN（Time-SensitiveNetwork，时间敏感网络）被用来提供二层通信连接，组建一个端到端的L2业务网络。4.3.1“低延迟无线通信”模式部署如图所示为传统二层OT有线网络和5G“低延迟无线通信”组网模式的对比示意图，在传统的OT有线网络中，设备通过L2有线网络（现场总线和工业以太网）连接到控制器。5G“低延迟无线通信”模式组网是由5G基站、CSG（CellSiteGateway，基站侧网关）、5GMEC系统（一般不需要提供边缘计算应用）组成，通过防火墙和企业OT网络连接；5GMEC中的UPF和无线基站一起提供5G通信连接；设备可以通过5G模组或5GCPE（CustomerPremiseEquipment，客户终端设备）来上5G网络。4.3.1“低延迟无线通信”模式部署5G网络从基站到UPF之间，通过GTP（GPRSTunnelingProtocol，GPRS隧道协议）封装来传输L2数据帧（如以太网帧），这个传输过程要经过运营商的IPRAN网络和MEC网关路由器。L2帧在UPF被从GTP解封装出，再通过数通网络的L2VPN（二层虚拟专用网）传输到控制器，中间要穿越MEC防火墙和企业防火墙，以及MEC网关路由器和企业园区网。5G“低延迟无线通信”模式网络的低延迟和高可靠性通信的能力，是其取代传统OT有线网络的必要前提。在5G的三大应用场景中，eMBB：增强移动宽带，是针对大流量移动宽带业务；mMTC：大连接物联网，针对大规模物联网业务；URLLC：超高可靠超低时延通信，例如无人驾驶等业务就是面向这个网络模式和应用。4.3.2“无线通信+边缘计算”模式部署“无线通信+边缘计算”模式为设备侧、边缘控制器层和边缘网关层提供到边缘云的通信连接，相较与“低延迟无线通信”模式，提供了到边缘云的连接。一般是提供三层（IP层）通信连接，相较于提供二层（L2层）通信连接的“低延迟无线通信”模式部署，延迟要求一般会略低。MEP（MessageExchangePattern，消息交换模式）平台及应用可以部署在5GMEC中，提供前端实时智能应用，并且能调用5G的开放通信能力，来编写有5G特色的智能应用。4.3.2“无线通信+边缘计算”模式部署如图所示为传统三层OT有线网络和5G“无线通信+边缘计算”组网模式的对比示意图，在传统的三层OT有线网络中，设备通过工厂有线网络，把现场网、车间网、厂间网，连接到边缘云，一些远程控制应用也可以实现跨厂区的作业。5G“无线通信+边缘计算”模式组网是由5G基站，CSG（CellSiteGateway，基站侧网关），5GMEC系统（能提供边缘计算应用）组成，通过防火墙和企业OT网络连接；5GMEC中的UPF和无线基站一起提供5G通信连接，MEP支持边缘计算应用；设备可以通过5G模组或5GCPE来上5G网络。4.3.2“无线通信+边缘计算”模式部署5G“无线通信+边缘计算”模式，不仅提供5G实时连接，而且提供实时边缘计算应用，比如工业视觉检测。5GMEC中的边缘计算，可以看作园区边缘云应用的下移。5G通信能力开放包括无线网络位置服务（提供基于无线基站定位的用户位置信息），和无线网络带宽及服务器质量（QualityofService，QoS）管理等。用户应用如需要对无线网络上下行带宽进行差异化控制，由MEP和无线网络联动实现。实时工业应用直接部署在5GMEC的MEP平台中，完成实时边缘计算，直接把计算结果反馈给相关设备。比如，工业摄像机把产品检测信息发到5GMEC，部署在MEP中的工业视觉应用进行边缘计算，挑出不合格的产品，并将计算结果反馈给生产线上的控制设备，把不合格的产品挑出来。这样，生产信息传输路径短而且可以被实时处理