中电信智能网络科技有限公司柏楠，陈风儒，焦建锋

1　引言

随着“工业4.0”规划、《中国制造2025》以及《“十四五”规划纲要》的不断推进，工业企业向着自动化、数字化、智能化方向转型，各类工业互联网应用对网络时延、带宽和安全性都提出了更高要求。行业普遍认为，MEC是应对“海量数据、超低时延、数据安全”要求的关键，5G工业互联各项关键技术逐步成熟，5G结合边缘计算等其他技术应用到工业互联网中，将从当前的主要服务于外围辅助生产环节和创新应用，发展到支撑核心生产环节，包括车间生产和产线工业控制网，从而给行业带来更强的柔性生产网络形态。

作为较早起步边缘计算工作的运营商，中国电信一直致力于MEC的研发探索。它依托下沉的边缘计算平台，为企业构建5G定制网，并结合5G+工业PON双千兆接入，提供大带宽低时延全连接的网络服务。同时它利用MEC平台这一网算基础设施，承载和对接部分工业软件和工业互联网应用，实现工厂算力底座和智慧工厂赋能。

2　工业边缘应用场景

工业企业是边缘计算重要的应用领域，在能源矿业、工业制造、物流仓储等众多行业的生产环节和生产现场，普遍存在着各类工业应用。它们包含大量终端、测量仪表、PLC、机器人等，使用多种数据模型和通信协议，需要实时的稳定可靠的网络连接。

将MEC平台投入到工业互联网中，引入到工业企业或下沉部署到企业园区，在这里运营商的网络边缘与工业企业边缘发生了重合，两者互相融合协同创新。工业现场设备与网络边缘基础设施高效协同工作，充分利用物理资源。低延时可以将毫秒级的控制应用部分上移到网络边缘，实现OT与ICT的深度融合^[1]。工业边缘场景的MEC如图1所示。

图1 工业边缘场景的MEC

轻量级的MEC平台主要从承载、网络、运维、应用四方面构建完整的边缘计算服务。在承载方面，MEC的轻量级云网底座基于云原生和虚拟化技术，在计算、存储和网络方面针对边缘计算场景进行了专项技术优化，可提供高性能、高吞吐及高可用支持，可提供多种云化网元以及各类业务应用的统一承载，支持云网融合的业务架构，服务边缘计算场景。在网络方面，可部署轻量级5G核心网，面向企业客户可采用全云化形态实施，它保留了四类网元（AMF、SMF、UDM、UPF），AUSF/UDR集成到UDM，NRF/NSSF/PCF网络功能采用本地策略，简化内部通信机制，最小化5G核心网元功能，提供轻量化、低成本、本地简化运维以及行业定制增强的5G核心网。在接入5G网络的同时，也提供工业PON光网，用于固定设备的接入，提供固定区域内的Wi-Fi连接能力，从而形成5G+光网的双千兆形态。在系统运维方面，方案基于轻量级云网底座提供对硬件资源、云虚拟机和容器的完整资源管理和运维监控功能，提供各项接口开放。通过服务门户可对服务器、交换机和防火墙进行管理，对虚拟机的生命周期进行管理操作，以及对各类资源进行编排管理；通过性能监控中心实现物理设备纳管、容器日志、拨测、通知、告警及规则、订阅、监控指标查询、监控数据聚合、调用链追踪等。在通用能力和应用方面，MEC平台提供视频监控识别、AI视觉算法、AR等多种通用能力封装以支持客户业务应用，进一步可快速集成和实施AR远程协作、智能安全帽、AGV智能仓储等一批成熟的工业场景应用。

3　轻量化平台支持多元化承载

在基础设施层面的轻量级云网底座，以轻量化、低成本、多用途、易管理为目标，基于云原生虚拟化架构和大量的实践优化积累，在物理设备上直接部署

Kubernetes+虚拟化插件，提供“容器+虚拟机”双引擎的支持能力，支持不同形态的网元承载、业务应用的稳定运行，实现资源的统一管理，如图2所示。

图2 轻量化系统能力承载

轻量级MEC云网底座架构自下而上可以分为硬件层、集群层和支撑层。

（1）硬件层：用于承载轻量化云网基础底座的服务器、交换机及存储设备等。平台支持并兼容通用X86、ARM架构硬件服务器，支持SSD、SATA、SAS等磁盘存储，同时支持计算存储超融合节点及对接磁盘阵列设备，支持通用交换机、路由器网络设备接入，不限制服务器和硬件品牌；支持特殊用途的加速硬件和PCIe板卡，如GPU设备等；硬件基础设施也支持采用主流信创设备，兼容国产服务器软硬件。

（2）集群层：用于支撑存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化的集群软件。Kubernetes集群提供云原生环境的容器集群调度软件，为轻量化云网基础底座提供强大的调度和容错能力。存储方面集群层提供基于LVM的本地高性能存储，也提供基于Ceph的分布式存储，利用块存储服务，支持扩容、快照及回滚等功能；同时底层数据多副本存储并支持数据重均衡和故障重建能力，保证性能和数据安全性。计算方面集群层通过KVM、Libvirt及Qemu支持虚拟化架构，提供虚拟机全生命周期管理，可兼容X86和ARM架构体系；支持绑核、大页、GPU透传等特性，满足业务迁移迁入的需求。网络方面集群层提升网络转发性能的同时对传统物理网络进行虚拟化，可为业务应用提供多网卡、SRIOV、子网、外网IP、NAT网关、负载均衡及网络拓扑等网络功能。

（3）支撑层：包括用于支撑特定服务的Kubernetes控制器插件。存储插件用于在集群中提供分布式存储服务；虚拟化插件用于在集群中提供虚拟机管理服务；网络插件用于在集群中提供虚拟化网络服务；运行时插件用于在集群中提供特定业务的运行时服务支持。

在工业边缘应用场景中，一方面，轻量级MEC云网底座可统一承载5G定制网涉及的接入类网元、转发类网元、控制面网元等，从而构建下沉到企业内的5G专网；另一方面，底座支持承载多种新型工业互联网应用，可以降低企业在数字化转型过程中对网络接入和基础设施方面的成本投入，提高了资源利用率，获得了云网融合协同支持的便利。

高性能的底座还可支持具有特定性能要求的工业控制类应用。通过在靠近工业现场的网络边缘侧运行处理、分析等操作，就近提供边缘计算服务，能够更好满足制造业敏捷连接、实时优化、安全可靠等方面的关键需求，改变了传统制造控制系统和数据分析系统的部署运行方式^[2]。工业控制领域中虚拟化边缘控制器技术在持续发展，在保证实时性的基础上使控制系统向虚拟化方向演进，可实现设备数据集中管理，提升了产线柔性^[3]。把虚拟化的PLC和SCADA云化地部署在运营商的边缘计算平台，从而快速地开发和搭建整套数据采集、监控、存储、处理、可视化和行业APP等全流程服务和应用^[4]。

4　双千兆网络接入与共管共维

在工业企业信息化、数字化、智能化的过程中，工厂港口、矿山能源、医疗教育、交通电力等行业企业需要多样化的网络接入方式，需要全覆盖的网络接入能力。以千兆光网和5G为代表的“双千兆”网络，能提供固定和移动网络千兆接入能力，具有超大带宽、超低时延、先进可靠等特征，二者互补互促，是新型基础设施的重要组成[6]。MEC平台在工业领域应用时，采用5G、PON、工业光传送网络（0TN）等协同部署，提供工业PON+5G+Wi-Fi多种形态的融合组网和接入选择，构建双千兆的网络接入方案，满足海量多类型连接需求，实现数据的互联互通，提供上行千兆带宽，满足高可靠、低时延、灵活管控。

MEC将云的能力下沉到网络边缘，利用5GeMBB高带宽、uRLLC极低时延、mMTC大连接等特性[2,5]采用5G定制网覆盖室外场景或室内移动场景，提供无线网络接入服务，可以满足工业现场边缘的实时控制指令需求和大量非实时工业数据的传输处理需求。同时它利用光网抗干扰、低能耗、高可靠性的特点，采用工业PON网络接入室内固定场景，构建固定、移动设备全连接，可进一步实现企业园区内的生产控制、厂区监控、办公业务的统一接入，推动企业人、机、物的全面互联。此外，它还可引入确定性网络技术如时间敏感网络（TSN）、确定性IP（D-IP）网络，能够满足工业现场高质量通信需求^[4]。

以“工业PON+5G”的双千兆网络来构建行业内网（专网），如图3所示，工业PON网络承载固定设备的接入，同时提供固定区域内的Wi-Fi连接能力，5G网络承载移动设备的接入，满足广域、移动、可调整的接入需求。

图3 双千兆网络构建内网（专网）

在企业核心机房构建企业数据中心，将网络数据汇集到业务平台和双千兆MEC平台，同时可部署综合网络管理系统实现对企业内网运行的可视化、可调整的管控能力。

综合网络管理系统面向多网络融合专网的部署场景，从客户视角出发，探索建立统一网络共管共维手段，统一管理终端、无线、承载、核心等多种网络，降低了行业专网运营运维的复杂度，提供了具有专业导向的差异化平台视图。系统依据高内聚松耦合的架构设计原则，可将服务部署于轻量化MEC云网底座上，内部服务彼此独立，对网元的纳管能力和网络管理能力支持弹性伸缩扩展，确保不同网络类型业务的纳管和服务容量互不影响。

5　系统运维分层开放

MEC平台具备完整的资源管理和运维监控功能。在业务应用层面，平台通过多项工具提供对系统各层面的实时监控、告警和分析功能，以确保系统的稳定性、可用性和高性能。对工业互联网中特定应用和场景，平台在多个层面提供监控指标接口、网络管理开放接口，以支持扩展和集成其他工具系统。平台可以与专门的日志管理系统、配置管理工具、自动化运维工具等进行集成，实现更全面深入的运维管理；可结合机器学习和人工智能技术，实现异常检测、预测性维护等监控和优化功能。管理监控功能及各层监控指标如图4所示。

图4 管理监控功能及各层监控指标

（1）MEC平台提供完整运维监控服务，包括性能指标监控、日志管理、资源管理和告警机制。监控的指标全面覆盖了物理设备层、系统资源层和组件服务层。

对于物理设备可以监控各种关键指标，包括：计算设备状态（CPU利用率、内存使用率、网络带宽利用率、风扇等）、存储设备状态（磁盘空间利用率、I/O吞吐量、响应时间等）、网络设备状态（端口流量、丢包率、错误率、连接状态、电源状态等）。

系统资源包括虚拟化后的主机系统及容器管理集群，相应的监控指标包括：虚机状态（CPU利用率、内存使用率、磁盘空间使用率、网络带宽利用率等）、集群状态（资源情况、节点状态、集群配置、容器状态等）。

在组件服务层监控的对象包括关系数据库、缓存服务等，并提供调用链追踪。具体的指标包括：各类集群状态、连接数量、查询监控、会话监控、访问量、调用频次、成功率、响应时间等。

基于上述指标监控体系，平台提供了可视化的仪表盘。通过直观的图表和统计数据，运维人员可以实时了解系统的运行状况和趋势，从而更好地分析和优化系统性能。平台还具备实时性和自动化的告警功能。一旦系统出现异常或超过预设的阈值，监控平台会自动触发告警，并向相关的运维人员发送通知以及时响应问题，并迅速采取措施进行故障排查和修复，以减少系统停机时间和影响。

（2）对关键业务和功能提供拨测工具。平台可进行响应测速、可用率评测，用主动探测的方式，协助运维人员评估网络质量和应用服务质量，提升最终用户体验。

（3）对重要的服务和接口提供巡检工具。管理巡检对象和巡检脚本，基于定期自动巡检和不定期的手动巡检，可以帮助运维团队生成巡检报告和趋势分析，以便进行长期性能评估和规划。

（4）在网络管理方面，平台提供了综合网络管理系统。如前面章节所述，综合网络管理可对平台承载或对接的网元进行纳管，监控网元运行状态、网络流量、连接数量，从客户视角形成一套简洁、集约的网络管理操作界面，并可对网元功能项进行配置，以便提升和改进使用效果。

6　通用能力集成和原型应用

MEC平台围绕云+网+应用的产品能力展开，除提供轻量的能力承载基础设施和稳定灵活的网络接入能力之外，在工业互联网方面，还提供通用能力集成和原型应用，以支持业务快速加载和覆盖更多生产场景，支撑工业企业打造新型工业互联网应用，为企业提供全面的数字化转型解决方案。MEC平台可提供AR远程协作、智能视频监控等多项能力与应用，以此为基础，结合企业已有信息化能力及第三方系统即可快速实施形成相关的成熟应用。图5是MEC平台支持快速实施的成熟应用示例。

图5 MEC平台支持快速实施的成熟应用示例

（1）AR远程协作基于5G网络的高速率、低延迟和大带宽特性，以AR增强现实技术为核心，结合AI人工智能技术，通过音视频通讯和三维模型渲染展示手段，现场端人员支持通过手机或AR眼镜发起音视频通讯，远端专家支持通过Web浏览器接收请求，并实时共享现场端的音视频画面，实现高效的远程协作，打破了传统的地域限制，为企业提供了一个全新的协作平台。

（2）智能视频监控采用AI视觉算法，提供区域智能监控解决方案。该系统具备实时视频监控、识别告警管理、用户管理和设备管理四大能力模块。用户可查看实时视频，支持多种摄像头协议接入。系统可检测人员玩手机、未戴安全头盔和未戴口罩等异常行为，设置告警，并支持历史视频回放和查询。

（3）AGV智能仓储是一种自动化、智能化的仓储管理，它通过无人驾驶的AGV小车、仓库管理系统和其他自动化设备，实现了货物快速、准确、高效的管理。它利用传感器技术、计算机控制技术和通信技术，实时监测和控制货物位置、数量和状态，提高了仓储效率，节约了成本，并可灵活扩展和升级以适应不断变化的业务需求。

7　结语

本文简要介绍了运营商MEC在工业边缘的应用场景以及中国电信将MEC平台服务于工业互联网领域的各项探索，包括多元化承载各类工业应用、固移结合的双千兆网络接入、边缘网络的共管共维、边缘平台的运维监控开放、能力集成和应用加载等。综合上述探索，MEC平台结合云化5G定制网下沉到园区，构建5G全连接智慧工业如翼专网，已在河北、湖南、福建等省协助多家工业企业新建改造产线级、车间级、工厂级等生产现场，助力企业打造生产单元广泛连接、ITOT深度融合、数据要素充分利用、创新应用高效赋能的先进工厂，推动了工业制造的数字化、智能化水平。

作者简介：

柏　楠，高级工程师，现就职于中电信智能网络科技有限公司，主要从事边缘计算业务及相关产品的研发设计方面的工作。

陈风儒，工程师，硕士，现就职于中电信智能网络科技有限公司，主要从事边缘计算业务及相关产品的研发设计方面的工作。

焦建锋，高级工程师，现任中电信智能网络科技有限公司MEC产品线总经理，主要从事边缘计算业务规划和研发方面的工作，包括工业互联网、车联网等方向。

参考文献：

[1] 算网融合产业及标准推进委员会.“边缘计算+ ”技术白皮书[R]. 2022.

[2] 边缘计算产业联盟, 工业互联网产业联盟, 网络5.0产业和技术创新联盟. 5G时代工业互联网边缘计算网络白皮书[R]. 2021.

[3] 邬贺铨. 边缘计算助力工业互联网[J]. 自动化博览, 2023, 40 (2) : 10.

[4] 胡钟颢, 王哲. 边缘控制产业与发展趋势研究[J]. 自动化博览, 2023, 40 (2) : 25

[5] ETSI. ETSI GS MEC003 Mobile Edge Computing (MEC): Framework and Reference Architecture[R].

[6] 工业和信息化部.“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年） [Z]. 2021.

摘自《自动化博览》2024年第二期暨《边缘计算2024专辑》