物联网与边缘计算应用实践.pdf

物联网与边缘计算应用实践刘源高级技术总监中移物联网有限公司215G边缘计算发展背景与价值目录CONTENTS25G边缘计算行业发展情况3OneNET Edge边缘计算介绍4钢铁行业边缘计算案例分享3边缘计算是什么边缘计算在靠近数据源或用户的地方提供计算、存储等基础设施，并为边缘应用提供云服务和 IT 环境服务。相比于集中部署的云计算服务，边缘计算解决了时延过长、汇聚流量过大等问题，为实时性和带宽密集型业务提供更好的支持。中国移动边缘计算技术白皮书运营商将基于网络切片和边缘计算技术，为不同产业赋能，从2C市场转向2B市场拓展分布式的边缘计算，UPF（用户面功能）下沉，意味着内容和服务将从互联网走向移动内网云计算边缘计算云中心边缘节点边缘节点边缘节点边缘节点边缘节点边缘节点边缘节点边缘节点4为什么需要边缘计算：边缘计算是IT、OT和CT技术融合发展的历史必然万物智联时代，计算、AI和数据分析能力的下沉，需要边缘计算工业4.0时代，现场设备智能与自动化控制需要边缘计算5G通信时代，低时延、高可靠和数据安全场景的出现需要边缘计算OTCTIT2019PastFuture5为什么需要边缘计算：新兴业务低时延、高带宽需求新业务的低时延和高带宽需求，是边缘计算存在和出现的核心基础 6为什么需要边缘计算：解决光纤传输网时延问题网络时延由光纤时延和设备转发时延组成，光纤时延占比85%，设备时延占比8%因此降低网络时延的关键举措，就是核心网网关下沉至用户边缘侧，缩短传输网光纤距离，从而大幅度降低时延。7边缘计算赋能5G时代行业新应用和商业新模式切片和边缘的商业模式边缘计算和网络切片技术是5G赋能垂直行业应用创新的关键，是5G商业新模式的引擎815G边缘计算发展背景与价值目录CONTENTS25G边缘计算行业发展情况3OneNET Edge边缘计算介绍4钢铁行业边缘计算案例分享9边缘计算行业发展情况：边缘计算各厂家定位分布 国内外云厂家大力发展边缘计算应用及平台：借助云应用生态，依靠SDK封装PaaS能力下沉至边缘控制业务接入点 国内边缘计算产业整体领先于国外：依靠政府大力推进5G和工业互联网发展，整体产业发展迅猛 Intel和ARM系分别侧重网络侧及现场级边缘计算：X86设备侧重网络侧边缘云，嵌入式系统侧重现场级边缘智能 边缘应用边缘平台边缘硬件10互联网IT厂商边缘计算布局情况2016年推出AWS Greengrass 边缘计算套件将AWS PaaS能力封装性能扩展到本地设备,同时使用云进行管理。2017年推出 Azure IoT将云功能服务传递到边缘，提供数据清洗、协议转换、离线运行等边缘计算能力2018年推出 Edge TPU芯片和Cloud IoT Edge软件将Cloud IoT软件平台的功能扩展到边缘网络，基于Edge TPU芯片，将数据分析和机器学习功能带到边缘网络阿里云战略投入边缘计算技术领域，推出首个IoT边缘计算产品Link Edge。将阿里云在云计算、大数据、人工智能的优势拓宽到更靠近端的边缘计算上，打造云、边、端一体化的协同计算体系。百度智能云面向全球发布中国首款智能边缘计算产品BIE(Baidu Intelligent Edge)和智能边缘计算开源版本OpenEdge，开启AI落地应用新时代。腾讯云发布基于边缘计算的物联网平台 IoT Suite，基于“两端一云”的腾讯云 IoT Suite 物联网云平台，能够实现包含设备接入、设备管理、数据分析处理、数据可视化、终端智能在内的多项功能。以AWS为首的国外云计算厂商2016年便开始布局边缘计算，在边缘端推出相应的软、硬件产品。2018年前后，国内云计算厂商开始相继推出边缘计算对标产品，将云计算服务下沉至边缘IT互联网公司借助强大的PaaS云平台能力控制边缘生态112016年推出Predix Machine直接在工业现场设备运行分析，而并非将所有数据都传送到云，提高业务实时性工业公司可以在任何他们所需的地方设置应用程序：从小的医疗设备,到控制器,网关或者路由器。2016年推出MindSphere平台，与IOT2000网关形成云边协同工业现场网关设备占有率高，通过IOT2000进行高效数据采集和分析过滤，提高Mindsphere 平台的工作效率，实现各类工业APP功能更合理和灵活的部署OT领域致力于掌握垂直行业入口，在现场部署数据预处理模块，终结实时性业务，同时实现上云数据的清洗和过滤，卸载部分流量，通过边云协同，提高云平台运行效率。工业制造业OT厂商边缘计算布局情况OT厂商着力设备智能化升级，控制数据源PTCThingWorx在边缘侧集成了规则引擎，在边缘识别并警告质量缺陷、安全风险等。将云端训练形成的机器学习和深度学习模型推送到边缘设备上运行。集成 Creo Product Insight 功能，用工业现场数据驱动 CAD 模型，实现更精确的运动仿真。12中国移动MEC布局现状：5G MEC+4.9GHz封闭模式组网2018年12月，工信部正式批复5G试验频率使用许可中国移动获批2.6GHz、4.9GHz双频段。2019年6月6日，工信部正式发布5G商用牌照。13中国移动MEC布局现状：5G MEC+4.9GHz 方案优势与问题14宽带/专线机房PaaS 应用服务器虚拟层OneNET Edge基站/小基站边缘云边缘设备接入管理边缘视频接入边缘AI/数据分析边缘规则引擎边缘数据存储OneNET中心云工具化接入，快速管理边缘物联网设备托管式分析，轻松获取高价值小数据规则化配置，准确过滤无效回传数据边缘引流边缘 引流云边协同视频监控设备高频监测设备工业控制设备第三方中心云边缘物联网能力有助于帮助应用卸载回传流量云视频监控工业高频数据采集降低应用时延无人机工业控制增强现实互动依托OneNET Edge发展边缘物联网能力，重点加强边缘流量卸载所需的数据分析和过滤能力，提高移动边缘云在泛在物联网市场的竞争力。中国移动MEC布局现状：5G MEC泛在物联网能力规划1515G边缘计算发展背景与价值目录CONTENTS25G边缘计算行业发展情况3OneNET Edge边缘计算介绍4钢铁行业边缘计算案例分享16OneNET Edge在“云-管-边-端”战略中的定位车联网大视频产业园区工业互联网智慧城市托管云边云协同IT场景OT场景5G场景1、在IT场景中，OneNET Edge将聚焦云边协同能力打造，将OneNET和Onelink的能力延伸至边缘端，并且探索以托管云和混合云的物联网产品形态。2、在OT场景中，OneNET Edge着重打造垂直行业SaaS应用，加强OneNET行业属性，使其可以为客户提供端到端的垂直行业解决方案。3、在MEC场景中，OneNET Edge将基于5G特性重点打造如车联网，大视频，产业园区等行业解决方案。加强OneNET在5G场景下竞争力混合云政府，大型央企客户钢铁，电力等行业客户政府，OTT企业行业客户OneNET Edge核心目标是对为行业客户提供端到端行业解决方案的能力，并对OneNET和Onelink云服务进行扩展，使其具备能够直接服务于政府，钢铁和能源为代表的大型央企的能力。解决OneNET的行业属性不清晰，平台过于通用的痛点。OneNET Edge能耗与排放管理生产监控分析生产管理优化设备预测性维护产线可视化OneNET EdgeOneNET Edge17IT场景主要探索在云端部署的托管云模式，以及在边缘端部署的边缘云模式用户A用户B用户C公有云模式所有用户共享资源，没有配额机制，无法保证某付费用户对资源使用的优先性。对资源的分配采用随机抢占机制用户可以独享计算，网络，存储资源以及上层的平台服务。不同用户之间的服务互不干扰。网络实现物理隔绝，安全性可以得到有效保证。托管云模式1、服务协同：云端提供SaaS分布策略，哪些SaaS部署在云端，哪些部署在边缘（应用相互协同）。2、业务管理协同：边缘提供模块化、微服务化应用，云端提供边缘应用的业务编排管理。3、智能协同：边缘节点按照AI模型执行推理，云端开展AI的集中模型训练，下发模型到边缘。4、数据协同：边缘节点负责终端数据的采集，进行初步处理，并将结果上传云端，云端提供海量数据存储、分析、价值挖掘。5、资源协同：边缘节点提供基础设施资源，并具备本地调度和管理能力，同时接受并执行云端资源调度管理策略（含设备、资源、网络连接）。用户A设备用户B设备用户C设备用户A设备用户B设备用户C设备OneNETOneNET Edge OneNET Edge OneNET Edge行业客户A行业客户B行业客户C边缘云模式（云边协同）18OneNET面向工业场景提供特定的能力模块，为客户提供端到端的行业解决方案现场总线、工业以太网、无线网络现场总线、工业以太网、无线网络车间现场HMI(人机界面接口)SCADA(数据采集与监视控制)厂区OT网络PLC（可编程控制器）DCS/FCS(过程控制系统/分散控制系统)OneNET边缘网关OneNET Edge客户私有数据中心OneNET一体机设备1设备2设备3能耗与排放管理生产监控分析生产管理优化设备预测性维护产线可视化123IaaSPaaS+SaaSOneNET公有云云边协同1当客户现场监控类的软件和设备（如SCADA和HMI）不支持IT网络时（如以太网，WIFI，蜂窝连接等），OneNET Edge支持通过边缘网关连接到相关软件和设备，然后将数据转换成IT网络报文，从而实现控制命令下发以及数据采集OT网络当客户现场监控类的设备和软件（如HMI，SCADA）支持以太网连接的时候，OneNET Edge可以直接与SCADA或者HMI软件连接,实现数据采集和命令下发。OneNET Edge将支持多种工控协议设备的解析。如modbus，OPC-UA，profibus等。23对于支持IT网络的控制设备和终端（如PLC），OneNET Edge也支持直接与其连接，此时OneNET Edge可以充当SCADA软件的相关功能，如可视化，告警监控等。IT网络 IT网络 IT网络云边协同OneNET Edge支持与OneNET公有云协同如利用云端对边缘云数据进行备份和实现多活工业行业模块工业行业模块OneNET Edge除了提供基础的物联网PaaS功能以外，面对不同的行业会提供针对该行业的特定SaaS应用模块，如面向钢铁行业提供能效管控，产线效能提升分析，3维工厂等。力图解决OneNET无法为客户提供端到端解决方案的痛点19OneNET Edge与MEC融合后的逻辑组网视图边缘计算节点可在地市数据中心，区县数据中心，园区内数据中心及生产现场部署具有云化数据中心，现场一体化机设备和嵌入式智能网关形态边缘计算节点由边缘计算运营管理中心统一管理OneNET Edge逐级部署，分层响应边缘计算运营管理中心实现边缘计算节点的统一管理，考虑规模商用后边缘计算节点数量大，可分级建设大区中心和全国中心。OneNET Edge有云端集中化管理边缘计算运营管理中心-全国集群管理应用及能力引入计费园区云化网关园区数据中心 地市边缘节点边缘计算运营管理中心（大区）区县边缘节点边缘计算运营管理中心(大区)NFVO+骨干网城域核心城域汇聚城域接入节点资源管理边缘计算业务开通数十万数千数百接入骨干城域边缘计算运营管理中心（园区）2015G边缘计算发展背景与价值目录CONTENTS25G边缘计算行业发展情况3OneNET Edge边缘计算介绍4钢铁行业边缘计算案例分享21OneNET Edge大气环境监测供应商A污水排放监测供应商B通信运营商B通信运营商A通信运营商C通信运营商ANB-IoT2G/3G/4G/5GNB-IoT2G/3G/4G/5GNB-IoT2G/3G/4G/5GNB-IoT2G/3G/4G/5G水、电、气监测供应商C人员、车辆定位供应商D 设备运行状态监测供应商E南向北向钢厂边缘计算应用案例：构建统一边缘云钢厂边缘计算应用案例：构建统一边缘云设备管理智能运维人工智能应用大数据分析视频监控联动适配不同协议、对接不同设备厂商和网络供应商，海量数据实时预处理与分析赛迪、宝信各个应用系统智能制造与智慧运维高清视频监控供应商X云边协同云边协同云端近设备端近设备端云端应用云端22NB-IOT2G/3G/4G/5G高清高清摄像头摄像头光交箱光交箱液位传感液位传感器器压力传感器压力传感器振动传感器振动传感器阀阀机机大数据应用大数据应用工业工业APPAPP工业网关工业网关智能运维智能运维防火墙有害气体传感器有害气体传感器污水监测传感器污水监测传感器智能智能水、电、水、电、气表气表DTU网关网关NB-IOT2G/3G/4G/5G车辆定位器车辆定位器人员定位人员定位NB-IOT2G/3G/4G/5G负载均衡器设备鉴设备鉴权权事件事件驱动驱动消息路消息路由由数据数据处理处理数据数据存储存储OneNETOneNET Edge Edge协议适配协议适配AIAI模型模型AIAI应用应用监控告警监控告警边缘端数据预处理分析数据实时传输云边协同分析、决策展示、控制数据流数据流控制流数据流温度温度传感器传感器钢厂边缘计算应用案例：边缘端数据实时处理与分析钢厂边缘计算应用案例：边缘端数据实时处理与分析智能灯智能灯控制器控制器转速转速传感器传感器湿度湿度传感器传感器无线网络感知无线网络感知大气大气监测传感器监测传感器环境监控类数据采集生产线设备数据采集厂区能源表计、人员物资类采集厂区离散点与厂线设备数据采集集控中心云平台集控中心云平台2G/4G/NB-IoT/5G数据预处理23钢厂边缘计算应用案例：5G场景下的高清、低时延应用工厂车间边缘机房加热炉5G视频监控云平台加热炉5G集控高清视频监控棒三车间5G全景体验 5G智能运维智能运维机车自动驾驶机车自动驾驶智慧中心智慧中心5G钢坯无人机车实时处理场景低时延场景NG RAN5G 网络UPFOneNET Edge智慧工厂应用边缘云云端应用云边协同通过5G网络传输和边缘计算能力，实现智慧钢厂低时延、大带宽和数据安全等智能化生产需求。本地分流感谢聆听！