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基于5G+区块链技术+边缘计算的低时延解决方案

1 目标与概述

当前,企业需实现生产设备更智能以及生产管理更智能,打造更柔性的生产线,并将分布广泛的人、机器和设备连接起来,构建统一的工业互联网络。同时,在新的网络架构下,除了要保障智能化生产的连续性、可靠性和智能设备、控制设备的安全性以外,还应加强对云端网络、应用和工业大数据的安全防护。

在此背景下,浙江移动提出了基于5G+区块链技术+边缘计算的低时延解决方案,打造5G精品虚拟专网,用于工业控制、指导生产的SCADA、MES等生产系统部署到统一的边缘计算环境中,为工控设备安装5G模组,实现工业设备的无线化部署及远程管理,工

控设备及边缘云之间通过5G互联,实现数据传输。同时,边缘计算环境中可部署大数据服务,提供质量检测、预测性维护、图像识别等AI应用能力,实现数据的边缘分析处理,减少由数据传输速度和带宽限制所带来的延时,满足工业处理时延诉求。此外,运用区块链、标识体系等先进技术手段,打造以标准专利、产品溯源为全程保障的全要素工业互联网区块链服务平台。该解决方案当前已应用于化纤行业某集团5G云链智慧园区项目等。

2 解决方案介绍

2.1 解决方案系统架构(如图1所示) 

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图1 解决方案系统架构

2.1.1 5G业务及MEC组网方案架构

5G基站+边缘计算建设可实现5G信号园区全覆盖, 将5G核心网中的用户端口功能( User Port Function,UPF)网元下沉至园区和汇聚机房,在园 区机房内部署MEC边缘计算服务器。强化网络切片建 设,根据不同业务需求做网络切片,根据保密等级不同进行分流处理,保障数据安全与业务稳定。

2.1.2 区块链服务平台架构

(1)基础设施层

搭建稳定可靠的基础设施,实现弹性可伸缩的计算与存储资源,动态增加和删除区块链节点,满足日益增长的区块文件存储需求,通过容器化资源管理和自动化运维,简化区块链系统的部署和运维工作。

(2)基础平台层

基于开源Hyperledger Fabric框架建设区块链平台,提供包含身份认证、加密算法、共识算法、账本管理、权限控制和智能合约等功能,以满足工业制造场景多样化应用需求,支持上链新加密和流式处理, 在保证安全的同时高效处理上链数据。

(3)接口服务层

通过API的方式,开放平台管理能力,具备联盟管理、链管理、证书管理等在线接入管理功能。

2.2 解决方案的系统平台

2.2.1 硬件平台

(1) 连接资源:云专线、VPN;

(2) 端侧设备:5G CPE、摄像头。

2.2.2 软件平台

(1)MEC(Cloud OS、UPF、MEP等);

(2)ECP(包括云边协同、云网协同、边缘自治等基础能力)。

2.3 解决方案的数据通讯

浙江移动面向企业提供云网融合一站式开通体验。

(1)云专线:提供尊享型PTN+PS承载网、畅享型PON+CEMMNET、SD-WAN云专线,分别面向政府

及行业客户、中小企业/已开通MPLS VPN专线客户提供多种云网络接入质量和使用体验;

(2)5G切片:5G  SA组网提供全栈真5G持续保障业务现场的网络,对厂区内大量的物联网设备入网及工业AI摄像机等大流量需求的场景进行网络切片,确保各业务域低干扰并提升资源利用率;

(3)云间互联:云专网、多云互联,满足企业多云部署、跨云容灾场景。

2.4 解决方案的安全措施

浙江移动拥有独特的云网融合资源优势和突出的服务能力,可以满足不同企业定制化的、安全的、实时的智能化业务需求;通过云边协同及安全智能,从基础设施、网络、数据、应用和管理等多个维度进行安全设计规划,保障边缘云端到端安全:(1)边缘侧安全防护算力最小化、轻量化、可定义安全,打造轻量化边缘云安全防护体系;(2)实现多厂家集中管理、策略优化、策略合规检测和自动化拓扑展现,减轻安全运维工作,将防火墙策略条数降低30%左右, 检测防火墙违规策略20余种;(3)实现人工渗透测试服务工作自动化、智能化,提高渗透测试全面性、客观性、重复性、经济性等,一个Web应用渗透测试数小时完成;(4)增强容器平台安全性,保障容器应用生态安全,实现容器安全静态检测、动态监测的自动化和智能化;(5)实现对远程无人值守或不变维护地点边缘计算设备的安全防护,降低人工运维成本,达到“攻击者进不来、非授权信息拿不到、窃取信息看不懂、攻击行为赖不掉和系统信息改不了”的目标。

2.5 解决方案实现功能

(1)构建5G虚拟企业专网

采用5G虚拟企业专网,借助MEC技术实现园区数据资产私有化及创新环境搭建。

(2)5G+机器视觉应用

在生产线安装各类工业高速摄像机、高灵敏度传感器,借助视觉算法在边缘云端部署,发展缺陷识别、图像检测、视觉定位、物体测量、物体分拣等智能化应用。

(3)5G云化AGV应用

利用5G低时延特性,实现AGV管理平台实时下发 控制指令,确保产线上AGV机器人按照指令进行货物收货、分拣、入库、搬运、出库等操作。

(4)边缘云基础平台

提供边缘基础云平台,根据需求进行弹性分配,并确保资源使用的安全与隔离,为用户提供完善边缘云基础设施服务。通过实时监控边缘云微服务的业务变化, 结合相应的调度算法为微服务分配相应的底层资源,从而使边缘云服务可以自动适应业务量的变化。

(5)边缘计算管理平台

提供边缘计算资源管理、终端设备(网关)管理、数据管理、业务可视化编排、策略管理、告警及事件管理。

(6)多链多应用构筑新型供应链平台

由传统供应链模式转变为区块链多链多应用模式, 结合溯源链,打造跨厂家、跨应用、多用途、安全可溯、高效便捷的企业工业互联网支撑平台。

该解决方案为客户提供了端到端切片的企业专网。通过在公司核心网之上部署公司私有云,借助5G 的高性能无线传输功能,实现各边缘端与私有云信息同步,进而实现生产过程订单数据、工艺数据、设备数据、产品数据、检测数据的云端统一管理。同时, 运用区块链、标识体系等先进技术手段,打造以标准专利、产品溯源为全程保障的全要素工业互联网区块链服务平台。

3 代表性及推广价值

(1)经济效益

首先是对企业,据客户的测算,整体项目的落地和实施后,智能车间设备利用率提升5-25%,人力资源减少1-10%;5G智能监控机器人解决飘丝飘杂问题,全面应用预期提升优品率0.3%,直接受益年超千万元;基于边缘云的工业区块链融合服务平台,将有效产能提升30%以上,带来的运维成本降低15%。

其次是对于行业,助力产业柔性制造,加速全国化纤行业转型。我国化纤产能接近3000万吨,按照客户的市场占有率30%计算,可以推广50-80套系统,预计智能改造形成产值100亿元以上,可以带动行业2000亿化纤传统产能转型升级,快速发展。

(2)国家经济效益

本项目将大幅度提高聚酯纤维类高分子材料的生产质量和效率,满足我国功能性高分子材料市场需求,推动国家功能性高分子材料工业政策的实施进程,还可为各类智能工厂所涵盖的智能化技术提供应用示范平台, 全方位推动国家功能性高分子材料工业经济效益的提升。同时,有力地推动了国家领先的5G无线网络技术在化纤工业领域落地推广,促进行业由标准化生产向差别化、定制化方向转型,为聚酯产业提供一种全新的商业模式,实现数字化、个性化生产,可提高聚酯材料企业的生产效率、质量效益,带动提升我国聚酯材料工业及其下游织造行业的国际竞争力,助推“中国制造”向“中国智造”的转型升级。

(3)社会效益

本项目应用5G网络、MEC、区块链、AI工业视觉等先进技术,打造5G+云链智慧园区典型商用案例, 在获取传统流量收入的同时,通过销售/租赁边缘IaaS/ PaaS能力/区块链服务平台和设备维护服务获取额外的收益,为2B蓝海市场创建行业样板,实现在这一领域的持续领先、持续收益。助力客户建成浙江省乃至全国功能性纤维新材料制造业智能化发展的先行区、智能装备产业应用的示范区,打造成具有国际竞争力的功能性纤维新材料智能制造标杆领军企业。

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