CN112422685B - 一种基于移动边缘计算mec的5g数据处理系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基于移动边缘计算MEC的5G数据处理系统和方法，应用于通信技术领域。系统包括：第一终端设备、5G基站和5G用户面网元；第一终端设备、5G基站和5G用户面网元处于同一工业园区。通过5G的MEC边缘云技术，将工业网关进行软硬件解耦，将软件处理功能部署到边缘云虚拟化平台并进行增强，降低工业设备的工业网关的改造成本，同时基于运营商的MEC边缘系统，实现一键式远程复制、快速部署及远程维护，实现工业园区的智能化管理。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于移动边缘计算(mobile edgecomputing，MEC)的5G数据处理系统和方法。
背景技术
工业互联网是实现人、机器、车间、企业等主体以及设计、研发、生产、管理、服务等产业链环节的全要素的泛在互联。在工业生产环境中，存在部分危险、恶劣工作环境，不适于人工操作，或者某些区域人员进入为较困难，需要远程操控设备或机器人；同时也存在大量的生产数据需要采集、处理、设备巡检等，且工业生产网络连接需求数量大、带宽高、移动性强。因此需要进行工业信息化改造，推动工业的快速发展。
目前，主要使用工业网关来实现工业生产互联网化，对工业设备的生产数据进行采集和处理，实现对工业设备的管理。
然而，使用传统的工业网关存在对工业设备的管理效率较低的问题。
发明内容
本申请提供一种基于移动边缘计算MEC的5G数据处理系统和方法，该系统包括：第一终端设备、5G基站和5G用户面网元；第一终端设备、5G基站和5G用户面网元处于同一工业园区。第一终端设备具备与第二终端设备互联的接口，第一终端用于采集第二终端设备中的源数据，向5G基站发送源数据以及第一终端设备的设备标识；5G基站，用于向5G用户面网元发送源数据以及第一终端设备的设备标识；5G用户面网元中设置有数据管理平台，数据管理平台用于基于MEC处理源数据，得到处理策略；以及，根据第一终端设备的设备标识向5G基站发送处理策略；5G基站，还用于接收来自5G用户面网元的处理策略；第一终端设备，还用于接收来自5G基站的处理策略。这样，通过5G的MEC边缘云技术，将工业网关进行软硬件解耦，将软件处理功能部署到边缘云虚拟化平台并进行增强，降低工业设备的工业网关的改造成本，同时基于运营商的MEC边缘系统，实现一键式远程复制、快速部署及远程维护，实现工业园区的智能化管理。
第一方面，本申请实施例提供一种基于移动边缘计算MEC的5G数据处理系统，包括：第一终端设备、5G基站和5G用户面网元；第一终端设备、5G基站和5G用户面网元处于同一工业园区；第一终端设备具备与第二终端设备互联的接口，第一终端用于采集第二终端设备中的源数据，向5G基站发送源数据以及第一终端设备的设备标识；5G基站，用于向5G用户面网元发送源数据以及第一终端设备的设备标识；5G用户面网元中设置有数据管理平台，数据管理平台用于基于MEC处理源数据，得到处理策略；以及，根据第一终端设备的设备标识向5G基站发送处理策略；5G基站，还用于接收来自5G用户面网元的处理策略；第一终端设备，还用于接收来自5G基站的处理策略。
在一种可能的实现方式中，数据管理平台包括：边缘云网关、人工智能AI大数据模块、静态互联网协议IP处理模块和应用管理模块；边缘云网关，用于维护IP路由信息表，为第一终端设备分配静态IP,以及对上行数据和下行数据进行协议转换；AI大数据模块，用于在边缘云网关上部署AI和大数据模块，进行源数据在MEC的处理；静态IP处理模块，用于为第一终端设备分配唯一标识，针对唯一标识配置网络地址转换NAT信息，以及维护第一终端设备的唯一标识与当前IP关系表；应用管理模块，用于运行应用程序包，实现应用加载和更新。
在一种可能的实现方式中，边缘云网关，具体用于将上行不同标准格式的数据进行统一封装，以及，将下行统一格式的数据解析成第一终端设备可识别的控制信令及数据。
在一种可能的实现方式中，应用管理模块，还用于接收来自管理设备的应用程序包；管理设备，用于存储应用程序包，以及向应用管理模块发送应用程序包。
在一种可能的实现方式中，静态IP处理模块，具体用于当第一终端设备发送IP变化时，更新IP与第一终端设备的唯一标识对应关系。
在一种可能的实现方式中，处理策略包括：进行数据分流、进行流量卸载和/或确定源数据在工业园区传输。
第二方面，本申请实施例提供一种基于移动边缘计算MEC的5G数据处理方法，应用于如上第一方面以及第一方面的可能的实现方式中的基于移动边缘计算MEC的5G数据处理系统，方法包括：采集第二终端设备中的源数据；基于MEC处理源数据，得到处理策略；根据处理策略进行数据处理。
在一种可能的实现方式中，处理策略包括：进行数据分流、进行流量卸载和/或确定源数据在工业园区传输。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：存储器，用于存储程序指令；处理器，用于调用并执行存储器中的程序指令，执行第二方面或第二方面任意可能的实现方式中的任一方法。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有指令，当指令被执行时，以实现第一方面或第一方面任意可能的实现方式中的任一方法。
本申请提供一种基于移动边缘计算MEC的5G数据处理系统和方法，该系统包括：第一终端设备、5G基站和5G用户面网元；第一终端设备、5G基站和5G用户面网元处于同一工业园区。第一终端设备具备与第二终端设备互联的接口，第一终端用于采集第二终端设备中的源数据，向5G基站发送源数据以及第一终端设备的设备标识；5G基站，用于向5G用户面网元发送源数据以及第一终端设备的设备标识；5G用户面网元中设置有数据管理平台，数据管理平台用于基于MEC处理源数据，得到处理策略；以及，根据第一终端设备的设备标识向5G基站发送处理策略；5G基站，还用于接收来自5G用户面网元的处理策略；第一终端设备，还用于接收来自5G基站的处理策略。这样，通过5G的MEC边缘云技术，将工业网关进行软硬件解耦，将软件处理功能部署到边缘云虚拟化平台并进行增强，降低工业设备的工业网关的改造成本，同时基于运营商的MEC边缘系统，实现一键式远程复制、快速部署及远程维护，实现工业园区的智能化管理。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
图1为本申请实施例提供的一种基于移动边缘计算MEC的5G数据处理系统的系统架构图；
图2为本申请实施例提供的一种基于移动边缘计算MEC的5G数据处理方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
工业互联网是新一代信息通信技术与现代工业技术深度融合的产物，是制造业数字化、网络化、智能化的重要载体，也是全球新一轮产业竞争的制高点。
目前，主要使用工业网关来实现工业生产互联网化，对工业设备进行管理和控制。工业网关可以指设置在工业园区中的，用于实现该工业园区管理的网关，需要承载该工业园区的各种协议类型的设备数据处理，对硬件和软件性能要求都较高。
或者可以理解为，现有工业网关软硬件不解耦，集成度高。一方面，由于工业设备具有多种协议类型，现有工业网关需要采集数据后在网关上进行协议转换以及部分数据处理，因此现有的工业网关需要有一定的运算能力及小型独立的操作系统，不便于对所有工业设备的管理。另一方面，单个网关成本高，不利于工业设备的批量改造，且专业性较强，需要相关提供商的专业技术人员到现场部署调试，不便于安装部署及后期维护。
由于终端的形态及成本限制，现有的工业网关运算能力有限，仅能做一些基本的数据采集和转换，所有数据直接传送到云端进行运算，带宽成本高。工业设备控制大多以静态IP来进行下行控制，若采用本地局域网组网，则跨区域的工厂之间投资改造成本大，若采用4G等蜂窝设备组网，由于IPv4资源有限，静态IP的使用成本同样非常巨大。
5G是新一代移动通信系统，5G与工业生产融合之后，逐步成为支撑工业生产的基础设施，如何结合5G新技术和传统工业，推动工业的快速发展，实现工业生产的转型，是非常必要的。
因此，基于现有工业网关存在的上述问题，本申请提供一种基于移动边缘计算MEC的5G数据处理系统，通过5G的MEC边缘云技术，将网关进行软硬件解耦，将软件处理功能部署到边缘云虚拟化平台并进行增强，降低工业设备改造成本，同时基于运营商的MEC边缘系统，实现一键式远程复制、快速部署及远程维护，实现工业园区的智能化管理。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以独立实现，也可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。
图1为本申请实施例提供的一种基于移动边缘计算MEC的5G数据处理系统的系统架构图，本申请实施例提供的基于移动边缘计算MEC的5G数据处理方法可以应用于图1所示的系统中，如图1所示，该系统包括第一终端设备101、5G基站102和5G用户面网元103。
其中，第一终端设备101、5G基站102和5G用户面网元103处于同一工业园区。
移动边缘计算MEC作为5G演进的关键技术，在更靠近客户的移动网络边缘为边缘应用提供云计算能力和IT服务环境，具备超低时延、超大带宽、本地化、高实时性分析处理等特点。一方面，MEC部署在网络边缘位置，边缘服务在终端设备上运行，反馈更迅速，解决了时延问题；另一方面，MEC将内容与计算能力下沉，提供智能化的流量调度，将业务本地分流，内容本地缓存，使得部分区域性业务能够在本地终结，既提升了用户的业务体验，也减少了对骨干传输网以及上层核心网的资源占用。
第一终端设备101具备与第二终端设备104互联的接口，第一终端用于采集第二终端设备104中的源数据，向5G基站发送源数据以及第一终端设备的设备标识。
可能的实现方式中，第一终端设备101中与第二终端设备104互联的接口可以为RJ45或RS485等。第一终端设备101采集第二终端设备104中的源数据，并通过5G网络进行传送，相对于使用4G网络进行数据传送，使用5G网络具有较低的时延。
可能的实现方式中，第一终端设备101可以通过传感器等采集第二终端设备104中的源数据，或者接收第二终端设备104发送的由第二终端设备104采集的源数据，其中，源数据可以为温度、工况等。
可能的理解方式中，第二终端设备(例如，1041至104N等，N为自然数)可以为工业园区中的工业设备，例如，车床、铣床、磨床和钻床等等。
5G基站102，为第一终端设备101提供无线接入的设备，包括但不限于gNodeB、WiFiAP、WiMAX BS等，本申请实施例中5G基站102可以为部署在工业园区的5G基站。5G基站102，用于向5G用户面网元103发送源数据以及第一终端设备101的设备标识。
5G用户面网元103负责对外连接到数据网络(data network，DN)以及用户面的数据包路由转发、报文过滤、执行服务质量(quality of service，QoS)控制相关功能等，如转发、计费等。
5G用户面网元103中设置有数据管理平台104，数据管理平台用于基于MEC处理源数据，得到处理策略；以及，根据第一终端设备101的设备标识向5G基站发送处理策略。其中，5G用户面网元103为5G核心网中的网元。
可能的实现方式中，5G用户面网元103可以实现工业园区上行数据的解析，根据IP五元组，域名服务器(Domain Name Server，DNS)规则等，进行本地数据分流，可以将源数据发送至较近的园区进行处理，保证数据不出园区，实现本地下行指令及数据到工业终端的转发，这样，可以避免工业网关硬件化带来的局限性。其中，IP五元组可以包括源IP地址、目的IP地址、协议号、源端口、目的端口。
5G基站102，还用于接收来自5G用户面网元103的处理策略。
第一终端设备101，还用于接收来自5G基站102的处理策略。可能的理解方式中，该处理策略可以用于对第二终端设备104进行管理和控制。
在一种可能的实现方式中，数据管理平台105可以包括：边缘云网关16、人工智能AI大数据模块107、静态互联网协议IP处理模块108和应用管理模块109。其中，网关又称网间连接器、协议转换器。网关用于两个高层协议不同的网络实现互连，可以使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间。
边缘云是一种全新的网络架构和开放平台，该平台在网络边缘侧整合了网络、计算、存储和应用的核心能力，位置上靠近工业设备和数据。边缘云改变了传统集中云的工作方式，可以面向用户提供更加灵活的服务。
其中，边缘云网关106，用于维护IP路由信息表，为第一终端设备101分配静态IP，以及对上行数据和下行数据进行协议转换。
可能的实现方式中，边缘云网关106，具体用于将上行不同标准格式的数据进行统一封装，以及，将下行统一格式的数据解析成第一终端设备可识别的控制信令及数据。
AI大数据模块107，用于在边缘云网关上部署AI和大数据模块106，进行源数据在MEC的处理；
静态互联网协议IP处理模块108，用于为第一终端设备分配唯一标识，针对唯一标识配置网络地址转换NAT信息，以及维护第一终端设备的唯一标识与当前IP关系表。
可能的实现方式中，静态IP处理模块108，具体用于当第一终端设备发送IP变化时，更新IP与第一终端设备的唯一标识对应关系。
应用管理模块109，用于运行应用程序包，实现应用加载和更新。
可能的实现方式中，应用管理模块，还用于接收来自管理设备110的应用程序包111。其中，管理设备110，用于存储应用程序包111，以及向应用管理模块发送应用程序包111。这样，实现工业不同园区一键式下发，同时可对边缘云的资源进行管理、边缘云网关远程部署、资源设备等远程维护。其中，管理设备可以为MEPM。
示例性的，若其他工业园区配置了边缘云的服务，则管理设备可以一键式向配置了边缘云的服务的工业园区下发应用程序包，这样，其他工业园区也可以快速建立边缘云网关，而不需要相关的技术人员到现场部署调试。
可能的实现方式中，管理设备110中还可以包括平台管理模块112。平台管理模块112可以对AI大数据模块107和静态IP处理模块108的能力进行管理。其中，AI大数据模块107和静态IP处理模块108的作用可以对应上述记载，此处不再赘述。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以独立实现，也可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。
图2是本申请实施例提供的一种基于移动边缘计算MEC的5G数据处理方法的流程示意图，该方法适用于上述图1对应的移动边缘计算MEC的5G数据处理系统。如图2所示，该方法可以包括以下步骤：
S201：采集第二终端设备中的源数据。
可能的理解方式中，第二终端设备(例如，1041至104N等，N为自然数)可以为工业园区中的工业设备，例如，车床、铣床、磨床和钻床等等。
S202：基于MEC处理源数据，得到处理策略。
可能的实现方式中，处理策略包括：进行数据分流、进行流量卸载和/或确定源数据在工业园区传输
S203：根据处理策略进行数据处理。
可能的实现方式中，根据S202中得到的处理策略，对从第二终端设备中采集的源数据进行处理，实现对第二终端设备的管理。
根据本公开实施例的另一个方面，本公开实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器，处理器；
存储器用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，当执行存储器中的指令时，处理器被配置为实现如上任一实施例的方法。
请参阅图3，图3为本公开实施例的电子设备的结构示意图。
如图3所示，该电子设备包括存储器和处理器，该电子设备还可以包括通信接口和总线，其中，处理器、通信接口和存储器通过总线连接；处理器用于执行存储器中存储的可执行模块，例如计算机程序。
其中，存储器可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
总线可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。
其中，存储器用于存储程序，处理器在接收到执行指令后，执行程序，前述本公开实施例任一实施例揭示的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。
处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。结合本公开实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
根据本公开实施例的另一个方面，本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时用于实现如上任一实施例的方法。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本公开实施例方案的目的。
另外，在本公开各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本公开各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
还应理解，在本公开各实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本公开实施例的实施过程构成任何限定。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于移动边缘计算MEC的5G数据处理系统，其特征在于，包括：第一终端设备、5G基站和5G用户面网元；所述第一终端设备、所述5G基站和所述5G用户面网元处于同一工业园区；
所述第一终端设备具备与第二终端设备互联的接口，所述第一终端用于采集所述第二终端设备中的源数据，向所述5G基站发送所述源数据以及所述第一终端设备的设备标识；
所述5G基站，用于向所述5G用户面网元发送所述源数据以及所述第一终端设备的设备标识；
所述5G用户面网元中设置有数据管理平台，所述数据管理平台用于基于MEC处理所述源数据，得到处理策略；以及，根据所述第一终端设备的设备标识向所述5G基站发送所述处理策略；
所述5G基站，还用于接收来自所述5G用户面网元的所述处理策略；
所述第一终端设备，还用于接收来自所述5G基站的所述处理策略；所述数据管理平台包括：边缘云网关、人工智能AI大数据模块、静态互联网协议IP处理模块和应用管理模块；
所述边缘云网关，用于维护IP路由信息表，为所述第一终端设备分配静态IP,以及对上行数据和下行数据进行协议转换；
所述AI大数据模块，用于在所述边缘云网关上部署AI和大数据模块，进行源数据在MEC的处理；
所述静态IP处理模块，用于为所述第一终端设备分配唯一标识，针对所述唯一标识配置网络地址转换NAT信息，以及维护所述第一终端设备的唯一标识与当前IP关系表；
所述应用管理模块，用于运行应用程序包，实现应用加载和更新。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述边缘云网关，具体用于将上行不同标准格式的数据进行统一封装，以及，将下行统一格式的数据解析成所述第一终端设备可识别的控制信令及数据。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述应用管理模块，还用于接收来自管理设备的应用程序包；
所述管理设备，用于存储所述应用程序包，以及向所述应用管理模块发送所述应用程序包。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述静态IP处理模块，具体用于当所述第一终端设备发送IP变化时，更新IP与所述第一终端设备的唯一标识对应关系。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理策略包括：进行数据分流、进行流量卸载和/或确定所述源数据在所述工业园区传输。
6.一种基于移动边缘计算MEC的5G数据处理方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5任一项所述的系统，所述方法包括：
采集所述第二终端设备中的源数据；
基于MEC处理所述源数据，得到处理策略；
根据所述处理策略进行数据处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，处理策略包括：进行数据分流、进行流量卸载和/或确定所述源数据在所述工业园区传输。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序指令；
处理器，用于调用并执行所述存储器中的程序指令，执行如权利要求6-7中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求6-7任一项所述的方法。
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