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摘 要：文章主要介绍了5G技术的特点，分析了5G技术在智慧安全环保管控平台的创新，描述了5G安全专网、MEC边缘云的设计以及5G+智慧安全在化工领域的作用，最后介绍了基于5G安全专网的智慧安全环保管控平台在某石化公司使用和取得的成效。
关键词：5G;安全;化工
1 智慧安全环保管控平台与5G技术结合的必然性
1.1 5G技术特点
第五代移动通信系统（5G），给人们的工作生活带来了巨大的变化。5G 作为最新一代的无线通信技术，其超高速率、超低时延、超大连接特性将对城市建设、人类生活都产生巨大的影响[1]。以其为基础的泛在传感网络将实现万物互联，人、机、物深度融合发展;同时，与物联网、云计算、大数据、人工智能等为代表的新一代信息技术的深度融合，将催生出众多新兴的应用场景和创新管理模式。在2015年的ITU（国际电信联盟）会议上，全球主要运营商和设备商共同定义了5G的3类典型应用场景。
一是增强型的移动宽带eMBB。在适当的应用环境下，用户上网峰值最高速率可达到10 Gbps甚至20 Gbps，为4K高清视频、AR/VR、远程教育等大带宽应用提供支持。
二是大连接物联网mMTC。正常应用场景下，5G网络可支撑100万/平方千米规模的人和物的连接，代表应用工业物联网、智慧城市、智能家居。
三是低时延、超可靠通信uRLLC。这种场景要求下，5G网络的时延达到1毫秒，为低时延、高可靠，例如自动驾驶/辅助驾驶、远程控制等提供强有力的支持。
1.2 5G技术优势
创新是传统制造业的核心，主要发展方向有精益生产、工作流程数字化、以及生产柔性化。5G网络通信技术应用在不同的场景中都能进行很稳定并快速的传输，能够适应多种复杂的场景，支持柔性制造，使生产线变得更灵活、更快速、更便捷。
5G网络可为智能制造的各个应用场景提供低时延、高可靠的稳定连接，相比有线来说，可节省50%～70%成本，降低10%的能源消耗。
高带宽、低延时能力的保障，可对于传统的系统部署架构进行优化，可将计算能力放在云端，减少和统一本地工控机，并提升效率，而且在云端可以积累数据，优化算法，便于分布式应用，对于提升机器智能有帮助;工业控制的很多场景对时延要求都在5 ms之内，所以5G网络的1 ms uRLLC特性在工厂领域具有广阔的应用前景。
工业视觉处理。目前工业相机本地处理，费用昂贵 （3～6万/台）。如能在前端做预处理，在云端做复杂算法（如机器学习），就可以降低工业相机的部署和维护成本。实际应用场景可能需要1秒钟完成图像识别传输，预留给网络间传输只有十几毫秒，对于带宽的要求甚至达到10 Gbps，而5G凭借eMBB和uRLLC特性满足该场景应用。
2 5G安全专网产品设计
5G专网产品是指利用5G组网、切片和MEC边缘计算等技术，为客户提供专属覆盖、网络定制、数据隔离、质量保证的基础连接网络，实现大带宽、低时延、安全可靠的数据传输，满足客户生产、办公、管理等应用的通信服务需求[2]。
根据网络定制化程度，分为5G独立专网、5G混合专网、5G虚拟专网3种类型，以满足客户在不同场景、不同环节的通信服务需求。
2.1 5G独立专网
利用5G组网、切片和MEC边缘计算等技术，采用专有无线设备和核心网一体化设备，为客户构建一张速率、带宽、安全都有保障的基础连接网络，实现生产数据与公共网络之间数据彻底隔离，并且完全不受公众网络变化的影响。
从无线、传输到核心网，为客户提供端到端的物理独立网络，做到物理资源独享，与外部网络硬性隔离。
2.2 5G混合专网
主要是以5G数据分流技术为基础，通过无线和核心网控制网元的灵活定制，为客户构建一张安全、稳定、可靠、快速并且数据不出园的基础连接网络。
用户转发面网元UPF（MEC）私有化部署，无线基站、核心网控制面网元按需私有化部署，端到端采用灵活混合组网模式，实现数据不出园区，满足客户安全生产、低时延及业务隔离的诉求。
2.3 5G虚拟专网
利用端到端切片及QoS技术，为实际应用场景提供一张高带宽、低时延并与公众网络数据隔离的虚拟专有网络。
企业侧不单独部署网络设备，端到端共用供应商公众网络资源，通过切片技术为企业提供逻辑专享网络资源，打造不同SLA级别的逻辑专网。
UPF作为移动锚点，负责分组路由、转发、包检测及策略执行、流量上报等功能，与MEC一体化部署，可实现云网深度融合。
AMF用于注册、连接、可达性及移动性管理，完成用户的接入认证和鉴权。
SMF用于会话管理、IP地址分配、策略执行、计费等功能。
2.4 MEC边缘云
5G MEC邊缘云产品由边缘UPF、边缘IaaS、边缘增强服务及边缘应用组成，关键能力包括提供边缘分流和算力服务、构建行业专网、支持云边协同、多厂区互联、提供用户自助服务及高质量安全保障服务。
（1）提供边缘分流和算力服务：通过UPF下沉至边缘或用户侧机房，实现分组路由、包检测、策略执行及计费报告生成等功能;通过算力部署到边缘的网络环境，实现更快、更强边缘算力、增值能力和行业应用;通过UPF与MEP之间的网业协同接口MP2，提供带宽管理、边缘分流配置、RNIS等个性化CT-VAS服务;
（2）构建企业自主可控专网：5G MEC可与SMF/AMF核心网网元共平台部署，实现插电即用，为各行各业提供专属定制化的网络配置和服务。 （3）支持云邊协同：5G MEC本身具备原生云网能力，支持与私有云、公有云等的云间协同，整合网络、计算、存储、平台和应用，赋能各行各业，实现高效无极化协同。
（4）支持多场景互联：5G MEC产品可与运营商各类专线产品组合，实现跨域多场景下的网络互联和业务协同，为实际使用者提供云网融合一体化方案和体验。
（5）支持客户私有化部署及控制：通过5G MEC+专网融合自服务平台，在客户进行私有化部署时提供自助分流管理、应用自部署、网络状态监控、自助维护及多场景的协同管理等能力。
（6）提供高质量安全保障服务：提供接入层、汇聚层、核心层分层等级安全保护，提供从应用开发、发布到上线、维护的全生命周期防护。
3 5G+智慧安全在化工领域的应用
3.1 智慧安全环保管控平台
集成各类资源信息、安环业务数据，结合数据可视化、大数据分析等技术，支持安环多系统数据集中展示、分层展现、监测预警、关联分析、主动发现、联动预警等的业务特性。包含地图导航系统、视频点位GIS管理、厂区信息GIS管理、数据可视化展示、数据综合分析、全域大屏展示等功能。
3.2 施工过程安全管控系统
移动视频监控设备经过安全密钥处理后，将视频数据回传企业内网，在内网平台进行AI的行为识别处理。
3.3 高危气体安全监测预警系统
气体遥测监测设备，基于光谱识别算法模型，能够实现监测半径3千米范围内空气中污染气体的快速定性识别和定量分析，快速定点定位污染源的和核定污染范围
3.4 基于光纤传感器的密闭管道和容器泄漏监测系统
新建或改造管道上布设应变感测光缆，通过分布光纤应变测试技术进行长距离监测，实现对管道破裂预防及损伤探测。
3.5 基于AI的火眼报警预警系统
基于AI的视觉识别系统，在图像学习基础上，对生产区1 200多路实时监控视频进行图像识别，对跑冒滴漏、冒烟以及起火等异常情况进行预警和报警。
3.6 机器人巡检系统
配置各类安全环保传感器，按照规划路线实现管线、设备、气体的日常巡检功能。
4 5G+智慧安全环保管控平台在企业的作用
江苏某石化公司为央企在江苏的分公司，主要从事合成树脂、合成纤维原料、基本有机化工原料、成品油、合成橡胶等产品生产。江苏联通与其联合承建的智慧安全环保管控平台，基于5G安全专网，通过安全环保应用建设有效提升预警预报能力、降低事故隐患、提高事件处置效率，明显降低因安全环保事故造成的经济损失，实现公司安全、环保管理，从事后管理逐步向事前规范、预警报警、实时监督的闭环管理方向发展。
5 结语
随着社会与经济的发展和技术的进步，化工行业旨在实现生产流程的准化、一体化、全局化、感知化、智能化，积极开展生产过程全方位、全过程、全要素的监测、诊断，运用5G高速率传输技术、物联网、无线传输、云计算等现代化信息技术，全面落实“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念，推动各领域的大数据应用，加快生产方式、管理方式的创新，提高生产经营决策分析水平，推进智能石化建设，向产业中高端迈进，实现更高质量、更有效率、更可持续的发展。
[参考文献]
[1]李旭茹，徐晓宇，岳亚伟.5G技术综述[J].山西电子技术，2017（2）：91-93.
[2]叶国华.探析当前5G技术的发展现状及挑战[J].中国新通信，2016（7）：26.
（编辑 王永超）
Application of 5G+ smart security in chemical industry
Kang Haiyan
（China United Network Communications Co.， Ltd.， Jiangsu Branch， Nanjing 210019， China）
Abstract：This article mainly introduces the characteristics of 5G technology， analyzes the innovation of 5G technology in intelligent safety and environmental protection management and control platform， describes the design of 5G safety private network and MEC edge cloud， as well as the role of 5G+ intelligent safety in the chemical industry， and finally introduces the application and achievements of intelligent safety and environmental protection management and control platform based on 5G safety private network in a petrochemical company.
Key words：5G; security; chemical
关键词：5G;安全;化工
1 智慧安全环保管控平台与5G技术结合的必然性
1.1 5G技术特点
第五代移动通信系统（5G），给人们的工作生活带来了巨大的变化。5G 作为最新一代的无线通信技术，其超高速率、超低时延、超大连接特性将对城市建设、人类生活都产生巨大的影响[1]。以其为基础的泛在传感网络将实现万物互联，人、机、物深度融合发展;同时，与物联网、云计算、大数据、人工智能等为代表的新一代信息技术的深度融合，将催生出众多新兴的应用场景和创新管理模式。在2015年的ITU（国际电信联盟）会议上，全球主要运营商和设备商共同定义了5G的3类典型应用场景。
一是增强型的移动宽带eMBB。在适当的应用环境下，用户上网峰值最高速率可达到10 Gbps甚至20 Gbps，为4K高清视频、AR/VR、远程教育等大带宽应用提供支持。
二是大连接物联网mMTC。正常应用场景下，5G网络可支撑100万/平方千米规模的人和物的连接，代表应用工业物联网、智慧城市、智能家居。
三是低时延、超可靠通信uRLLC。这种场景要求下，5G网络的时延达到1毫秒，为低时延、高可靠，例如自动驾驶/辅助驾驶、远程控制等提供强有力的支持。
1.2 5G技术优势
创新是传统制造业的核心，主要发展方向有精益生产、工作流程数字化、以及生产柔性化。5G网络通信技术应用在不同的场景中都能进行很稳定并快速的传输，能够适应多种复杂的场景，支持柔性制造，使生产线变得更灵活、更快速、更便捷。
5G网络可为智能制造的各个应用场景提供低时延、高可靠的稳定连接，相比有线来说，可节省50%～70%成本，降低10%的能源消耗。
高带宽、低延时能力的保障，可对于传统的系统部署架构进行优化，可将计算能力放在云端，减少和统一本地工控机，并提升效率，而且在云端可以积累数据，优化算法，便于分布式应用，对于提升机器智能有帮助;工业控制的很多场景对时延要求都在5 ms之内，所以5G网络的1 ms uRLLC特性在工厂领域具有广阔的应用前景。
工业视觉处理。目前工业相机本地处理，费用昂贵 （3～6万/台）。如能在前端做预处理，在云端做复杂算法（如机器学习），就可以降低工业相机的部署和维护成本。实际应用场景可能需要1秒钟完成图像识别传输，预留给网络间传输只有十几毫秒，对于带宽的要求甚至达到10 Gbps，而5G凭借eMBB和uRLLC特性满足该场景应用。
2 5G安全专网产品设计
5G专网产品是指利用5G组网、切片和MEC边缘计算等技术，为客户提供专属覆盖、网络定制、数据隔离、质量保证的基础连接网络，实现大带宽、低时延、安全可靠的数据传输，满足客户生产、办公、管理等应用的通信服务需求[2]。
根据网络定制化程度，分为5G独立专网、5G混合专网、5G虚拟专网3种类型，以满足客户在不同场景、不同环节的通信服务需求。
2.1 5G独立专网
利用5G组网、切片和MEC边缘计算等技术，采用专有无线设备和核心网一体化设备，为客户构建一张速率、带宽、安全都有保障的基础连接网络，实现生产数据与公共网络之间数据彻底隔离，并且完全不受公众网络变化的影响。
从无线、传输到核心网，为客户提供端到端的物理独立网络，做到物理资源独享，与外部网络硬性隔离。
2.2 5G混合专网
主要是以5G数据分流技术为基础，通过无线和核心网控制网元的灵活定制，为客户构建一张安全、稳定、可靠、快速并且数据不出园的基础连接网络。
用户转发面网元UPF（MEC）私有化部署，无线基站、核心网控制面网元按需私有化部署，端到端采用灵活混合组网模式，实现数据不出园区，满足客户安全生产、低时延及业务隔离的诉求。
2.3 5G虚拟专网
利用端到端切片及QoS技术，为实际应用场景提供一张高带宽、低时延并与公众网络数据隔离的虚拟专有网络。
企业侧不单独部署网络设备，端到端共用供应商公众网络资源，通过切片技术为企业提供逻辑专享网络资源，打造不同SLA级别的逻辑专网。
UPF作为移动锚点，负责分组路由、转发、包检测及策略执行、流量上报等功能，与MEC一体化部署，可实现云网深度融合。
AMF用于注册、连接、可达性及移动性管理，完成用户的接入认证和鉴权。
SMF用于会话管理、IP地址分配、策略执行、计费等功能。
2.4 MEC边缘云
5G MEC邊缘云产品由边缘UPF、边缘IaaS、边缘增强服务及边缘应用组成，关键能力包括提供边缘分流和算力服务、构建行业专网、支持云边协同、多厂区互联、提供用户自助服务及高质量安全保障服务。
（1）提供边缘分流和算力服务：通过UPF下沉至边缘或用户侧机房，实现分组路由、包检测、策略执行及计费报告生成等功能;通过算力部署到边缘的网络环境，实现更快、更强边缘算力、增值能力和行业应用;通过UPF与MEP之间的网业协同接口MP2，提供带宽管理、边缘分流配置、RNIS等个性化CT-VAS服务;
（2）构建企业自主可控专网：5G MEC可与SMF/AMF核心网网元共平台部署，实现插电即用，为各行各业提供专属定制化的网络配置和服务。 （3）支持云邊协同：5G MEC本身具备原生云网能力，支持与私有云、公有云等的云间协同，整合网络、计算、存储、平台和应用，赋能各行各业，实现高效无极化协同。
（4）支持多场景互联：5G MEC产品可与运营商各类专线产品组合，实现跨域多场景下的网络互联和业务协同，为实际使用者提供云网融合一体化方案和体验。
（5）支持客户私有化部署及控制：通过5G MEC+专网融合自服务平台，在客户进行私有化部署时提供自助分流管理、应用自部署、网络状态监控、自助维护及多场景的协同管理等能力。
（6）提供高质量安全保障服务：提供接入层、汇聚层、核心层分层等级安全保护，提供从应用开发、发布到上线、维护的全生命周期防护。
3 5G+智慧安全在化工领域的应用
3.1 智慧安全环保管控平台
集成各类资源信息、安环业务数据，结合数据可视化、大数据分析等技术，支持安环多系统数据集中展示、分层展现、监测预警、关联分析、主动发现、联动预警等的业务特性。包含地图导航系统、视频点位GIS管理、厂区信息GIS管理、数据可视化展示、数据综合分析、全域大屏展示等功能。
3.2 施工过程安全管控系统
移动视频监控设备经过安全密钥处理后，将视频数据回传企业内网，在内网平台进行AI的行为识别处理。
3.3 高危气体安全监测预警系统
气体遥测监测设备，基于光谱识别算法模型，能够实现监测半径3千米范围内空气中污染气体的快速定性识别和定量分析，快速定点定位污染源的和核定污染范围
3.4 基于光纤传感器的密闭管道和容器泄漏监测系统
新建或改造管道上布设应变感测光缆，通过分布光纤应变测试技术进行长距离监测，实现对管道破裂预防及损伤探测。
3.5 基于AI的火眼报警预警系统
基于AI的视觉识别系统，在图像学习基础上，对生产区1 200多路实时监控视频进行图像识别，对跑冒滴漏、冒烟以及起火等异常情况进行预警和报警。
3.6 机器人巡检系统
配置各类安全环保传感器，按照规划路线实现管线、设备、气体的日常巡检功能。
4 5G+智慧安全环保管控平台在企业的作用
江苏某石化公司为央企在江苏的分公司，主要从事合成树脂、合成纤维原料、基本有机化工原料、成品油、合成橡胶等产品生产。江苏联通与其联合承建的智慧安全环保管控平台，基于5G安全专网，通过安全环保应用建设有效提升预警预报能力、降低事故隐患、提高事件处置效率，明显降低因安全环保事故造成的经济损失，实现公司安全、环保管理，从事后管理逐步向事前规范、预警报警、实时监督的闭环管理方向发展。
5 结语
随着社会与经济的发展和技术的进步，化工行业旨在实现生产流程的准化、一体化、全局化、感知化、智能化，积极开展生产过程全方位、全过程、全要素的监测、诊断，运用5G高速率传输技术、物联网、无线传输、云计算等现代化信息技术，全面落实“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念，推动各领域的大数据应用，加快生产方式、管理方式的创新，提高生产经营决策分析水平，推进智能石化建设，向产业中高端迈进，实现更高质量、更有效率、更可持续的发展。
[参考文献]
[1]李旭茹，徐晓宇，岳亚伟.5G技术综述[J].山西电子技术，2017（2）：91-93.
[2]叶国华.探析当前5G技术的发展现状及挑战[J].中国新通信，2016（7）：26.
（编辑 王永超）
Application of 5G+ smart security in chemical industry
Kang Haiyan
（China United Network Communications Co.， Ltd.， Jiangsu Branch， Nanjing 210019， China）
Abstract：This article mainly introduces the characteristics of 5G technology， analyzes the innovation of 5G technology in intelligent safety and environmental protection management and control platform， describes the design of 5G safety private network and MEC edge cloud， as well as the role of 5G+ intelligent safety in the chemical industry， and finally introduces the application and achievements of intelligent safety and environmental protection management and control platform based on 5G safety private network in a petrochemical company.
Key words：5G; security; chemical