5G边缘计算技术详解与应用分析

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5G边缘计算技术详解与应用分析

作者：马晓凯

来源：《中国新技术新产品》2019年第16期

摘; 要：4G时代的智能终端技术全面促进了传统PC互联网同移动网络的深度融合，而在5G时代，移动边缘计算技术将会推动云计算平台同移动网络的融合，这将减少移动业务交付的端到端时延，发掘无线网络的内在能力，从而提升用户体验，给电信运营商的运作模式带来全新变革，并建立新型的产业链及网络生态圈。该文首先分析了移动边缘计算产生的原因以及5G网络与移动边缘计算的关系，然后从用户维度分析了移动边缘计算的四大应用场景，最后说明移动边缘计算的社会价值。

关键词：5G技术;边缘计算;云计算

中图分类号：TN929; ; ; ; ; ; 文献标志码：A

1 5G边缘计算技术分析

4G时代的智能终端技术全面促进了传统PC互联网同移动网络的深度融合，而在5G时代，移动边缘计算技术将会推动云计算平台同移动网络的融合，并可能在技术及商业生态上带来新一轮的变革和颠覆。

1.1 移动边缘计算的提出

5G是4G网络的强大升级版本，4G LTE服务仅提供75 Mbps的传输速率，而5G网络已成功实现28 GHz频段的1 024 Mbps吞吐量。同时，在5G时代，连接设备的数量将急剧增加，网络边缘将产生大量的数据。如果这些数据全部由主管理平台处理，则数据的敏感性、安全性和机密性以及数据处理的时效性将会受到影响。然而，通过引入先进技术进行计算处理，根据接近原理处理这样的一组数据，并且大量后台设备同时工作以实现有效的协同处理，可以解决大流量和集中处理的难题。移动边缘计算正是这样一种技术，可以解决5G网络的延迟、拥塞和容量等问题。

1.2 移动边缘计算是5G的核心技术之一

根据国际电信联盟（ITU）5G的要求，5G标准包括增强型移动宽带（eMBB）、海量机

器类通信（mMTC）、超可靠低延迟通信（URLLC）的3种应用场景，主要指标包括提供峰

值10 Gbps以上的速率、毫秒级时延和超高密度连接，移动性达500 km/h、时延低至1 ms，用户体验数据率达到100 Mbps、实现网络性能新的跃升。

边缘计算综述

1.什么是边缘计算？ 在IIoT的背景下，“边缘”是指靠近数据源的计算基础设施，例如工业机器（例如风力涡轮机，磁共振（MR）扫描仪，海底防喷器）），工业控制器如SCADA系统和时间序列数据库汇总来自各种设备和传感器的数据。这些设备通常远离云中可用的集中式计算。 边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台。边缘计算与云计算互相协同，共同助力各行各业的数字化转型。它就近提供智能互联服务，满足行业在数字化变革过程中对实时业务、业务智能、数据聚合与互操作、安全与隐私保护等方面的关键需求。 到目前为止，边缘计算的作用主要用于摄取，存储，过滤和发送数据到云系统。然而，我们正处于一个时间点，这些计算系统正在包装更多的计算，存储和分析功能，以消耗并对机器位置的数据采取行动。这种能力对于工业组织来说将是非常有价值的 - 这是不可或缺的。 2.这对工业带来的价值 行业权威人士已经计算出，数以千计的连接事物会从不同的来源产生大量的数据。根据国际电信联盟电信标准分局ITU-T的研究报告，到2020年，每个人每秒将产生的数据，IoT可穿戴设备的出货量将达到亿。IDC也发布了相关预测，到2018年，50%的物联网网络将面临网络带宽的限制，40%的数据需要在网络边缘侧分析、处理与储存，到2025年，这一数字将超过50%。管理咨询公司麦肯锡公司估计，到2025年，工业物联网（IIoT）将创造价值万亿的市场规模。工业物联网将思想和机器结合在一起，将人们与加速数字产业转型的机器数据相结合。 通过将大数据，高级分析和机器学习应用于运营，工业可以减少计划外停机时间，提高资产性能，降低维护成本，并为从机床数据中获取未开发价值的新业务模式开拓潜力。 过去几年来，工业组织已经开始将云计算融入业务，从大量数据中获取洞察力，帮助实现关键业务成果，包括减少意外停机，提高生产效率，降低能耗等。云计算仍然通过工业物联网来实现新的性能水平发挥关键作用，因为它需要大量的计算能力来有效地管理来自机器的庞大数据量。 但是随着更多的计算，存储和分析能力被捆绑到更靠近数据源的较小设备中，即工业机器 - 边缘计算将有助于边缘处理实现工业物联网的承诺。 虽然这个概念不是新的，但是有几个关键的驱动力使它成为今天更可行的现实：·计算和传感器的成本继续下滑， ·在较小尺寸的设备（如网关或传感器集线器）中执行的更多计算能力， ·来自机器和/或环境的日益增长的数据（例如天气或市场定价）， ·现代机器学习与分析。 这些因素有助于公司将大量数据转化为具有洞察力和智慧的行动。 对于工业组织来说，这种技术在以下用例中将变得至关重要： ·低/间歇连接（如远程位置） o将数据传输到云的带宽和相关的高成本 o低延迟，例如机器洞察和启动之间的闭环相互作用（即在机器上采取动作）

5G网络移动边缘缓存与计算研究

5G网络移动边缘缓存与计算研究 为满足大规模的移动设备接入和快速增长的通信容量的需 求,small cell在下一代移动通信系统(5G)中将实现超密集部署,而且small cell的存储和计算资源能为移动应用(如增强现实游戏)提供无处不在的计算支持。但是该方案却会加重系统回程链路的负载,并且会带来巨大的能量消耗的问题。为解决上述问题,许多研究者提出了移动边缘缓存与计算的方案。然而,现有的移动边缘缓存与计算方案存在以下问题:首先,现有的边缘缓存方案大多基于固定网络拓扑结构,忽略了用户移动性;其次,为解决5G网络高能耗的问题,采用可再生能量供电是一个可行方案,但是,可再生能量到达的随机性导致了边缘云服务器计算能力的动态性,使得现有基于电网供电的计算卸载策略难以适用;最后,由于用户移动性导致基于 D2D(Device-to-Device)的边缘计算(如移动微云)具有动态特征,可能会造成计算任务卸载的失败。面对上述问题和挑战,本文从以下四个方面展开研究:(1)针对边缘缓存中用户移动性问题进行研究。通过分析移动性对small cell和用户设备缓存的影响,提出了移动性缓存策略优化问题,并证明其是NP难问题。基于子模态优化,利用贪婪算法给出问题的解。实验结果显示,相较于传统的缓存策略,此策略在缓存命中率上有了明显提高。(2)针对边缘缓存中用户之间及用户与small cell之间接触时间的随机性进行研究。基于编码缓存建立了缓存命中率最大化的安置模型和能耗最小化的传输模型,通过对模型求解,提出绿色移动编码缓存策略。实验结果显示,与其他缓存策略相

比,该策略具有最高缓存命中率和最低传输能耗。(3)针对可再生能量供电下移动边缘云计算进行研究。基于对可再生能量的分析,建立了 用户计算任务时延和电网供电能耗最小化模型。利用交替优化将其分解为计算资源分配和任务安置两个子问题,通过求解子问题得出可再 生能量供电下的计算任务卸载策略。实验结果表明,与随机计算卸载 和均匀计算卸载策略相比,该策略能够至少缩短20%的任务延迟,节省30%的能耗。(4)针对移动边缘计算中连接不可靠的问题进行研究。本文突破传统的移动微云对D2D连接的依赖,提出了移动自组微云模式。同时分析了此模式的任务时延和能耗,得到最优卸载策略。最后给出 了计算任务在远端云、移动微云和此模式下的选择算法。实验结果证明,当任务处理前后比例小于1、用户接触频率大于0.0014时,此模 式在延时和能耗方面均优于其他两种模式。综上所述,本文所提出的 移动边缘缓存与计算策略能充分利用网络边缘的存储计算资源、用户的移动性和动态的可再生能量供给,为用户提供缓存和计算的服务, 提高用户的体验质量。

2019年5G边缘计算小基站行业分析报告

2019年5G边缘计算小基站行业分析报告 2019年2月

目录 一、边缘计算是5G标志特性，将成就网络重大变革 (5) 1、边缘计算是均衡整网处理能力的重要方式 (5) 2、电信网向开放体系和扁平化演进，边缘计算重要性并不边缘 (6) 3、边缘计算可满足多重需求，接入网MEC潜力可观 (9) 二、小基站入口价值将在5G边缘计算中充分体现 (12) 1、小基站将是5G高密度多形态组网的核心 (12) 2、小基站天然适配开放体系架构，适宜MEC灵活快速部署 (15) 3、需求、标准和商业环境已为小基站成为MEC入口作好铺垫 (17) 三、小基站将带来产业链价值重配和运营方式变革 (19) 1、小基站设备制造有白盒化趋势，为诸多中小厂商迎来差异化机遇 (19) 2、从历史开支周期分析开放体系无线设备潜力 (21) 四、相关企业 (27) 五、主要风险 (30) 1、5G投资不及预期风险 (30) 2、技术路线风险 (30) 3、竞争风险 (30) 4、中美贸易摩擦风险 (30)

5G时代边缘计算MEC成为网络架构变化的重大特征，边缘网络第一次出现在无线网络体系中，其将推动网络建设、支撑、运营链条的革命性重构，未来物联业务将高度依赖边缘端的部署能力来实现高带宽、低延时、高密度链接等需求，而小基站作为5G最具特征的接入场景，将成为新时代必争的入口！ 边缘计算MEC重配网络能力到边缘，提升与场景强关联的业务表现，是5G核心特性。边缘数据中心对于边缘分摊整网业务和处理能力具有切实意义，而配置于接入网的MEC数量和实际效能最为显著。边缘计算MEC本质是对网络处理层级的再分配，5G业务更加多样化，业务属性更加贴近场景，数据中心将越来越多地向靠近终端的边缘渗透。从易获取性、减轻核心网与传输负担上来看，MEC在5G 中作为重要特性的地位会越来越显著。在运营商已有的实践中，已经开始将配置MEC功能的服务器部署在接入网侧，显著提升了业务复用率和延时等体验。随着5G网络架构走向扁平化和开放化，MEC的部署成本也会持续降低，在5G基站逐步铺开的过程中，大密度的无线接入网点，将和MEC搭配使用，其数量和实际效能将呈现出显著提升，边缘计算将和网络切片一样，成为表征5G网络处理能力的重要特性。 小基站在高密度、易部署、自优化和低成本方面与边缘计算平台需求高度契合，将成为MEC新入口。5G的业务模式和设备架构开放化决定了小基站将成为室内场景的支柱，其架构开放性易于和MEC 形成协同。5G的八成以上流量将发生在室内，与场景强关联，小基

5G边缘计算技术详解与应用分析

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/6c17203347.html, 5G边缘计算技术详解与应用分析 作者：马晓凯 来源：《中国新技术新产品》2019年第16期 摘; 要：4G时代的智能终端技术全面促进了传统PC互联网同移动网络的深度融合，而在5G时代，移动边缘计算技术将会推动云计算平台同移动网络的融合，这将减少移动业务交付的端到端时延，发掘无线网络的内在能力，从而提升用户体验，给电信运营商的运作模式带来全新变革，并建立新型的产业链及网络生态圈。该文首先分析了移动边缘计算产生的原因以及5G网络与移动边缘计算的关系，然后从用户维度分析了移动边缘计算的四大应用场景，最后说明移动边缘计算的社会价值。 关键词：5G技术;边缘计算;云计算 中图分类号：TN929; ; ; ; ; ; 文献标志码：A 1 5G边缘计算技术分析 4G时代的智能终端技术全面促进了传统PC互联网同移动网络的深度融合，而在5G时代，移动边缘计算技术将会推动云计算平台同移动网络的融合，并可能在技术及商业生态上带来新一轮的变革和颠覆。 1.1 移动边缘计算的提出 5G是4G网络的强大升级版本，4G LTE服务仅提供75 Mbps的传输速率，而5G网络已成功实现28 GHz频段的1 024 Mbps吞吐量。同时，在5G时代，连接设备的数量将急剧增加，网络边缘将产生大量的数据。如果这些数据全部由主管理平台处理，则数据的敏感性、安全性和机密性以及数据处理的时效性将会受到影响。然而，通过引入先进技术进行计算处理，根据接近原理处理这样的一组数据，并且大量后台设备同时工作以实现有效的协同处理，可以解决大流量和集中处理的难题。移动边缘计算正是这样一种技术，可以解决5G网络的延迟、拥塞和容量等问题。 1.2 移动边缘计算是5G的核心技术之一 根据国际电信联盟（ITU）5G的要求，5G标准包括增强型移动宽带（eMBB）、海量机 器类通信（mMTC）、超可靠低延迟通信（URLLC）的3种应用场景，主要指标包括提供峰 值10 Gbps以上的速率、毫秒级时延和超高密度连接，移动性达500 km/h、时延低至1 ms，用户体验数据率达到100 Mbps、实现网络性能新的跃升。

构建面向5G的边缘计算

30 2018年4月 第 4 期（第31卷 总第247期）月刊 2018年 第4期 电信工程技术与标准化 标准与规范 构建面向5G 的边缘计算 杜唯扬，陈思仁 （英特尔（中国）有限公司，北京 100013） 摘　要　本文旨在介绍边缘计算产生的背景、应用需求、技术特性、应用场景，以及英特尔公司在推进边缘计算创新 进程中所扮演的角色和发挥的作用。 关键词　MEC；5G；运营商网络转型 中图分类号 TN929.5 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2018）04-0030-05 收稿日期：2018-03-28 万物互联的时代，网络连接对象正从人扩展至物。IDC 的统计数据显示，到2020年将有超过500亿的终端与设备联入网络，而到2018年年底，就将有50%的物联网网络面临网络带宽的限制，40%的数据需要在网络边缘侧分析、处理与储存。这说明随着物联网规模的快速增长，集中式的数据存储、处理模式将面临难解的瓶颈和压力，此时在靠近数据产生的网络边缘提供数据处理的能力和服务，将是推动ICT 产业发展的下一个重要驱动力。 边缘计算（Edge Computing）的概念由此而生。2014年，欧洲电信标准协会（ETSI）成立了移动边缘计算规范工作组（ETSI Mobile Edge Computing Industry Specification Group），开始推动相关的标准化工作。2016年，ETSI 把此概念扩展为多接入边缘计算（MEC），并综合考虑FMC（固网/移动融合）的场景需求。2016年4月，3GPP SA2又正式接受MEC，将之列为5G 架构的关键技术。 1 边缘计算的概念 根据ETSI 的定义，多接入边缘计算是在靠近人、 物或数据源头的网络边缘侧，通过融合了网络、计算、存储、应用等核心能力的开放平台，就近提供边缘智能服务，来满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。 以一个部署在传统无线接入网的边缘计算系统为例，它要具备业务本地化和近距离部署的条件，来提供高带宽、低时延的传输能力，同时通过业务面下沉形成本地化部署，来有效降低对网络回传带宽的要求和网络负荷。边缘计算由于提供了应用程序编程接口（API），并对第三方开放基础网络能力，从而使网络能够根据第三方的业务需求实现按需定制和交互。 2 边缘计算的位置（如图1所示） 如果要问今天边缘计算的位置到底在哪里？其答案并不是绝对的。据英特尔的观察，边缘计算的部署跟它的应用场景有着紧密的关系。如果把整个通信服务提供 商的网络架构分为内环、中环和外环的话，这3个环中都具备部署边缘计算的位置。其决策因素包括对网络质量的要求在哪里，以及场景应用要达到怎样的时延等。

离散制造业边缘计算解决方案白皮书(征求意见稿)

目录 一、离散制造业发展面临的挑战及边缘计算的应用价值 (1) （一）离散制造业迎来新的发展机遇 (1) （二）离散制造业转型发展对边缘计算能力的需求分析 . 2 1.制约离散制造业转型发展的关键因素 (2) 2.边缘计算带来的工业现场价值 (4) （三）离散制造业边缘计算应用基本情况 (8) 1.边缘控制器层 (8) 2.边缘网关层 (10) 3.边缘云层 (10) 二、离散制造业边缘计算实施架构及技术体系 (11) （一）离散制造业边缘计算实施架构 (11) （二）离散制造业边缘计算关键技术 (12) 1. 边缘智能 (12) 2. 异构计算 (13) 3. 互联互通技术 (14) 4. 微服务 (14) 5. 计算迁移 (15) 三、离散制造业边缘计算解决方案实践 (15) （一）汽车生产制造领域边缘计算解决方案实践 (16) 1. 面临问题和挑战 (16) 2. 边缘计算解决方案实践 (18)

3. 实践效果 (19) （二）电子制造领域边缘计算解决方案实践 (20) 1. 面临问题和挑战 (20) 2. 边缘计算解决方案实践 (21) 3. 实践效果 (23) （三）工程机械领域边缘计算解决方案实践 (24) 1. 面临问题和挑战 (24) 2. 边缘计算解决方案实践 (25) 3. 实践效果 (26) （四）船舶制造领域边缘计算解决方案实践 (26) 1. 面临问题和挑战 (26) 2. 边缘计算解决方案实践 (29) 3. 实践效果 (31) （五）定制家具领域边缘计算解决方案实践 (31) 1. 面临问题和挑战 (31) 2. 边缘计算解决方案实践 (32) 3. 实践效果 (33) 四、离散制造业边缘计算发展趋势及建议 (34) （一）离散制造业边缘计算未来展望 (34) （二）离散制造业边缘计算技术和产业化发展建议 (35) 1.产业化发展建议 (35) 2.技术及标准发展建议 (36)

边缘计算——未来物联网解决方案

边缘计算——未来物联网解决方案 物联网见证了互联网技术融入日常生活的戏剧性发展。然而，由于缺乏安全保障，社会压力和政府行为迫使工程师实施更强大的安全功能。边缘计算如何提供帮助？为什么它会成为未来物联网的最终解决方案？ 介绍 自推出以来，物联网设备在全球爆炸式增长，估计全球至少有200亿台。虽然物联网（IoT）是一个相对的新名词，但互联网相关技术的使用可以追溯到互联网本身的诞生。但物联网运动更关注的是传统上不具备互联网功能的简单设备（如传感器和数据记录器），这就是为什么物联网被视为独立于计算机、笔记本电脑和电话等标准互联网计算技术之外的一个部门。 最初的物联网设备在本质上很简单，通常针对利基市场，包括基本的远程温度和湿度记录。由于正在收集的数据本质上是良性的（即不敏感），因此对于使用默认密码和未加密消息传递协议的许多设备来说，很少会关注到其安全性。由于最初物联网设备的数量很少，再加上缺乏能力，安全专家、网络罪犯和政府都没有注意到这些设备。但所有这些都随着技术的进步而改变，设备变得更加智能，所收集的数据的性质变得更加敏感。 敏感数据增加

物联网领域的发展加快了人工智能发展，这得益于物联网设备提供的海量数据。人工智能系统正被用来为许多现代任务提供动力，而这些任务本来就很难或变化太大，无法用传统的if语句和切换用例来为每一种可能性进行编程。这些例子包括语句识别、声音识别、图像识别、智能搜索结果和个性化助手。 如前所述，物联网收集的第一批数据类型在本质上是良性的，包括温度和湿度，可以用来创建能够响应这些环境刺激的智能系统。但工程师们很快意识到，随着微控制器技术的进步(例如，从8位到32位ARM的转变)，可以收集更复杂的数据类型，包括音频和视频。这样的系统可以用来创建先进的人工智能物联网设备，不仅可以收集周围环境的数据，还可以将这些数据发送到一个基于云的人工智能系统，该系统可以从这些数据中学习，并在未来提供更好的结果。 例如，Amazon Echo是一种物联网设备，它将用户的语音请求提交给一个云系统，然后对该系统进行分析，以执行请求并改进人工智能以供未来使用。很快，物联网设备在全球范围内爆炸，包含一系列集成功能，从加速计、磁力计、运动传感器、相机和麦克风。但这些设备的设计和投放市场的速度实在是太快了，这正是网络罪犯开始利用的地方。 物联网设计的变化速度以及对物联网设备需求的突然增加，使得工程师们在创纪录的时间内扭转了产品的局面。再加上政府无力应对瞬息万变的市场，以及工程师的短视，市场上的数十亿

5G边缘计算网关项目可行性研究报告-2020年物联网关键技术与平台创新

5G边缘计算网关项目可行性研究报告- 2020年物联网关键技术与平台创新 编制单位：北京智博睿投资咨询有限公司

对于 IT 的发展历程，我们可以根据计算场景的不同，将其划分为不同的阶段。从一开始的单机计算，到多台计算机组成的局域网计算，到众多单台计算机相连的互联网计算，到多个数据中心相连的云计算，再到目前我们正逐步迈入的万物互联网的物联网时代，也就是边缘计算时代。计算的边界在逐步拓展，计算的场景也更多样，计算连接的背后和本质也在发生变化。 在不同的计算时代，我们对计算基础设施的需求量和需求点也存在较大的不同。单机计算和局域网计算，并不需要太多的计算资源，也是因为当时并没有太多的计算应用和计算场景。 计算场景的变化 资料来源：IDC，华泰证券研究所 服务器，作为计算的基础资源，其解决的核心问题就是数据的处理、存储和计算。因此，随着联网数据量的增加，计算场景的复杂，对服务器的需求量和需求点，也将发生变化。 回顾全球服务器的历史增长情况，我们会看到，过去几年

（2017-2018）服务器需求增长的核心驱动因素，来自于全球云计算的快速发展。这也是新的计算场景对服务器需求拉动的体现。 同时，我们也应该看到，不同的计算场景对服务器的需求点也会发生变化。在这个过程中，服务器市场的竞争格局也随之发生变化（比如，云计算场景下，标准化服务器厂商的份额有所下降，定制化开发的云服务器厂商的市场份额提升）。这也是 IT 产业发展的特点，需求的变革，带来供应格局的变化。 站在目前时点，我们看未来几年计算场景的变化，将是边缘计算的崛起，以及这种计算场景对服务器需求的变化：对边缘服务器的需求或将增加。过去几年，云计算的崛起直接拉动了服务器新一轮的需求增长。我们认为，5G 带动的边缘计算对数据计算和存储的需求量，有望呈现指数级别的增长，这或将进一步推动服务器需求的增加。 云计算拉动服务器的需求周期 资料来源：Gartner，华泰证券研究所

离散制造业边缘计算解决方案白皮书

离散制造业边缘计算解决方案白皮书

数字化浪潮正席卷传统离散制造业，逐步优化了生产车间的工艺条件和生产流程，在这个过程中，边缘计算快速兴起并体现出特有优势。边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，构建融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放体系，就近提供智能化服务，满足离散制造业在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求，其为离散制造业的数字化、网络化、智能化转型提供了强大助力。 同时，针对离散制造业的转型升级需求，其边缘计算解决方案在不断发展成熟，相关生态构建和产业布局也正在全球加速展开。在此关键时期，《离散制造业边缘计算解决方案白皮书》的发布，把握离散制造业目前发展面临的挑战及边缘计算当前的应用现状，研判边缘计算为工业现场带来的真正价值，提出离散制造业边缘计算实施架构及技术体系，探索边缘计算解决方案实践，最后结合当前现状给出了离散制造业边缘计算技术和产业化发展建议。

一、离散制造业发展面临的挑战及边缘计算的应用价值 (1) （一）离散制造业迎来新的发展机遇 (1) （二）离散制造业转型发展对边缘计算能力的需求分析 . 2 1.制约离散制造业转型发展的关键因素 (2) 2.边缘计算带来的工业现场价值 (4) （三）离散制造业边缘计算应用基本情况 (8) 1.边缘控制器层 (8) 2.边缘网关层 (10) 3.边缘云层 (10) 二、离散制造业边缘计算实施架构及技术体系 (11) （一）离散制造业边缘计算实施架构 (11) （二）离散制造业边缘计算关键技术 (12) 1. 边缘智能 (12) 2. 异构计算 (13) 3. 互联互通技术 (14) 4. 微服务 (14) 5. 计算迁移 (15) 三、离散制造业边缘计算解决方案实践 (15) （一）汽车生产制造领域边缘计算解决方案实践 (16) 1. 面临问题和挑战 (16) 2. 边缘计算解决方案实践 (18)