導(dǎo)讀:在這個互聯(lián)網(wǎng)如我們生活中的水和電一樣無孔不入的時代,不能聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備是可恥的。它們像是一個一個的信息孤島,原始而靜寂。
一 . 從消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)
在這個互聯(lián)網(wǎng)如我們生活中的水和電一樣無孔不入的時代,不能聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備是可恥的。它們像是一個一個的信息孤島,原始而靜寂。
然而 50 年前,這樣的信息孤島卻是這個世界的常態(tài),直到美國阿帕網(wǎng)的誕生。
它一開始僅用于軍事,但一投入民用,便爆發(fā)出了空前的生命力,以「互聯(lián)網(wǎng)」成其名。
這張互聯(lián)網(wǎng)在全球急劇擴(kuò)張,把其神經(jīng)末梢延伸到了地球的每一個角落。
曾經(jīng),這個末梢是無數(shù)的個人電腦(Personal Computer,簡稱 PC 機(jī)),顯示器背后的人們孜孜不倦地汲取著外部世界的信息,同時向外傳播自己的聲音。
這張由大量 PC 機(jī)終端組成的互聯(lián)網(wǎng)就叫做 PC 互聯(lián)網(wǎng)。但 PC 機(jī)大而重,沒法隨身攜帶,人又不可能隨時都守在電腦跟前,所以有了「在線」和「離線」的概念。在電腦跟前,信息可達(dá)就是「在線」,反之就是「離線」。
隨著 3G 和 4G 網(wǎng)絡(luò)帶來的高速上網(wǎng)服務(wù),以及智能手機(jī)的普及,手機(jī)逐漸取代 PC 機(jī)成為了互聯(lián)網(wǎng)的末梢,移動互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展,并幾乎覆蓋了幾乎所有的智能手機(jī)用戶。
手機(jī)的特點(diǎn)是可以揣在兜里隨身攜帶,并且 4G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋完善隨時可達(dá),原先「在線」和「離線」的說法就沒有了意義。也就是說,在移動互聯(lián)網(wǎng)時代,大家都是「實(shí)時在線」的。
移動互聯(lián)網(wǎng)是一個劃時代的革命,它深刻地改變了人們(尤其是中國人)的生活方式。手機(jī)在手,生活無憂,出門可以不帶錢,但沒了手機(jī)就寸步難行。
隨著智能手機(jī)普及率的不斷提升,人口紅利趨近結(jié)束,移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)接近飽和狀態(tài)。
于是,為了尋求新的藍(lán)海,互聯(lián)網(wǎng)的概念進(jìn)一步擴(kuò)展,從「生活方式」向「生產(chǎn)工具」的不斷延伸。
這樣一來,原先的 PC 互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)被被統(tǒng)稱為「消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)」。
和消費(fèi)這個詞對應(yīng)的,自然就是生產(chǎn),因此用于生產(chǎn)的互聯(lián)網(wǎng)就被稱作「工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)」。
二 . 什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)?
早在 2012 年,美國通用電氣公司在提出「工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)」這個概念時,是這么說的:「工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),就是把人、數(shù)據(jù)和機(jī)器連接起來」。
也就是說,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的三要素,是人、數(shù)據(jù)、機(jī)器。
人和人的連接,就是傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng);物和物(機(jī)器)之間的連接,就是近來發(fā)展迅速的物聯(lián)網(wǎng);而網(wǎng)絡(luò)存在的核心,自然就是數(shù)據(jù)中蘊(yùn)藏的巨大價值。
可以看出,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)其實(shí)并太多沒有新的技術(shù),更多的是架構(gòu)的整合,從而把互聯(lián)網(wǎng)中成熟的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)移植到工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用中,用于效率的提升。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以從「網(wǎng)絡(luò)」,「數(shù)據(jù)」和「安全」這三個方面來理解。
網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ),即通過互聯(lián)網(wǎng),物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)全系統(tǒng)的互聯(lián)互通,促進(jìn)工業(yè)數(shù)據(jù)的充分流動和無縫集成。
數(shù)據(jù)是核心,即通過網(wǎng)絡(luò)采集得到的工業(yè)生產(chǎn)全周期的海量數(shù)據(jù),并進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,形成基于數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)機(jī)器彈性生產(chǎn),運(yùn)營管理優(yōu)化,生產(chǎn)協(xié)同組織以及商業(yè)模式創(chuàng)新。
安全是保障,如果沒有嚴(yán)密的安全保障體系,上層的應(yīng)用就無從談起,網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)的價值就難以得到良好的應(yīng)用。
上圖是蜉蝣君根據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的圖重繪的,可以看出在物理系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò),數(shù)據(jù),安全,以及應(yīng)用和用戶中存在三個閉環(huán)(也就是圖中三個紅色的虛線圓圈)。
首先是面向設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化的閉環(huán)。通過工廠車間內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采集機(jī)器操作數(shù)據(jù)和生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù),再經(jīng)過邊緣計算進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的動態(tài)智能調(diào)整和生產(chǎn)質(zhì)量控制。
然后是生產(chǎn)運(yùn)營優(yōu)化的閉環(huán)。其核心是基于上一層閉環(huán)中的數(shù)據(jù)分析結(jié)果,進(jìn)行生產(chǎn)建模,仿真和分析,并將結(jié)論用于車間 / 工廠 / 企業(yè)的運(yùn)營決策優(yōu)化。
最后是面向企業(yè)協(xié)同,用戶交互及企業(yè)服務(wù)優(yōu)化的閉環(huán)。這一層次的閉環(huán)終于走出了企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)的范圍,真正實(shí)現(xiàn)了企業(yè)間的工業(yè)系統(tǒng)互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享??捎糜谄髽I(yè)之間的資源組織,商業(yè)活動創(chuàng)新,形成網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同,個性化定制,服務(wù)化延伸等新模式。
三 . 5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)?
說了這么多,5G 到底能在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中承擔(dān)哪些重任呢?
我們還是先祭出這張經(jīng)典的圖片。三角形的三個頂點(diǎn)國際電聯(lián)定義的就是 5G 三大應(yīng)用場景:增強(qiáng)型移動寬帶(eMBB),大規(guī)模機(jī)器類型通信(mMTC),超可靠和低延時通信(uRLLC)。
如果 5G 像 4G 一樣,僅僅用于支撐消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的話,僅僅需要 eMBB 就足夠了。
畢竟普通手機(jī)用戶要的是網(wǎng)速,所謂的 mMTC 專注于大連接數(shù),速率低和時延大,在手機(jī)上毫無用武之地;那么 uRLLC 呢?人的反應(yīng)速度至少就要 100 毫秒了,5G 在手機(jī)上要 1 毫秒的超低時延完全沒有意義。
也就是說,5G 的大部分應(yīng)用場景都不是給人用的,理所當(dāng)然也就不是給消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)用的。那給誰用呢?結(jié)果顯而易見,那就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)包含多個不同的垂直行業(yè),需求包羅萬象,5G 要在其中發(fā)揮作用,無非是作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,然后借助它高速率,大連接,與超可靠低時延這三項能力,在其上構(gòu)筑適合的行業(yè)應(yīng)用。
這些行業(yè)應(yīng)用在初期大多用于智慧園區(qū)的安防,巡檢,遠(yuǎn)程協(xié)助,虛擬培訓(xùn)等外圍應(yīng)用,用于核心的工業(yè)制造控制還比較困難,隨著業(yè)界不斷的研究和試探,待到更多應(yīng)用的成熟,后續(xù)才會逐步觸碰到工業(yè)核心控制環(huán)節(jié)。
以下是一些 5G 用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的例子。
1、5G+超高清視頻:隨著技術(shù)的發(fā)展,超高清視頻已經(jīng)不再局限于監(jiān)視,錄像,回放等傳統(tǒng)功能,對視頻流的清晰及流暢度提出了更高的要求。
在工業(yè)環(huán)境下高清視頻的主要應(yīng)用是:智慧園區(qū)的安防,人員管理等場景。
通過 5G 將采集的監(jiān)控視頻 / 圖像實(shí)時回傳,結(jié)合邊緣計算(MEC)統(tǒng)一監(jiān)控平臺,實(shí)現(xiàn)人員違規(guī),廠區(qū)環(huán)境風(fēng)險監(jiān)控的實(shí)時分析和報警,提高作業(yè)安全性。
在超高清采集分析的技術(shù)上,經(jīng)過人工智能的分析,視頻應(yīng)用逐漸向字符識別,人臉識別,視覺定位,行為分析,物體識別,物體測量,物體分揀等智能化發(fā)展,也就可稱之為「機(jī)器視覺」。
到了這個層次,5G+機(jī)器視覺就可以用于工業(yè)生產(chǎn)的某些環(huán)節(jié)了。
2、5G+VR/AR:VR 需要超高帶寬和時延才能讓人虛擬現(xiàn)實(shí)的感受更真實(shí),而 AR 對帶寬和時延的要求相對來說寬松一些。
VR 由于沉浸,交互和構(gòu)想這三大特點(diǎn),在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的主要應(yīng)用是虛擬裝配,虛擬培訓(xùn),虛擬展廳等場景,720°全景的展示讓人身臨其境,信息傳遞更豐富而直觀。
AR 則融入到了工業(yè)制造的交互,營銷,設(shè)計,采購,生產(chǎn),物流和服務(wù)等多個環(huán)節(jié)。
比如,通過 AR 遠(yuǎn)程協(xié)助,專家可遠(yuǎn)程在 AR 眼鏡中實(shí)時標(biāo)注設(shè)備狀態(tài)和操作方法,實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場人員和遠(yuǎn)程專家等零距離溝通。
3、5G+無人機(jī):工業(yè)級無人機(jī)可以通過 5G 進(jìn)行遠(yuǎn)程操控,并進(jìn)行實(shí)時高清視頻回傳,可用于智慧園區(qū)的 24 小時不間歇,無死角的安防,或者惡劣環(huán)境下的設(shè)備巡檢等場景。
4、5G+遠(yuǎn)程控制:在工業(yè)環(huán)境中,很多場景不適合人進(jìn)行作業(yè),比如高位,高空,有毒等惡劣環(huán)境,這就需要遠(yuǎn)程控制。
遠(yuǎn)程控制不但需要超高清視頻的回傳,還需要極低的時延和可靠性。5G 正好可以滿足這些方面的要求。
在上述幾種應(yīng)用場景中,5G 與超高清視頻的融合應(yīng)用已進(jìn)入成熟期,將成為 5G 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的第一批應(yīng)用場景。
5G+VR/VR,5G+無人機(jī)以及 5G+機(jī)器視覺等應(yīng)用已進(jìn)入高速發(fā)展期,經(jīng)濟(jì)價值逐漸顯現(xiàn),未來將成為 5G 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的主流應(yīng)用場景。
5G+遠(yuǎn)程控制等應(yīng)用涉及工業(yè)核心控制環(huán)節(jié),目前還處于探索期,還有待進(jìn)一步的測試驗(yàn)證。
實(shí)現(xiàn)以上的應(yīng)用場景需要兩個關(guān)鍵技術(shù):5G 網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計算。
5G 網(wǎng)絡(luò)切片在一個物理網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)多個資源隔離的邏輯網(wǎng)絡(luò)。
不同特點(diǎn)的應(yīng)用,對于網(wǎng)絡(luò)的需求千差萬別。有的要求大帶寬,有的要求大連接,還有的要求低時延,同一網(wǎng)絡(luò)下同時滿足這些要求代價很大,而網(wǎng)絡(luò)切片可以通過給它們定制不同的邏輯網(wǎng)絡(luò)來滿足。
綜合商業(yè)視角,切片網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)架構(gòu)包括商業(yè)層,切片管理層和網(wǎng)絡(luò)層。
商業(yè)層為垂直客戶提供切片設(shè)計服務(wù)以及購買入口;切片管理層提供切片調(diào)度,管理和實(shí)例化;切片網(wǎng)絡(luò)層就是支撐上層應(yīng)用的物理設(shè)備和邏輯模塊。
邊緣計算(MEC,Multi-access Edge Computing,多接入邊緣計算),就是讓大量的數(shù)據(jù)計算在網(wǎng)絡(luò)的邊緣就近進(jìn)行。
這樣不但可以降低時延,還可以減少向上的傳輸帶寬,更重要的是把關(guān)鍵數(shù)據(jù)保存在企業(yè)之內(nèi),更具安全性。
5G 可天生支持 MEC。由于 5G 核心網(wǎng)采用了用戶面和控制面分離的服務(wù)化架構(gòu),其用戶面單元 UPF 可以很方便得部署在企業(yè)內(nèi),甚至 MEC 服務(wù)器之上,從而實(shí)現(xiàn)用戶面就近處理,關(guān)鍵數(shù)據(jù)也不會流出企業(yè)。
5G+MEC 的架構(gòu)如下圖所示。
綜上,有了 5G 對 eMBB,mMTC 和 uRLLC 這三大應(yīng)用場景,網(wǎng)絡(luò)切片,邊緣計算,以及核心網(wǎng)用戶面下沉的支持,才能更好地服務(wù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。
并且,這些 5G 功能必須在 SA 場景下才能實(shí)現(xiàn),這也是中國目前大力發(fā)展 5G SA 部署模式的原因之一。
好了,本期的內(nèi)容就到這里,希望對大家有所幫助。
—— 全文完 ——
參考文獻(xiàn):
1、《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)(版本 1.0)》,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
2、《5G 與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用發(fā)展白皮書》,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能手機(jī)人工智能機(jī)器視覺5GVR邊緣計算