助燃工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：5G在智能制造的應(yīng)用

5G到底能改變什么？它是如何助燃工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的？移動(dòng)通信技術(shù)更新迭代的速度太快，4G已經(jīng)改變了我們很多生活方式，基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，購(gòu)物、娛樂(lè)、生活、商業(yè)等方式均發(fā)生了極大的改變。移動(dòng)通信技術(shù)從2G、3G到4G發(fā)展，主要解決的是帶寬和流量的問(wèn)題。那么5G到底給世界帶來(lái)什么？5G搭建比馬達(dá)還快的機(jī)器連接5G的設(shè)計(jì)目標(biāo)除了10倍于4G的帶寬以外，還有少于1/10的時(shí)延，大于100倍的連接數(shù)量，傳輸速度最高達(dá)到了5Gbps，意味著比今天的LTE連接標(biāo)準(zhǔn)快了250倍，標(biāo)志著無(wú)線傳輸速度再創(chuàng)新紀(jì)錄。也就是說(shuō)，你現(xiàn)在用4G下載一部超高清電影需要31秒，而5G只需要1秒。5G真正實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)5G高質(zhì)量傳輸速度和最重要的時(shí)時(shí)在線，把萬(wàn)物互聯(lián)，世界上的萬(wàn)事萬(wàn)物，小到手表、鑰匙，大到汽車、樓房，只要嵌入一個(gè)微型感應(yīng)芯片，把它變得智能化，這個(gè)物體就可以“自動(dòng)開(kāi)口說(shuō)話”。再借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，人們就可以和物體“對(duì)話”，物體和物體之間也能“交流”，人們的生活更智能，更便捷。這就使得對(duì)帶寬、時(shí)延、連接數(shù)要求更高的業(yè)務(wù)和應(yīng)用，比如VR/AR、高清視頻、無(wú)人駕駛、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)等成為可能。5G被視為實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的“助燃劑”5G因?yàn)槠涓咚俾?、低時(shí)延、海量連接等特性能夠?yàn)楣I(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，而被視為實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的“助燃劑”。那么，5G是如何助燃工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的？據(jù)悉，要想節(jié)省工廠效率，實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，就需要完成工業(yè)自動(dòng)化的工業(yè)控制，而這需要端到端毫秒級(jí)的超低時(shí)延和接近100％的高可靠性通信做保障。5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)能夠?yàn)楣I(yè)應(yīng)用分配專屬的低時(shí)延高可靠切片，并通過(guò)切片內(nèi)部參數(shù)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)可根據(jù)業(yè)務(wù)需求變化自動(dòng)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并可針對(duì)不同企業(yè)的多樣產(chǎn)品需求進(jìn)行更細(xì)粒度切片，從而可以較低成本滿足垂直行業(yè)需求。盡管5G還未走進(jìn)現(xiàn)實(shí)，華為、中興、愛(ài)立信、諾基亞等國(guó)際主流設(shè)備商在加緊研發(fā)5G技術(shù)的同時(shí)，都在積極與垂直行業(yè)合作，利用其端到端無(wú)線網(wǎng)絡(luò)試水工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。5G還具有工業(yè)級(jí)的可靠性和實(shí)時(shí)性，將為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)支撐。華為曾展示了5G助力智能制造實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)的縮影。據(jù)悉，該應(yīng)用通過(guò)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接了“工廠”中的9臺(tái)WAVE機(jī)器人，它們通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的形成分工協(xié)作，能夠快速地根據(jù)需求組裝3種不同的圓珠筆，基至將買家的名字刻在筆殼上。此外，愛(ài)立信也將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為5G的殺手級(jí)應(yīng)用，并在MWC2018上和中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合展示了智能工廠，該應(yīng)用是利用5G網(wǎng)絡(luò)切片能力，支撐產(chǎn)線產(chǎn)品的定制化組裝能力，對(duì)產(chǎn)線上的配件信息實(shí)時(shí)采集，借助云端人工智能進(jìn)行識(shí)別和匹配，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果，驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂完成產(chǎn)品組裝。同時(shí)，諾基亞也與中國(guó)移動(dòng)共同展示了5G網(wǎng)絡(luò)切片在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了液壓自動(dòng)化高精度控制和作業(yè)場(chǎng)地實(shí)時(shí)監(jiān)控的業(yè)務(wù)演示，展示了5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐。可以發(fā)現(xiàn)，雖然工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方興未艾，5G仍在路上，但5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合已是必然，也必將創(chuàng)造更大的價(jià)值。5G將成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)重要支撐工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)體系和互聯(lián)網(wǎng)體系融合的產(chǎn)物。我國(guó)各地企業(yè)的工業(yè)水平層次不齊，工業(yè)變革必須從單點(diǎn)的信息技術(shù)應(yīng)用向全面數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化轉(zhuǎn)變。5G成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的重要技術(shù)支撐。URLLC+（MBB+URLLC）+mMTC：支持工廠內(nèi)工業(yè)控制、信息采集、先進(jìn)人機(jī)交互的應(yīng)用需求；5G網(wǎng)絡(luò)切片：支持多業(yè)務(wù)場(chǎng)景、多服務(wù)質(zhì)量、多用戶及多行業(yè)的隔離和保護(hù)；5G邊緣計(jì)算，支持及提升制造工廠內(nèi)邊緣智能化；高頻+多天線，支持制造工廠內(nèi)的精準(zhǔn)定位和高帶寬。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)5G關(guān)鍵技術(shù)--5G時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為3GPPR16階段工作重點(diǎn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)5G關(guān)鍵技術(shù)，5G高可靠性，控制信道支持更高聚合等級(jí)，提升控制信道可靠性。5G低時(shí)延技術(shù)，在以太網(wǎng)里做了關(guān)鍵改造，保證端到端的時(shí)延。5G網(wǎng)絡(luò)切片，面向不同的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，能夠保證在不同業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景中達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)。5G邊緣計(jì)算加速工業(yè)IT及OT網(wǎng)絡(luò)融合，通過(guò)邊緣數(shù)據(jù)處理、跟蹤及聚合能力的增強(qiáng)，提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的高可靠、低時(shí)延等性能指標(biāo)，提供更好的安全和用戶隱私，優(yōu)化資源共享和用戶體驗(yàn)。5G時(shí)代的智能邊緣計(jì)算AI-EC平臺(tái)2017年9月初華為透露：首款搭載AI芯片的商務(wù)手機(jī)將于10月發(fā)布并提出：MobileAI=On_DeviceAI+CloudAI。無(wú)獨(dú)有偶，一周后蘋果公司也發(fā)布了搭載A11可以人臉識(shí)別的史上最貴手機(jī)。那么On_DeviceAI將不可避免嗎？另外一種選項(xiàng)供參考：MobileAI=5G_Device+AI-EC。所謂的智能邊緣計(jì)算（AIoverEdgeComputing,以下簡(jiǎn)稱AI-EC）是指在5G邊緣（可理解在基站端）提供各類AI推理算法資源和相應(yīng)的可編程AI計(jì)算資源的公共平臺(tái)。其中的算法資源，主要以客觀世界目標(biāo)的視覺(jué)識(shí)別，音頻識(shí)別以及自然語(yǔ)言處理為代表的通用類的AI推理算法軟件。而另一個(gè)可編程AI計(jì)算資源是由以GPU及TensorRT為代表的軟硬件服務(wù)器支撐平臺(tái)，用以承載和加速前者AI算法的推理計(jì)算，也可承載在線弱監(jiān)督學(xué)習(xí)的訓(xùn)練或其他GPU應(yīng)用。這種AI-EC平臺(tái)所提供的AI推理服務(wù)如同在線函數(shù)庫(kù)調(diào)用一樣，你給它視頻或圖片，它返給你識(shí)別結(jié)果；你給他中文語(yǔ)音，它給你翻譯成目標(biāo)語(yǔ)言。今后億萬(wàn)個(gè)物聯(lián)網(wǎng)終端，智能穿戴等5G終端不必非得安裝智能芯片及相關(guān)軟件同樣可以擁有智能，因?yàn)橥ㄓ玫腁I推理功能已從終端剝離并轉(zhuǎn)移到AI-MC平臺(tái)上。（說(shuō)白了就是智能產(chǎn)業(yè)將被縱向分割：會(huì)做終端的專做終端，懂算法的專做算法，5G將成為產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上下游的總線紐帶）一.AI-EC的架構(gòu)二.AI-EC的功能深度學(xué)習(xí)的推理服務(wù)。霧智能終端將視頻，音頻，語(yǔ)言等上傳至AI-EC平臺(tái)，由其平臺(tái)上相關(guān)已訓(xùn)練好的推理模塊進(jìn)行推理，然后將結(jié)果反饋給霧智能終端。高性能計(jì)算池服務(wù)。很多對(duì)GPU依賴的應(yīng)用可以不受時(shí)間、空間及移動(dòng)速度的限制。例如現(xiàn)場(chǎng)指紋推理，哈希算法(對(duì)加解密和區(qū)塊鏈的支撐)，快速傅立葉變換，蒙特卡羅等等。“串流”云游戲服務(wù)。5G時(shí)代的云游戲市場(chǎng)將會(huì)進(jìn)一步增大，玩家不必?fù)碛歇?dú)立顯卡，也可以通過(guò)“串流”黑科技來(lái)感受類似效果的云游戲。AI-EC的云游戲模塊可以根據(jù)玩家的操控將游戲效果渲染成視頻流下推給玩家的5G終端，玩家不受地點(diǎn)限制可以在高鐵地鐵上。例如GeForceNow云游戲，其官方建議20Mbps則可實(shí)現(xiàn)720P畫(huà)質(zhì)、60fps幀速；除此之外，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延需小于60ms。視頻業(yè)務(wù)審核服務(wù)。5G時(shí)代手機(jī)戶外現(xiàn)場(chǎng)直播重大活動(dòng)或事件將成為可能。而直播視頻中是否有不合法的內(nèi)容（如暴力，色情，極端宗教及敏感議題等）必須借助AI來(lái)實(shí)施審核并采取相應(yīng)措施。VR等實(shí)時(shí)渲染服務(wù)。隨著渲染需求的不斷加大以及VR/AR等應(yīng)用的日益普及，坐在飛速行駛的高鐵上也可以感受VR，可以即時(shí)渲染出個(gè)性化產(chǎn)品設(shè)計(jì)效果，裝修設(shè)計(jì)效果等，影視短片的后期效果等。例如可以即時(shí)渲染出女士本人穿上網(wǎng)購(gòu)服裝的效果。三.

AI-EC的特點(diǎn)a.

網(wǎng)絡(luò)時(shí)延優(yōu)勢(shì)：邊緣位置優(yōu)勢(shì)保證了時(shí)間敏感的實(shí)時(shí)類應(yīng)用的AI推理時(shí)延要求。b.

網(wǎng)絡(luò)分布優(yōu)勢(shì)：AI-EC讓廣泛分布的推理申請(qǐng)?jiān)谀┒司偷玫浇Y(jié)果，既減少了網(wǎng)絡(luò)流量，又降低了云中心集中推理的計(jì)算壓力。例如上萬(wàn)個(gè)監(jiān)控視頻的推理需求，動(dòng)態(tài)應(yīng)急布設(shè)監(jiān)控及無(wú)人機(jī)監(jiān)控等。c.

智能終端減負(fù)：物聯(lián)網(wǎng)、智能穿戴等終端的體積，重量，功耗，成本以及價(jià)格都將因此而降低，同時(shí)也降低了終端的研發(fā)門檻，有利于5G終端的廣泛普及。d.產(chǎn)業(yè)布局靈活：人工智能的各種算法發(fā)展日新月異，組合千變?nèi)f化，研發(fā)的人員及硬件成本越來(lái)越高，這些將由AI-EC營(yíng)運(yùn)商解決。AI應(yīng)用產(chǎn)業(yè)被縱向分解成算法服務(wù)商和終端供應(yīng)商。e.

非商業(yè)屬性：AI-EC平臺(tái)一般將由國(guó)有控股的電信運(yùn)營(yíng)商來(lái)承建，其公共屬性有利于將人工智能服務(wù)作為像電力、天然氣和通訊網(wǎng)絡(luò)一樣的市政設(shè)施供應(yīng)給千家萬(wàn)戶。有利于政府、教育、醫(yī)療，軍工等公共機(jī)構(gòu)充分利用AI-EC平臺(tái)上的算法資源和計(jì)算資源，有利于相關(guān)部門對(duì)人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行規(guī)劃，引導(dǎo)，管理及法律法規(guī)制定等，有利于將5G與AI-EC整體打包像高鐵一樣輸出給其它國(guó)家。人臉識(shí)別鑒權(quán)技術(shù)：目前我國(guó)公安部相關(guān)研究所已立項(xiàng)“多維身份可信認(rèn)證系統(tǒng)”，當(dāng)海關(guān)、機(jī)場(chǎng)，車站，酒店，銀行以及特殊單位等機(jī)構(gòu)需要鑒權(quán)時(shí)，應(yīng)有統(tǒng)籌法律法規(guī)約束。醫(yī)學(xué)影像輔助診療：同樣應(yīng)由國(guó)家相關(guān)部門在大數(shù)據(jù)標(biāo)注與訓(xùn)練，隱私保護(hù)，相關(guān)識(shí)別技術(shù)的商業(yè)化與非商業(yè)化推廣及醫(yī)院相關(guān)區(qū)域的AI-EC覆蓋等，應(yīng)有統(tǒng)籌法律法規(guī)約束。其它公共事業(yè)的AI部署：如AI教學(xué)、AI職業(yè)培訓(xùn)、科研院所的公用計(jì)算資源部署、AI市政公共設(shè)施、智能交通管理、AI家庭設(shè)施等部署，管理，法律法規(guī)約束等。四.AI-EC帶來(lái)的選擇a.

霧智能終端與硬智能終端的選擇：前者適合在網(wǎng)絡(luò)覆蓋良好的城市區(qū)域內(nèi)使用通用類的、復(fù)雜度高的、變化快的、對(duì)功耗和成本要求比較苛刻的終端AI智能應(yīng)用；后者允許在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不確定的鄉(xiāng)村，山區(qū)，荒漠，海上等區(qū)域，使用AI需求相對(duì)固定的、變化少的以及對(duì)時(shí)延要求極端苛刻的AI智能應(yīng)用。b.

AI-EC霧端還是商業(yè)云端的選擇：對(duì)時(shí)延要求高的，集中推理壓力大的，業(yè)務(wù)敏感或不適合在商業(yè)云使用的應(yīng)用可選擇前者。第四次(人工智能)產(chǎn)業(yè)革命的春風(fēng)已經(jīng)撲面而來(lái)，它開(kāi)始漸漸地沖擊著各個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)甚至是人類文明。東西方的主要高科技巨頭都在AI計(jì)算資源和AI人才資源爭(zhēng)奪上以及AI產(chǎn)業(yè)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的制定上豪賭般地投入，無(wú)疑他們是有遠(yuǎn)見(jiàn)的。作為經(jīng)濟(jì)大國(guó)的中國(guó)在4G時(shí)代已通過(guò)網(wǎng)購(gòu)，手機(jī)支付，共享單車等業(yè)務(wù)嶄露頭角，那么在5G時(shí)代是否可以從頂層設(shè)計(jì)來(lái)與時(shí)俱進(jìn)，通過(guò)AI-EC來(lái)推動(dòng)人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智能穿戴等終端在各行各業(yè)的普及，從而提高效率或解決原來(lái)解決不了的問(wèn)題，幫助中國(guó)早日成為科技強(qiáng)國(guó)并引領(lǐng)人類在AI領(lǐng)域的發(fā)展！5G技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用5G技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用5G的技術(shù)特點(diǎn)可以用“快”“穩(wěn)”“密”來(lái)形容。第一，5G“快”——在5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋下，下載一部分辨率達(dá)到4K的電影理論上不超過(guò)18秒，但速度帶來(lái)的不僅是量變。業(yè)界人士認(rèn)為，5G將給“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/混合現(xiàn)實(shí)”（AR/MR）技術(shù)帶來(lái)新生。第二，5G“穩(wěn)”——5G最顯著的特點(diǎn)是低時(shí)延和高可靠，即在任何環(huán)境下都表現(xiàn)穩(wěn)定。第三，5G“密”——5G網(wǎng)絡(luò)每平方公里可支持100萬(wàn)臺(tái)設(shè)備，非常有助于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。美國(guó)消費(fèi)技術(shù)協(xié)會(huì)的市場(chǎng)研究業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人史蒂夫·柯尼格引用了業(yè)界常說(shuō)的一句話——過(guò)去30年將人連接起來(lái)，接下來(lái)30年會(huì)將物連接起來(lái)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織“第三代合作伙伴計(jì)劃”（3GPP）定義了5G的三大場(chǎng)景，即增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、低時(shí)延高可靠和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，正好對(duì)著“快”“穩(wěn)”“密”三個(gè)特點(diǎn)。5G和智慧制造5G時(shí)代的到來(lái)會(huì)使很多東西發(fā)生改變：1、人機(jī)交互速度更快5G的低延遲技術(shù)將會(huì)將延遲降低到前所未有的1ms；此外，20Gb/sec的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)速度，能夠同時(shí)連接更多設(shè)備。2、安全性能更高為了防止機(jī)器人傷害人類或造成損害，目前，機(jī)器人大都配備了緊急停止按鈕。但是如果按鈕在所需的時(shí)刻無(wú)法觸及怎么辦？以后通過(guò)5G連接無(wú)線控制，就可以緊急停止。3、生產(chǎn)系統(tǒng)更靈活性和成本優(yōu)勢(shì)通過(guò)無(wú)線機(jī)器到機(jī)器和機(jī)器到云的通信為機(jī)器人生產(chǎn)系統(tǒng)提供更大的靈活性和成本優(yōu)勢(shì)。華為XLabs已有實(shí)驗(yàn)，機(jī)器人手臂在精確同步和協(xié)作中表演舞蹈和擊鼓，已實(shí)現(xiàn)1ms時(shí)鐘同步和99.999％可靠性的低延遲時(shí)間。4、實(shí)現(xiàn)未來(lái)工廠到個(gè)人定制5G時(shí)代，移動(dòng)通信將實(shí)現(xiàn)機(jī)器人、運(yùn)營(yíng)商和整個(gè)工廠之間的無(wú)縫連接解放數(shù)字制造的全部潛力，在未來(lái)的工廠中，每個(gè)人和所有人都將保持聯(lián)系，依靠工業(yè)云提供的制造服務(wù)，個(gè)人可以直接下單到工廠完成定制生產(chǎn)。5、降低生產(chǎn)本身的運(yùn)營(yíng)和管理成本5G的速度提高將簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)收集并實(shí)現(xiàn)對(duì)工作流程的全面和持續(xù)監(jiān)控，這將有助于降低生產(chǎn)本身的運(yùn)營(yíng)和管理成本。5G在制造業(yè)中的應(yīng)用場(chǎng)景1、自動(dòng)化控制5G可提供極低時(shí)延長(zhǎng)、高可靠，海量連接的網(wǎng)絡(luò)，使得閉環(huán)控制應(yīng)用通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接成為可能。如基于華為5G的實(shí)測(cè)能力：空口時(shí)延可到0．4ms，單小區(qū)下行速率達(dá)到20Gbps，小區(qū)最大可支持1000萬(wàn)＋連接數(shù)。那么自動(dòng)化控制在云端，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)，對(duì)系統(tǒng)的控制周期內(nèi)每個(gè)傳感器進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸給控制器以控制執(zhí)行就成為可能。2、生產(chǎn)可視化5G技術(shù)可在28GHz超高頻段以每秒1Gbps以上的速度傳送數(shù)據(jù)，利用該技術(shù)，下載一部高畫(huà)質(zhì)（HD）電影只需一秒鐘。如此，完全可以做到現(xiàn)場(chǎng)的及時(shí)監(jiān)控。3、遠(yuǎn)程維護(hù)5G的低延時(shí)，與遠(yuǎn)程的設(shè)備、生產(chǎn)幾乎同步，可以通過(guò)遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修和維護(hù)。4、分布式設(shè)計(jì)目前的遠(yuǎn)程協(xié)同、分布式設(shè)計(jì)，還具有時(shí)延性，未來(lái)5G大規(guī)模應(yīng)用之后，這種時(shí)延性幾乎可以忽略不計(jì)。5、工業(yè)AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR在5G的環(huán)境下，可以云端到AR顯示內(nèi)容的云端回傳需要小于20mms，在未來(lái)智能工廠生產(chǎn)過(guò)程中，將發(fā)揮