香港应用科技研究院 (应科院)总监刘辛怡

万物互联 基建当先

工业AI是人工智能（AI）技术与工业物联网在实际应用中的融合。工业物联网实现车间设备，如机床、机器人、自动导引运输车 (AGV) 等 “万物互联”为AI提供源源不断的数据支撑，而AI则通过对海量数据的精准分析，获得洞察力，可以准确预测设备运行或用户习惯，工业AI使设备更加“聪明”，工厂的运作更加灵活，高效和节能，用户体验更加丰富。并使工人从大量高强度，重复型的制造业中解放出来。AI也可用于完成最困难，最危险的任务。

工业物联网的建设首当其冲，是实现工业AI的重要组成部分。 5G，即第五代移动通信技术，网络兼具高带宽、低时延、大容量终端设备接入、高可靠传输等特点，能为工业AI提供强有力的基础设施，正在成为工业AI网络的选择。

工业AI网络面临的挑战

5G可以成为工业AI的加速器，但是工业界具有一系列独特的挑战。除了对网络容量的需求持续增长，对网络的可用性，可靠性，延迟，抖动，部署设备的密度等方面都有更高的性能要求，概括如下：

l  超低的端到端延迟和传输的高可靠性，例如要求支持定期的确定性信息通信 ，即数据的传送在时间和可靠性两方面都要有保证。

l  数据分析：包括支持敏感数据（例如控制信息，告警信息）的实时分析，以及大数据采集和分析。这除了要求网络要保证超低的端到端延迟，还要求网络有快速数据分析处理能力。

l  网络的信息安全问题。一旦工业网络信息的保密性、完整性、可靠性、可控性、可用性遭到破坏，将造成不可估量的损失。

5G技术赋能工业AI

5G在无线领域和系统架构方面不断创新，使其能够更好地满足高性能工业AI的要求。5G的超可靠的低延迟通信（URLLC）支持工业机器人自由移动、自由组装、自由转换生产线，降低生产成本且快速适应改变。5G大带宽能力（eMBB）使能高清视频实时监控生产线质量，并支持引入可穿戴工业设备+AR技术，颠覆性地改变工业控制中的人机交互方式。5G标准的第二个版本（3GPP Rel.16）更是进一步添加了支持工业物联网的功能，例如时间敏感网络、服务质量（QoS）、定位、以及支持5G专网应用等更多功能，从而使5G网络能够支持具有确定性和时效性的实时信息交互，支持多种关键任务应用。5G系统已经成为所有工业领域中更为普遍的技术焦点，下面列举一些5G支持工业AI的关键技术。

5G时间敏感网络

5G 时间敏感网络（Time Sensitive Networking, 5G-TSN）是针对工业物联网应用的功能。 5G-TSN支持在与5G连接的设备之间实现精确的时间同步、高可靠性、并具有确定性低的延迟，保证整个网络中实时关键数据的延迟时间。同时，5G-TSN支持具有不同优先级数据的混合传输，适用于过程控制、自动化、协作机器人以及自动驾驶汽车和无人机等应用。

5G精确定位功能

工业的许多应用对提高设备定位精度的需求很高。5G在Rel-16中增加了定位支持。而Rel-17将进一步提高定位延迟，容量和精度，直至厘米级。基于无线移动网络的定位的好处是对现有GNSS（全球导航卫星系统）的补充，它可以在室外和室内位置都很好地工作。其这对于资产跟踪和AGV控制等工业物联网用例尤为重要。

5G非授权频谱共享技术

工业专有网络除了可以保证无线信号的覆盖，同时，获得网络控制权，以确保网络的安全性和数据隐私，以及支持要求苛刻的应用 （例如网络的性能可预测和网络可靠性有保障）。5G技术特别适合工业物联网应用。而利用无需授权频谱（WiFi频谱）是降低5G网络部署成本的一种有效方法。3GPP 版本16支持5G NR-U，即5G工作于Wi-Fi频段，并通过频谱共享机制与WiFi 公平共存。相比于Wi-Fi “尽力而为” 的工作模式，5GNR-U的数据传输保障机制提供更高的质量保证。

5G云网络及边缘计算

5G采用云化的端到端网络架构和新技术，可以灵活，高效的地提供多种不同的业务服务：

l  云化无线接入网（Cloud RAN）：其集中式基带池（BBU Pool）具有高计算处理能力和资源虚拟化，可以灵活地对无线接入网络进行重构，实现资源共享和无线网络功能按需部署。

l  云构架核心网络：通过控制面和用户面（CP/UP）分离、功能模块化、以及统一的数据库管理技术简化核心网络架构，实现网络功能的按需配置。

l  边缘计算（MEC）： 5G边缘计算可以在保护工厂本地数据的安全性和隐私的同时，支持实现高速快捷的智能AI技术应用。

l  网络切片与编排： 在同一物理网络的基础上，基于应用来自动的生成，维护，终止逻辑隔离的独立运行网络，提供具有QoS保障的多业务服务， 同时又可降低网络的运营成本。

 应科院5G工业物联网技术和解决方案

香港应用科技研究院拥有领先的5G基站技术、5G 核心网软件、边缘计算以及网络切片和编排技术，可为企业提供端到端一站式解决方案；亦可根据行业需要量身定制，协助企业在不同的应用场景发挥网络的最大价值。

l  5G基站：应科院开发的5G基站采用开放式无线电接入网络（O-RAN）模式，容让企业以应科院开发的软件，配置O-RAN开放标准的硬件，使基站成本减至最低。

l  非授权频谱共享专网：应科院的5G基站支持频谱共享，支持企业利用Wi-Fi非授权频谱，轻松部署自己的5G企业网络（例如智能工厂）并享受5G系统的高质量服务。

l  5G核心网/网络切片与编排器：应科院开发了5G核心网、网络切片与编排器一整套基于通用服务器的核心网产品解决方案，满足3GPP 5G标准，基于云和虚拟化网络架构，并具备可拓展性和专有功能定制。

l  边缘计算平台：应科院的研发边缘计算平台，支持数据的网络边缘就近分流和分析处理，不仅节省网络传输资源，同时降低数据处理的时延，安全可靠。

下图是应科院提供的端到端低成本快速部署的5G网络方案，可以实现包括专有网络，车联网，工业互联网等全新的应用场景。

应科院5G端到端网络解决方案

应科院5G+AI应用举例:  工业自动导引车 (AGV)

应科院与工业界伙伴合作开发了5G+AI 智慧工厂 自动导引车（Automated Guided Vehicle, AGV）。 AGV可将车顶镜头影像透过5G网络快速传输到服务器，同时，AGV可自动完成物体识别、定位与跟踪，在无人驾驶的状态下通畅行驶、完成指定的物品运载工作。

应科院与工业界伙伴合作开发的5G+ AI 智慧工厂-AGV

小结：工业AI正在得到业界广泛的关注，蓬勃发展，推动工业领域的变革和效能取得重大增长。而5G技术具有加速和增强工业物联网（IIoT）的潜力，正在成为未来工业AI的 “新基建”。应科院期待与业界携手合作，为工业AI的发展和创新做出贡献。