基于5G的極其視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)景分析研究

摘要：ITU（International Telecommunication Union，國(guó)際電信聯(lián)盟）為第五代移動(dòng)通信（5G）定義了eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）、mMTC（海量大連接）、uRLLC（低時(shí)延高可靠）3種特性，以全新的移動(dòng)通信系統(tǒng)架構(gòu)，提供10Gbit/s的峰值速率、毫秒級(jí)的傳輸時(shí)延和千億級(jí)的連接能力。5G將開啟萬(wàn)物互聯(lián)的新時(shí)代，同時(shí)，作為第四次工業(yè)革命的重要基石，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是5G最重要的應(yīng)用場(chǎng)景，5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為重要的探索方向。進(jìn)入工業(yè)4.0時(shí)代，工業(yè)企業(yè)均面臨生產(chǎn)及服務(wù)轉(zhuǎn)型，5G將成為工業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。機(jī)器視覺(jué)是工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中重要的技術(shù)應(yīng)用，機(jī)器視覺(jué)通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件獲取物體圖像特征點(diǎn)以分析物體特征的技術(shù)手段。基于此，本文對(duì)基于5G的極其視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)景分析研究。

關(guān)鍵詞：5G;視覺(jué)應(yīng)用;場(chǎng)景分析

第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)（簡(jiǎn)稱5G技術(shù)或5G）時(shí)代的到來(lái)，使數(shù)字信息資源的服務(wù)環(huán)境產(chǎn)生了重大變化。5G高速度、高并發(fā)、高兼容、高安全和低時(shí)延等特征，可以為萬(wàn)物互聯(lián)提供超大帶寬，改善數(shù)據(jù)的研究和數(shù)字信息服務(wù)環(huán)境，而人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬/ 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR/AR）等新興技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，促進(jìn)了傳統(tǒng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)媒體業(yè)務(wù)的優(yōu)化和體驗(yàn)升級(jí)，也必然會(huì)推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字資源的智能管理及服務(wù)向更深層次發(fā)展。機(jī)器視覺(jué)（Ma-chine Vision，MV）作為人工智能（AI）的一個(gè)分支，以機(jī)器代替人眼來(lái)做判斷和測(cè)量，幫助人們看得更清楚、更迅速、更廣闊。2020年，隨著5G商用的逐漸鋪開，萬(wàn)物互聯(lián)漸行漸近，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)及其應(yīng)用成為重中之重。

1、5G基本概況

5G是第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，不同于2G到4G時(shí)代重點(diǎn)關(guān)注移動(dòng)性和傳輸速率，5G不僅要考慮增強(qiáng)寬帶，還要考慮萬(wàn)物互聯(lián)、關(guān)鍵技術(shù)、未來(lái)需求、演進(jìn)路徑等多個(gè)維度。5G最初將與現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)合運(yùn)行，然后在后續(xù)版本發(fā)展為完全獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。高速率、低時(shí)延和海量連接是5G網(wǎng)絡(luò)的三大優(yōu)勢(shì)。在峰值數(shù)據(jù)速率方面提升了20倍，由1Gbit/s提升至20Gbit/s;在延遲時(shí)間方面由10ms降低至1ms，支持極低延遲要求的網(wǎng)絡(luò)服務(wù);在連接密度方面由5210設(shè)備量/ 千米提升至6210設(shè)備量/ 千米，支持更多數(shù)量的機(jī)器設(shè)備連接。因此，5G網(wǎng)絡(luò)開始具備滲透垂直行業(yè)的能力，支持的應(yīng)用場(chǎng)景包括增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）、超可靠低時(shí)延通信（uRLLC）以及大規(guī)模機(jī)器通信（mMTC）3大場(chǎng)景。為達(dá)到5G多應(yīng)用場(chǎng)景和多樣化的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求，5G網(wǎng)絡(luò)在MIMO-OFDM的架構(gòu)上進(jìn)行了全新的設(shè)計(jì)，具備新架構(gòu)、新設(shè)計(jì)、新頻段、新天線四大關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)。其中，新架構(gòu)采用CU-DU的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，集中單元（CU）負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)性較低的RRC/PDCP層功能，分布單元（DU）負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)性較高的RLC/MAC/PHY層功能。新設(shè)計(jì)中引入了靈活的幀結(jié)構(gòu)，以達(dá)到不同頻段、不同應(yīng)用場(chǎng)景及不同雙工方式的業(yè)務(wù)需求。新頻段采用多頻段協(xié)同作用方式，首先是高中低頻段聯(lián)合組網(wǎng)，其次是5G與4G頻段之間的交互，即獨(dú)立與非獨(dú)立的組網(wǎng)方式，最后是使用多頻段聯(lián)合傳輸，確保上行覆蓋。新天線采用大規(guī)模天線陣列，相比于4G系統(tǒng)2～8通道的設(shè)計(jì)，在5G中16～64通道的設(shè)備在中頻段成為主流。

2、基于5G的視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)景分析

隨著自動(dòng)化控制的移動(dòng)性需求，如不同位置、地點(diǎn)的制造，甚至柔性制造，對(duì)數(shù)據(jù)采集的移動(dòng)接入提出了新的要求，使用WIFI模塊和云端處理都成為處理移動(dòng)數(shù)據(jù)的一張方式，但是對(duì)數(shù)據(jù)流量、接入數(shù)量、時(shí)延、穩(wěn)定性都提出更高的要求，5G云化機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)解決方案更適合特定場(chǎng)景。5G+機(jī)器視覺(jué)場(chǎng)景的重點(diǎn)集中在以下應(yīng)用場(chǎng)合。（1）可移動(dòng)工業(yè)機(jī)器：工廠視覺(jué)導(dǎo)航工廠自動(dòng)AGV小車應(yīng)用于制造業(yè)中，AGV小車通過(guò)5G+機(jī)器視覺(jué)的處理能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的調(diào)整行走搬運(yùn)的路線，可準(zhǔn)確有效地完成貨物的搬運(yùn)工作，大大提高了企業(yè)生產(chǎn)的柔性智能性以及企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）固定工業(yè)機(jī)器：工業(yè)柔性視覺(jué)采用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的工業(yè)設(shè)備在進(jìn)行柔性制造過(guò)程中，會(huì)采用移動(dòng)技術(shù)特別是5G來(lái)滿足生產(chǎn)需求，提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，讓不適合人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境變成了可能，讓大批量、持續(xù)生產(chǎn)變成了現(xiàn)實(shí)，大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度。重點(diǎn)面向5 大領(lǐng)域：圖像識(shí)別應(yīng)用、圖像檢測(cè)應(yīng)用、視覺(jué)定位應(yīng)用、物體測(cè)量應(yīng)用、物體分揀應(yīng)用。（3）廠區(qū)監(jiān)控設(shè)備：工廠智能監(jiān)控采用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)5G技術(shù)，擴(kuò)展視頻監(jiān)控的移動(dòng)性、范圍和智能化。實(shí)現(xiàn)周界檢測(cè)、越線檢測(cè)、徘徊逗留檢測(cè)、遺失檢測(cè)、遺留檢測(cè)、快速移動(dòng)檢測(cè)、打架檢測(cè)、尾隨檢測(cè)、人群聚集、火災(zāi)煙霧檢測(cè)、PTZ目標(biāo)跟蹤、視頻故障分析、視頻存儲(chǔ)和回放等功能。

3、基于5G的視覺(jué)應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題

3.1? 技術(shù)要求高，資金投入大

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)細(xì)分領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)要求高，需不斷滿足多樣的場(chǎng)景，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景從設(shè)計(jì)、研發(fā)、運(yùn)營(yíng)等全生產(chǎn)要素的需求多樣，個(gè)性化定制要求高，且工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)商、服務(wù)提供商、工業(yè)企業(yè)之間融合融通生態(tài)尚未形成，對(duì)5G關(guān)鍵技術(shù)、融合建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)部署等都有較大挑戰(zhàn)。且5G設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)投資建設(shè)成本大，在一定程度上限制了在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域尤其是中小微型企業(yè)的拓展。

3.2? 虛擬化技術(shù)安全風(fēng)險(xiǎn)

5G網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化通過(guò)虛擬化技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行軟、硬件解耦，并引入通用硬件，將網(wǎng)絡(luò)功能運(yùn)行在虛擬環(huán)境中以實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)配置和集中控制。5G網(wǎng)絡(luò)切片也是采用虛擬化技術(shù)在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建出多個(gè)面向不同業(yè)務(wù)特征的邏輯網(wǎng)絡(luò)，可以同時(shí)支持多種不同類型的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。虛擬化技術(shù)引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)在：一是在共享下層資源的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能或網(wǎng)絡(luò)切片，當(dāng)某個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能或網(wǎng)絡(luò)切片被攻擊時(shí)，攻擊者可以此為跳板攻擊其他功能或切片。二是集中控制功能的點(diǎn)一旦被非法控制或功能失效，將影響整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3? 企業(yè)智能化改造率較低，供需對(duì)接尚待解決

近幾年國(guó)內(nèi)企業(yè)大力推進(jìn)智能制造，但很多企業(yè)還處于工業(yè)2.0向工業(yè)3.0過(guò)渡的階，智能化改造需持續(xù)推進(jìn)，在投入5G技術(shù)改造前需完成生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)線的改造，目前很多工業(yè)企業(yè)尚未達(dá)到5G應(yīng)用條件，這在一定程度上減緩了5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合應(yīng)用速度。同時(shí)目前很多研究和溝通都僅限于通信行業(yè)內(nèi)部，與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)領(lǐng)域供需對(duì)接仍然存在問(wèn)題。

4、基于5G的視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)景分析策略

4.1? 構(gòu)建一體化的5G安全防護(hù)體系

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)空間面臨的網(wǎng)絡(luò)威脅復(fù)雜多樣，存在著從業(yè)余黑客到高度組織化、高水平實(shí)體的多層次網(wǎng)絡(luò)威脅行為實(shí)體。如ATP攻擊常常就是以大國(guó)博弈和地緣安全競(jìng)爭(zhēng)為背景，在高成本支撐下的有組織體系化攻擊，攻擊對(duì)象主要是關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施和重要信息系統(tǒng)，此類攻擊相比于傳統(tǒng)的單點(diǎn)攻擊更難防御，其危害也更大，特別是在5G開啟萬(wàn)物互聯(lián)的情況下。為了做好5G安全防護(hù)工作，不僅需要通過(guò)完善并強(qiáng)化已有的靜態(tài)防護(hù)機(jī)制，還必須加快建設(shè)動(dòng)態(tài)防護(hù)能力體系，建立健全5G網(wǎng)絡(luò)威脅信息共享聯(lián)動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)兼顧結(jié)合面與覆蓋面的一體化防護(hù)能力體系。其中“結(jié)合面”是指網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力與物理設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、應(yīng)用數(shù)據(jù)和用戶等各個(gè)層級(jí)的深度結(jié)合，“覆蓋面”是指將網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力部署到從網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施到應(yīng)用系統(tǒng)的每一個(gè)部分。從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)威脅監(jiān)測(cè)、全局態(tài)勢(shì)感知、預(yù)警防護(hù)、聯(lián)動(dòng)應(yīng)急處置一體化的動(dòng)態(tài)綜合防御能力。

4.2? 加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，引入社會(huì)資本

鼓勵(lì)行業(yè)龍頭企業(yè)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)供應(yīng)商、科研院所、高校等政產(chǎn)學(xué)研多方力量通過(guò)建立5G創(chuàng)新中心、研發(fā)中心、實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等聯(lián)合推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品的研發(fā)工作和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，打造5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，建立融合應(yīng)用生態(tài)。充分利用大數(shù)據(jù)、工業(yè)和信息化、科技等專項(xiàng)資金的撬動(dòng)作用，鼓勵(lì)民營(yíng)企業(yè)積極投資5G發(fā)展，鼓勵(lì)與基金、銀行信貸合作研發(fā)5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)金融產(chǎn)品，扶持中小微工業(yè)企業(yè)開展5G應(yīng)用。

4.3? 打造多方參與協(xié)同的安全治理格局

5G技術(shù)在各領(lǐng)域應(yīng)用的深入，將逐漸打破經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域的邊界，網(wǎng)絡(luò)安全與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、能源和醫(yī)療等垂直領(lǐng)域?qū)嶓w安全問(wèn)題融合交織，安全風(fēng)險(xiǎn)不斷變化，這就需要持續(xù)開展安全風(fēng)險(xiǎn)跨領(lǐng)域、跨行業(yè)評(píng)估，強(qiáng)化評(píng)估結(jié)果轉(zhuǎn)化和運(yùn)用，并結(jié)合5G各垂直領(lǐng)域特點(diǎn)開展行業(yè)應(yīng)用相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)研究。同時(shí)要充分發(fā)揮政府部門、企業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)化組織、研究機(jī)構(gòu)和用戶等各方的能動(dòng)性，明晰各方安全責(zé)任，打造多方參與協(xié)同的5G安全治理格局。另外要明確5G產(chǎn)業(yè)鏈中設(shè)備供應(yīng)商、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、應(yīng)用服務(wù)提供商等各個(gè)不同主體的安全責(zé)任和義務(wù)，加強(qiáng)各個(gè)主體之間的協(xié)同合作，不斷完善關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)信息治理和個(gè)人信息保護(hù)等相關(guān)法律法規(guī)和制度，確保設(shè)備供應(yīng)商、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)提供商等各主體把所擔(dān)負(fù)的職責(zé)落到實(shí)處。

5、結(jié)束語(yǔ)

5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要融合應(yīng)用發(fā)展，需要社會(huì)各方共同努力，完善頂層設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定，同時(shí)引入專業(yè)人才和民間資本，共同探索多方共贏的商業(yè)合作模式，以5G獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)助力在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域形成轉(zhuǎn)型升級(jí)新模式，培育新增長(zhǎng)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)要素重構(gòu)。

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作者簡(jiǎn)介：

史夢(mèng)露，女，漢族，就讀于東南大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，研究方向：經(jīng)濟(jì)管理.