云网融合：工业智能时代的新基础设施

Posted 2022-08-11 边缘计算社区

工业智能领域近年来涌现了大量优秀的初创企业，在机器视觉、能耗管理、智能排产等细分应用场景中取得了不错进展。但新应用的部署与价值释放离不开过硬的基础设施的支撑。

面对不断升级的新场景与新应用，传统的工业网络与算力变得越来越捉襟见肘，而这种割裂正在与日俱增。

我们认为工业智能的全面实现，在应用层面的创新之外，还需要深入工业现场的基础设施层面进行变革。在全新基础设施的支撑下，上层应用只需要简单配置好所需的带宽、时延、计算资源等维度，即可实现快速部署上线，使更多前沿创新在工业场景中开花结果，带来更显著的效率提升。

本期晨思将从这个角度切入，尝试分析云网融合的必要性、重要性以及价值创造。欢迎行业内的公司一起来探讨。

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作者 | 辛若豪 晨山资本副总裁

关注领域 | 机器人&物联网

邮箱 | [e-mail]

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 工业智能时代，需要全新的基础设施 

在过去的二十年中，中国工业在改革开放、人口红利等多种因素的支持下实现了高速发展。截至2022年，中国的工业总产值已达30万亿，工业体系逐步发展完善。当前，国内工业的发展重点，也从传统的自动化、信息化，逐渐转向智能化改造和数字化转型的建设，进一步满足提质增效、柔性生产、安全作业等新兴需求。2020-2022年期间新冠疫情的影响，也促使工厂在无人化管理方面的意识进一步提高。在这样的背景下，我们看到工业智能领域涌现了大量的优秀初创企业，在数字工厂、机器视觉、能耗管理等工业智能细分应用场景中取得了不错的进展。

我们认为工业智能的全面实现，不仅需要在应用层面实现从0到1的创新，工业的现场基础设施也需要迎来全新变革，帮助工业客户更好地协调、管理现场环境，为上层应用提供有效的能力支撑，进一步推动工业4.0的发展进程。

▲ 晨山资本内部整理

我们看到，工厂现场的网络和计算能力层面，仍存在着较大的提升空间。

网络层面

1. 传统工业现场的有线网络设施开始成为应用瓶颈。传统工业网络的部署，主要基于有线网络完成对各类设备的控制。伴随着工厂现场不断的升级更新，现场有线网络的架构变得愈加复杂，难以保证网络可靠性和实时性。同时，有线网络也无法支撑移动机器人、设备健康管理等对移动性和微型化有天然需求的新型应用。

2. 复杂的网络架构和不兼容的工业协议，导致了大量的数据孤岛。传统工业系统架构均为独立「系统孤岛」，网络层面协议难以互联互通，数据流、业务流难以实现融合，工业系统、应用难以发挥数据价值。

3. 对比传统工控类需求，新一代智能应用对网络性能方面都有更高的要求。这促使工厂不得不搭建额外的通信基础设施，现场多种异构网络并存（甚至为某一单一应用独立组网），进一步提高了建设成本和运维难度。

计算层面

1. 工业现场存在着大量的专用计算节点，包括PLC、工控机等不同的硬件形态。这些专用计算节点的单点算力有限，生态相对封闭，难以有效支撑新型应用的部署。

2. 当前的智能应用受限于端侧算力限制，厂商需要在牺牲部分性能使用嵌入式方案，或使用更加昂贵的现场专用算力之间进行艰难取舍。

畅想未来，我们相信未来在工业这样的核心场景中，IT&CT技术将实现更加深度的融合。未来的工业现场基础设施，将会深度集成网络链接、边缘计算、工业协议解析等基础能力，成为支撑工业数字化、智能化应用的云网融合基础设施平台。

在云网融合基础设施的支撑下，上层应用只需要简单配置好所需的带宽、时延、计算资源等维度，即可实现快速部署上线，这会显著降低新型产品和应用在工厂中的部署难度，使得更多前沿创新在工业场景中开花结果，带来更显著的效率提升。

02

 工业专网应运而生，带来更多想象空间 

▲ 图片来源：VIAVI Solutions，Exploring Factories of the Future

专网(Private Network)的概念存在已久。与主要面向社会大众的公网有所区分，专网主要是为了解决特定行业/特定需求而存在的。

出于对安全性的考量，我国为国防、电力、机场、港口、公共安全、应急通信等特殊场景规划了部分专用频谱资源，使得这些行业的主要运营方在此基础上构建专用网络，支撑多种实际应用。围绕这些行业的专网建设需求，也催生出了海能达、鼎桥等上市公司。

在工业、交通等新型的领域，行业专网需要面对的参与方更加多元化，服务的上层应用也对网络的带宽、连接数、可靠性、实时性等各方面提出了更高要求——单纯采用按需求定制的传统模式，已经无法满足不断演进、持续变化的需求。5G作为新一代通信技术的代表，在此前的标准制定中就已经充分考虑了来自通信设备商、运营商、产业方对应用场景的需求定义，能够更好地服务场景需求。

工业专网的加速发展，离不开通信频谱资源的进一步开放。过去几年中，美国、日本、韩国、德国等国家都陆续划分出了工业专用的授权频谱资源。这使得企业有机会通过与运营商合作或者自主建设的方式，构建更符合自身需求、更加安全可控的专网方案。在德国、美国等地，我们已经能够看到通信设备商、运营商和工业客户开展了工业专网方面的积极尝试。

德国-工业专网案例

 库卡 

基于诺基亚的平台，库卡计划在自身智能机器人和自动化解决方案产业中部署了5G技术。诺基亚数字自动化云(NDAC)园区网络和应用平台提供可靠的高带宽、低延迟专网、本地边缘计算能力、语音和视频服务以及一系列应用程序。平台还支持工业连接器，方便采用标准和行业特定协议的设备快速接入。

 大众汽车 

计划将5G专网部署在位于沃尔夫斯堡的工厂中，用于带宽密集型工业任务，包括管理工厂中近5,000个联网的机器人。

日本-工业专网案例

 富士通 

富士通在日本小山工厂部署了5G专网，以支撑智能视频安全监控、实时传感器数据采集、高密度AGV控制等多种应用。同时，富士通也在和趋势科技深度合作提升5G专网的安全防御能力。

通信产业链的发展与通信标准的制定密不可分。在历代通信标准制定的过程中，通信设备商、运营商和终端客户能够围绕未来潜在应用场景以及所需要实现的网络性能指标达成更好的共识。对比4G网络，5G在发布初期就充分考虑了产业应用需求。在5G建设初期，行业的关注重点主要集中在实现比4G更高传输速率的eMBB模式，主要服务于消费者的日常需求，以及AR/VR等新型应用。伴随着5G标准R16、R17的正式冻结，更加适用于工业场景的uRLLC、mMTC等模式有望得到更加丰富的应用。

▲ 数据来源：IDC，Private 5G: Empowering Digitalization for Enterprise and Industrial Organizations

从创新的视角来看，5G专网能够带来众多差异化的优势。

优势一：更高的可靠性和更低时延

工业现场无线化的挑战来自于满足场景的严苛性能要求。对比WiFi、4G等其他方案，5G能够实现更高的可靠性（99.999%-99.9999%）与更低的时延（端到端<10ms），使得无线方案能够进入更多mission critical的应用场景。

▲ 数据来源：IEEE， Private 5G: The Future of Industrial Wireless

优势二：更灵活、易用的编排管理

通过网络切片的方式，5G专网可以实现对不同应用对网络传输和计算需求的可靠支持。AI&ML等技术能力可以根据工厂实际业务需求，整合整网可用资源，有效判断和调度网络需求，实现建网成本最优化方案，打造出量身定制的切片专网。在AI驱动的策略管理支撑下，工厂的IT人员只需要做简单的参数配置，就可以完成新型应用的部署或者存量应用的扩容，带来显著的效率提升。

▲ 数据来源：NetMania，Private 5G - The Cornerstone of Industrial Digital Transformation

优势三：更好的安全性

专网模式具有明显的隐私和安全优势。工厂能够在本地网络完成对数据的处理和存储，显著降低工厂敏感数据泄露的风险。基于5G构建的专网方案，也能够更好地借鉴在公网中趋于成熟的网络安全手段，进一步提高安全性。

优势四：更好的边缘计算支撑能力

当前业界对于边缘计算的狭义定义更多局限在端侧，通过算法+芯片之间的深度适配，实现更高的性能。5G+ORAN实现网络和计算节点的融合，通过一套平台实现网络接入和业务计算能力，边缘计算的价值将会得到进一步释放。在5G网络能力支撑下，更多的智能应用可以将应用所需的密集运算聚合到工业现场边缘的算力中心，实现更高效的资源利用和部署运维。

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 产业生态合作，推动工业专网的加速发展 

工业客户是十分现实的，更加看重创新能否真正带来可衡量的价值创造或者效率提升。单纯的云网融合部署，存在较大的前置建设成本，但却很难直接衡量建设带来的经济效益。技术创新企业需要和面向不同场景的应用厂商构建起更密切的合作关系，通过结合新场景的增量新应用创新，或对存量应用的升级改造，展现新型基础设施在支撑数字化、智能化应用方面的价值。我们在部分工业场景中，能够看到类似的合作落地雏形。

存量应用改造

 云化机器视觉 

机器视觉在缺陷检测、抓取等环节已经得到了广泛应用。目前工业视觉应用主要是以单机方式部署在现场，使得后续升级和维护更加困难。基于云网融合的方案，可以利用边缘侧资源完成图像识别和数据存储。工厂在确保自身核心数据不泄露的同时，工业视觉厂商也能通过远程管理的方式管理和迭代模型。

 云化视频监控 

作业规范和生产安全是工厂和监管部门关注的重点。工厂中存在大量不同厂商的存量摄像头，智能化水平不一，缺乏统一管理能力。基于云网融合方案，能够有效对存量设备实现智能化改造和统一管理，降低建设成本。5G专网的高可靠性，有望在未来进一步融合视频监控能力和现场设备控制，帮助工厂对现场突发事故做出更加实时的响应，也能为日常的巡检环节提供有效支撑。

新型应用

 高密度AMR集群控制 

传统无线通信方案在面向更高频率、更高密度、更大覆盖范围的场景中，往往无法胜任。通过5G专网的方式，可以保证机器人集群实时调度的可靠性，为业务高峰期的整体效率提供保障。在结合视觉监控和物联网传感的基础上，也能够帮助工厂和物流客户有效对现场节拍和突发事故实现更精细的管理。

 云化PLC 

PLC在工业自动化控制领域有着广泛的应用。基于云网构建的云化PLC方案，能够在确保通信可靠性、实时性的基础上，实现PLC连接的无线化。这有效解决了工业现场网络结构复杂，工位安排不灵活，管理维护压力持续增加的挑战。这种方案也将促进PLC软硬件的进一步解耦化，在边缘侧承担更多计算任务，从而实现PLC集中部署的效果，提升部署效率，推动能耗管理、预测性维护、智能中控室等各种智能闭环控制类新型应用在工厂中加速落地。

云网融合的成熟，有望进一步解锁工业智能更大的潜力。在过去的两年中，「5G+工业互联网」成为国家行业监管部门重点支持的发展方向，也吸引了包括运营商、设备商以及头部工业厂商的积极参与和试点。我们相信这将进一步推动我国在5G专网运营、监管等方面的进一步明确以及行业合作生态的形成。

云网融合方向的创新，不仅吸引了众多通信和云计算领域玩家的积极参与，也有众多初创企业的身影：海外以Betacom、Celona为代表的初创企业，在机场、物流、工业等场景中陆续实现了产品落地，也收获了多轮融资。

晨山在年初投资了专注于5G边缘云领域的公司「艾灵网络」，公司团队在ICT领域从业多年，具备深厚的技术实力，公司产品也已经在建材、物流、能源等诸多行业实现落地。我们相信在体量可观的工业行业规模，以及完善的通信产业链支持下，国内工业云网领域将迎来窗口性的加速发展机遇。