基于5G的極其視覺應用場景分析研究

摘要：ITU（International Telecommunication Union，國際電信聯盟）為第五代移動通信（5G）定義了eMBB（增強移動寬帶）、mMTC（海量大連接）、uRLLC（低時延高可靠）3種特性，以全新的移動通信系統架構，提供10Gbit/s的峰值速率、毫秒級的傳輸時延和千億級的連接能力。5G將開啟萬物互聯的新時代，同時，作為第四次工業革命的重要基石，工業互聯網是5G最重要的應用場景，5G+工業互聯網已經成為重要的探索方向。進入工業4.0時代，工業企業均面臨生產及服務轉型，5G將成為工業產業轉型升級的關鍵支撐技術。機器視覺是工業生產環境中重要的技術應用，機器視覺通過計算機軟件獲取物體圖像特征點以分析物體特征的技術手段。基于此，本文對基于5G的極其視覺應用場景分析研究。

關鍵詞：5G;視覺應用;場景分析

第五代移動通信系統技術（簡稱5G技術或5G）時代的到來，使數字信息資源的服務環境產生了重大變化。5G高速度、高并發、高兼容、高安全和低時延等特征，可以為萬物互聯提供超大帶寬，改善數據的研究和數字信息服務環境，而人工智能、物聯網、虛擬/ 增強現實（VR/AR）等新興技術進一步發展，促進了傳統移動互聯網媒體業務的優化和體驗升級，也必然會推動網絡數字資源的智能管理及服務向更深層次發展。機器視覺（Ma-chine Vision，MV）作為人工智能（AI）的一個分支，以機器代替人眼來做判斷和測量，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，萬物互聯漸行漸近，機器視覺技術及其應用成為重中之重。

1、5G基本概況

5G是第五代移動通信網絡，不同于2G到4G時代重點關注移動性和傳輸速率，5G不僅要考慮增強寬帶，還要考慮萬物互聯、關鍵技術、未來需求、演進路徑等多個維度。5G最初將與現有4G網絡結合運行，然后在后續版本發展為完全獨立的網絡。高速率、低時延和海量連接是5G網絡的三大優勢。在峰值數據速率方面提升了20倍，由1Gbit/s提升至20Gbit/s;在延遲時間方面由10ms降低至1ms，支持極低延遲要求的網絡服務;在連接密度方面由5210設備量/ 千米提升至6210設備量/ 千米，支持更多數量的機器設備連接。因此，5G網絡開始具備滲透垂直行業的能力，支持的應用場景包括增強型移動寬帶（eMBB）、超可靠低時延通信（uRLLC）以及大規模機器通信（mMTC）3大場景。為達到5G多應用場景和多樣化的無線網絡業務需求，5G網絡在MIMO-OFDM的架構上進行了全新的設計，具備新架構、新設計、新頻段、新天線四大關鍵技術特點。其中，新架構采用CU-DU的網絡架構，集中單元（CU）負責實時性較低的RRC/PDCP層功能，分布單元（DU）負責實時性較高的RLC/MAC/PHY層功能。新設計中引入了靈活的幀結構，以達到不同頻段、不同應用場景及不同雙工方式的業務需求。新頻段采用多頻段協同作用方式，首先是高中低頻段聯合組網，其次是5G與4G頻段之間的交互，即獨立與非獨立的組網方式，最后是使用多頻段聯合傳輸，確保上行覆蓋。新天線采用大規模天線陣列，相比于4G系統2～8通道的設計，在5G中16～64通道的設備在中頻段成為主流。

2、基于5G的視覺應用場景分析

隨著自動化控制的移動性需求，如不同位置、地點的制造，甚至柔性制造，對數據采集的移動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數據的一張方式，但是對數據流量、接入數量、時延、穩定性都提出更高的要求，5G云化機器視覺系統解決方案更適合特定場景。5G+機器視覺場景的重點集中在以下應用場合。（1）可移動工業機器：工廠視覺導航工廠自動AGV小車應用于制造業中，AGV小車通過5G+機器視覺的處理能夠準確無誤的調整行走搬運的路線，可準確有效地完成貨物的搬運工作，大大提高了企業生產的柔性智能性以及企業的競爭力。

（2）固定工業機器：工業柔性視覺采用機器視覺技術的工業設備在進行柔性制造過程中，會采用移動技術特別是5G來滿足生產需求，提高了生產的自動化程度，讓不適合人工作業的危險工作環境變成了可能，讓大批量、持續生產變成了現實，大大提高了生產效率和產品精度。重點面向5 大領域：圖像識別應用、圖像檢測應用、視覺定位應用、物體測量應用、物體分揀應用。（3）廠區監控設備：工廠智能監控采用機器視覺技術的智能視頻監控系統通過5G技術，擴展視頻監控的移動性、范圍和智能化。實現周界檢測、越線檢測、徘徊逗留檢測、遺失檢測、遺留檢測、快速移動檢測、打架檢測、尾隨檢測、人群聚集、火災煙霧檢測、PTZ目標跟蹤、視頻故障分析、視頻存儲和回放等功能。

3、基于5G的視覺應用中出現的問題

3.1? 技術要求高，資金投入大

工業互聯網細分領域專業技術要求高，需不斷滿足多樣的場景，工業互聯網應用場景從設計、研發、運營等全生產要素的需求多樣，個性化定制要求高，且工業互聯網平臺商、服務提供商、工業企業之間融合融通生態尚未形成，對5G關鍵技術、融合建設、網絡部署等都有較大挑戰。且5G設備、網絡投資建設成本大，在一定程度上限制了在工業互聯網領域尤其是中小微型企業的拓展。

3.2? 虛擬化技術安全風險

5G網絡功能虛擬化通過虛擬化技術對傳統網絡中的專用網絡設備進行軟、硬件解耦，并引入通用硬件，將網絡功能運行在虛擬環境中以實現資源的動態配置和集中控制。5G網絡切片也是采用虛擬化技術在一個物理網絡上構建出多個面向不同業務特征的邏輯網絡，可以同時支持多種不同類型的業務場景。虛擬化技術引發的安全風險主要表現在：一是在共享下層資源的基礎上實現虛擬網絡功能或網絡切片，當某個虛擬網絡功能或網絡切片被攻擊時，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一旦被非法控制或功能失效，將影響整個系統的安全穩定運行。

3.3? 企業智能化改造率較低，供需對接尚待解決

近幾年國內企業大力推進智能制造，但很多企業還處于工業2.0向工業3.0過渡的階，智能化改造需持續推進，在投入5G技術改造前需完成生產設備和產線的改造，目前很多工業企業尚未達到5G應用條件，這在一定程度上減緩了5G與工業互聯網的融合應用速度。同時目前很多研究和溝通都僅限于通信行業內部，與工業互聯網行業領域供需對接仍然存在問題。

4、基于5G的視覺應用場景分析策略

4.1? 構建一體化的5G安全防護體系

當前網絡空間面臨的網絡威脅復雜多樣，存在著從業余黑客到高度組織化、高水平實體的多層次網絡威脅行為實體。如ATP攻擊常常就是以大國博弈和地緣安全競爭為背景，在高成本支撐下的有組織體系化攻擊，攻擊對象主要是關鍵信息基礎設施和重要信息系統，此類攻擊相比于傳統的單點攻擊更難防御，其危害也更大，特別是在5G開啟萬物互聯的情況下。為了做好5G安全防護工作，不僅需要通過完善并強化已有的靜態防護機制，還必須加快建設動態防護能力體系，建立健全5G網絡威脅信息共享聯動機制，實現兼顧結合面與覆蓋面的一體化防護能力體系。其中“結合面”是指網絡安全防護能力與物理設備、網絡系統、應用數據和用戶等各個層級的深度結合，“覆蓋面”是指將網絡安全防護能力部署到從網絡基礎設施到應用系統的每一個部分。從而實現網絡威脅監測、全局態勢感知、預警防護、聯動應急處置一體化的動態綜合防御能力。

4.2? 加強關鍵技術研發，引入社會資本

鼓勵行業龍頭企業、工業互聯網平臺供應商、科研院所、高校等政產學研多方力量通過建立5G創新中心、研發中心、實驗室、產業聯盟等聯合推進關鍵技術及產品的研發工作和產業化應用，打造5G+工業互聯網平臺，建立融合應用生態。充分利用大數據、工業和信息化、科技等專項資金的撬動作用，鼓勵民營企業積極投資5G發展，鼓勵與基金、銀行信貸合作研發5G+工業互聯網金融產品，扶持中小微工業企業開展5G應用。

4.3? 打造多方參與協同的安全治理格局

5G技術在各領域應用的深入，將逐漸打破經濟社會各領域的邊界，網絡安全與工業、農業、交通、能源和醫療等垂直領域實體安全問題融合交織，安全風險不斷變化，這就需要持續開展安全風險跨領域、跨行業評估，強化評估結果轉化和運用，并結合5G各垂直領域特點開展行業應用相關安全標準研究。同時要充分發揮政府部門、企業、標準化組織、研究機構和用戶等各方的能動性，明晰各方安全責任，打造多方參與協同的5G安全治理格局。另外要明確5G產業鏈中設備供應商、網絡運營商、應用服務提供商等各個不同主體的安全責任和義務，加強各個主體之間的協同合作，不斷完善關鍵信息基礎設施保護、網絡信息治理和個人信息保護等相關法律法規和制度，確保設備供應商、網絡運營商和服務提供商等各主體把所擔負的職責落到實處。

5、結束語

5G與工業互聯網要融合應用發展，需要社會各方共同努力，完善頂層設計，鼓勵加強關鍵技術研發、標準制定，同時引入專業人才和民間資本，共同探索多方共贏的商業合作模式，以5G獨有的技術優勢助力在工業互聯網領域形成轉型升級新模式，培育新增長點，實現生產要素重構。

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作者簡介：

史夢露，女，漢族，就讀于東南大學經濟管理學院，研究方向：經濟管理.