熱點與趨勢之下，企業(yè)如何切入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？

國際電信聯(lián)盟 ITU 為 5G 定義了三大應(yīng)用場景，即 eMBB（增強型移動寬帶）、mMTC（海量機器類通信）、URLLC（超可靠、低時延通信）。剛完成的 Release 16 對 mMTC 和 URLLC 做了統(tǒng)一的國際標準支持，主要研究內(nèi)容為 eMBB 功能增強、毫米波增強、URLLC 增強功能等。

在實現(xiàn) 5G 從“能用”到“好用”的過渡中，進一步提升了支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的垂直行業(yè)應(yīng)用的能力。

mMTC 和 URLLC 兩者中，究竟哪一個對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域影響較大？

恩智浦半導體 Edge Process 事業(yè)部市場部經(jīng)理高磊向筆者表示，很難說 mMTC 和 URLLC 哪個對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的影響更大?！暗菑谋敬?R16 的進展來看，行業(yè)企業(yè)可能在 URLLC 的應(yīng)用上很快會做更多的工作。因為對于 mMTC 來說，實際上在 R16 中已經(jīng)明確 5G NR mMTC 的應(yīng)用場景不會涉及 LPWA（低功耗廣域技術(shù)），eMTC/NB-IOT 仍然將是 LPWA 的主要應(yīng)用技術(shù)。而且 mMTC 在工作方向的要求與 NB-IOT 的工作特點高度吻合，甚至 5G 標準后來對 mMTC 關(guān)鍵指標的劃分也是和 NB-IOT 一致的。

恩智浦半導體 Edge Process 事業(yè)部市場部經(jīng)理高磊

目前 NB-IOT 其實已經(jīng)被廣泛部署，全球至少已經(jīng)有超過 80 張 NB-IOT 的網(wǎng)建成。這個意思是說在海量廣覆蓋上，已經(jīng)做了很多工作。而 URLLC 在 R16 還是有很大的進展的。最關(guān)鍵的是對高可靠低時延的應(yīng)用場景有了明確的優(yōu)化。比如對于 V2X, 電力系統(tǒng)——國家電網(wǎng)實際上是一張最大的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)試驗場，而電力系統(tǒng)真正的核心高電壓保護，其實對 URLLC 的需求是很突出的，這也就是為什么國家電網(wǎng)要對 5G 投資近千億人民幣?！?/p>

5G+TSN，加速行業(yè)落地

R16 標準的完成，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將加速實現(xiàn) 5G 場景的應(yīng)用落地。高磊認為，TSN 和 5G 專網(wǎng)作為當前熱點，會快速發(fā)展。

首先，release 16 確定了對 5G+TSN（時間敏感網(wǎng)絡(luò)）的支持，目前已經(jīng)看到在電力，軌交，工業(yè)自動化產(chǎn)線都有國字號的團隊在 TSN 上大量投入，對 5G +TSN 的研發(fā)也應(yīng)該已經(jīng)被提上日程。作為 IEEE 的標準，TSN 是工業(yè) 4.0 中 IT 和 OT 融合的重要助力?；?5G URLLC 的低時延高可靠能力，滿足 TSN 架構(gòu)的四大嚴苛的功能需求：時間同步、低時延傳輸、高可靠性和資源管理。5G 與 TSN 融合后，可通過 5G NR 無線替代工廠內(nèi)的有線網(wǎng)絡(luò)，讓工業(yè)生產(chǎn)更加柔性化。

其次，在無人運輸小車，AGV 市場，因為 R16 的確定的低延時 URLLC，高精度 NR 定位，NR-U（Unlicensed Spectrum）等新的特點會被廣泛重視。一些頭部 AGV 廠商目前在這個方向都在大力投入。

另外，在大型礦山，大型工業(yè)自動生產(chǎn)廠區(qū)，除了 URLLC 和 mMTC 的應(yīng)用，NPN 非公共網(wǎng)絡(luò)和 NR-U 開放頻譜在 R16 的支持，很快會有很多行業(yè)專網(wǎng)的研發(fā)迅速展開。這意味著，工廠或園區(qū)內(nèi)的設(shè)備信息、控制面信令流量、用戶面數(shù)據(jù)流量等都不會出園區(qū)，可滿足工業(yè)領(lǐng)域嚴苛的數(shù)據(jù)安全、低時延和高可靠需求。

TSN 如何賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？

為了向工業(yè)應(yīng)用提供明確的以太網(wǎng)演進方向，IEEE 定義了 TSN，用以支持實時、可靠的網(wǎng)絡(luò)。TSN 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)未來將無處不在，代表了工業(yè)以太網(wǎng)的下一步發(fā)展方向，支持 TSN 的以太網(wǎng)對物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè) 4.0 的發(fā)展具有重要作用。GE 預測，到 2020 年底，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場的規(guī)模將達到 2250 億美元。NXP 在多年前就開始布局 TSN 技術(shù)的研究，目前已經(jīng)形成了從 switch, gateway 到 node 計算節(jié)點的一系列 Soc 產(chǎn)品，覆蓋 MPU 網(wǎng)絡(luò)處理器 layerscape 和應(yīng)用處理器 i.MX，高性能跨界 MCU ?i.MX RT 系列產(chǎn)品。這里我們想特別說明，未來 TSN 技術(shù)的應(yīng)用一定會和邊緣計算能力結(jié)合，這樣才可以真正構(gòu)建云、管道、邊緣計算節(jié)點的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系。

恩智浦半導體推出最新的 QorIQ Layerscape SoC LS1028A，該器件根據(jù) IEEE 802.1 標準要求設(shè)計，集成了時間敏感型網(wǎng)絡(luò)(TSN)功能。它同時還有兩個 Cortex A72 CPU 核和 GPU，配合 NXP 推出的 Open Industrial Linux，完美支持了 TSN 的所有協(xié)議。與 5G 網(wǎng)絡(luò)連接，就是一個完整的無線到有線的接入 TSN 網(wǎng)關(guān)，同時還可以具有邊緣計算節(jié)點和 HMI 界面的能力。

在工業(yè)以太網(wǎng)的 node 端，已經(jīng)發(fā)布并即將量產(chǎn)的恩智浦應(yīng)用處理器 i.MX 8M Plus 能夠提高工業(yè)生產(chǎn)力和自動化，可檢測、測量、精確識別對象，并通過準確檢測機器操作異常情況實現(xiàn)對設(shè)備的預測性維護。此外，通過將準確的人臉識別、語音 / 命令識別和手勢識別相結(jié)合，工廠人機界面可以更直觀、更安全。i.MX 8M Plus 支持工業(yè) 4.0 IT/OT 融合，將千兆以太網(wǎng)與時間敏感型網(wǎng)絡(luò)（TSN）相集成，結(jié)合 Arm Cortex M7 實時處理功能，提供確定性網(wǎng)絡(luò)連接和處理。

另一方面相對更加低成本和更廣泛使用的工業(yè)邊緣計算節(jié)點會以高性能 MCU 為主，集成了 TSN 技術(shù)的恩智浦 i.MX RT1170，包含了運行速度達 1GHz 的 Arm Cortex-M7 內(nèi)核和運行速度達 400MHz 的 Cortex-M4 的雙核架構(gòu)、2D 矢量圖形加速器、恩智浦像素處理流水線 (PxP) 2D 圖形，以及恩智浦先進的嵌入式安全技術(shù) EdgeLock 400A，最關(guān)鍵的它提供商業(yè)級的 TSN 協(xié)議棧，可以幫助客戶快速完成產(chǎn)品設(shè)計到量產(chǎn)的迭代。

熱點與趨勢之下，企業(yè)從何切入？

面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，隨著 R16 標準的完成，引入新技術(shù)支持 1 微秒同步精度、0.5-1 毫秒空口時延、“6 個 9”可靠性和靈活的終端組管理，最快可實現(xiàn) 5 毫秒以內(nèi)的端到端時延和更高的可靠性，提供支持工業(yè)級時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN，Time Sensitive Networking，時間敏感網(wǎng)絡(luò)）。

這些關(guān)鍵能力的加入，將從底層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)標準方面推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的快速落地。業(yè)內(nèi)普遍認為，有了底層網(wǎng)絡(luò)標準的推動，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的商用落地指日可待。那么，在 R16 標準凍結(jié)初期，行業(yè)企業(yè)應(yīng)該從何切入部署??

NXP 致力于助力 5G 與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用快速部署。

提及恩智浦，人們對它的第一印象往往是汽車芯片的龍頭大廠，但實際上縱觀無線移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程，恩智浦在其中也一直扮演著濃墨重彩的角色。從第一部蜂窩電話的誕生*，2G 時代領(lǐng)先全球的手機基帶芯片，3G 時代恩智浦的產(chǎn)品大力支持了中國的 TD-SCDMA 技術(shù)的真正商用，4G 時代成為全球領(lǐng)先的基站射頻功率器件供應(yīng)商，到 5G 時代恩智浦專注的市場已經(jīng)覆蓋工業(yè) /IoT，汽車，移動設(shè)備和通信基礎(chǔ)設(shè)施四大領(lǐng)域。恩智浦也很早就布局工業(yè) 4.0，AI，IoT，V2X 等多個最新的技術(shù)上升方向。無疑，5G 技術(shù)正是在多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)真正“萬物互聯(lián)”的基石之一。

5G 時代，恩智浦專注的市場已經(jīng)覆蓋工業(yè) /IoT，汽車，移動設(shè)備和通信基礎(chǔ)設(shè)施四大領(lǐng)域。

從技術(shù)角度看，對于工業(yè) 4.0 等高級應(yīng)用，恩智浦優(yōu)化了從天線到處理器等多方面功能。通過高度靈活、基于軟件的解決方案為其提供支持，并得到了軟件供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)助以提供完整的解決方案。由于是 SDR（software design radio）的產(chǎn)品，具有很好的軟件定義升級特性，可以滿足 release15,16 等后續(xù)演進。

針對 5G 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，除了持續(xù)關(guān)注支持運營商市場，逐漸涌現(xiàn)出越來越多的垂直行業(yè)市場的需求。因為工業(yè) 4.0 使用高度自動化、智能和協(xié)作的信息物理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)需要非常穩(wěn)定、低延遲的無線連接。5G 標準通過兩種方式滿足工廠自動化的需求——通過 5G NR 無線電通信技術(shù)和通過 5G 系統(tǒng)架構(gòu)。在無線電通信中，靈活參數(shù)集、空間分集、多點協(xié)作(CoMP)操作、精確到厘米的定位、QoS 和頻譜結(jié)構(gòu)的靈活性（包括工作在非授權(quán)的 NR 頻段）等特性能夠提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，并減少網(wǎng)絡(luò)延遲。在 5G 系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)切片、增強的安全性、全新身份驗證方法、易用的邊緣云部署以及支持時間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)等功能增強了 5G 對工廠自動化的支持。結(jié)果就是，越來越多的制造業(yè)、能源、采礦、配電、物流和其他領(lǐng)域的企業(yè)開始轉(zhuǎn)向?qū)＞W(wǎng)。他們正在遠離傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運營商，創(chuàng)建他們自己的無線網(wǎng)絡(luò)。

借助 URLLC，工廠車間的無線連接將變得異常穩(wěn)定，并且可以以接近或低于一毫秒的端到端延遲速率運行。超高可靠性、高可用性和超低延遲的結(jié)合意味著 URLLC 可以為使用人工智能、增強現(xiàn)實和先進機器人技術(shù)的智能工廠提供支持。5G 的 URLLC 功能使蜂窩網(wǎng)絡(luò)具備推動工業(yè)自動化更進一步的能力。得益于 5G 為工業(yè)自動化提供的誘人承諾，包括德國和日本在內(nèi)的多個國家已經(jīng)在這類部署中分配頻譜以供 5G 專網(wǎng)使用。

在網(wǎng)絡(luò)邊緣，最快落地的是一些基于邊緣計算的應(yīng)用，會集中在 AI/ML，邊緣側(cè)存儲的低成本方案。而在邊緣側(cè)的擴展，一個典型需求來自于 TSN 技術(shù)的持續(xù)發(fā)酵。

網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)的安全至關(guān)重要

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，終端設(shè)備數(shù)量呈指數(shù)級增長，工業(yè)控制系統(tǒng)向互聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)移，與企業(yè)其他業(yè)務(wù)應(yīng)用程序的整合 ... 網(wǎng)絡(luò)安全面臨著前所未有的嚴峻形勢，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)面臨新的安全挑戰(zhàn)。

恩智浦從網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)講解了安全的至關(guān)重要性。高磊說道，“如果將工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備最終都會接入云作為一個討論背景，我認為管道側(cè)的安全其實做的相對還是不錯的。更多的問題可能出在邊緣側(cè)設(shè)備，因為邊緣設(shè)備接入數(shù)量巨大，成本要求高，品類繁雜，很難管控。因此邊緣安全至關(guān)重要，所需功能包括安全啟動信任錨、片上加密、安全配置、雙向設(shè)備認證、安全設(shè)備管理、空中 (OTA) 安全升級更新和生命周期管理。

為支持邊緣安全，恩智浦創(chuàng)建了可擴展的 EdgeLock 產(chǎn)品組合，其中包含安全元件、安全身份驗證器、應(yīng)用處理器和 MCU 的嵌入式安全功能。比如 i.MX 系列產(chǎn)品采用先進的 EdgeLock 嵌入式安全技術(shù)，包括資源域控制器、Trust Zone、HAB、加密啟動、采用 RSA 和橢圓曲線算法的公共密鑰加密。EdgeLock 賦予邊緣節(jié)點完整性、真實性和隱私性，從邊緣到網(wǎng)關(guān)再到云，提供充分的安全性保障?！?/p>

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)痛點何在？

恩智浦專注的市場目前覆蓋工業(yè) /IoT，汽車，移動設(shè)備和通信基礎(chǔ)設(shè)施四大領(lǐng)域。在工業(yè) /IoT 方面，連接+邊緣計算+安全應(yīng)該是未來公司發(fā)展的動力。恩智浦是連接芯片的市場領(lǐng)導者，擁有包括 UWB，Wi-Fi，NFC，RFID 和 Bluetooth 等完整的產(chǎn)品組合?！斑吘墶奔磳⒋呱匾獎?chuàng)新，包括越來越多的低成本和低功耗傳感器和處理器應(yīng)用，以及 AI/ML 和安全性方面的新成果。

盡管行業(yè)布局已久，R16 標準的完成也補齊了 5G“能力三角”，提升了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)傳輸、通信等方面的性能。但是從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展和落地來看，仍存在痛點。

高磊強調(diào)，可以肯定的說工業(yè) 4.0 目前的發(fā)展是遇到了一些阻力的，目前還沒有看到真正的 IO 和 OT 融合的大行業(yè)變革案例。當然這個進展的過程需要各種新技術(shù)的助力，比如 5G 就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的巨大助力，網(wǎng)絡(luò)問題的解決又是工業(yè) 4.0 的助力。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)目前已經(jīng)處于大變革開始的爆發(fā)期，各種工業(yè)現(xiàn)場總線終將向以太網(wǎng)化方向發(fā)展，多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議都會向 TSN 方向發(fā)展，有線向無線發(fā)展。目前主要的問題還是集中在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)實際上的門檻較高，頭部企業(yè)實際上對于新技術(shù)一方面保持跟進，另一方面也面對大船難掉頭的困境。

同時，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根本動力——網(wǎng)路邊緣側(cè)的應(yīng)用目前還處于技術(shù)積累期，被看好的 V2X，AI/ML 等還在初級螺旋上升階段。在邊緣側(cè)，看到越來越多的 AI/ML 應(yīng)用呼之欲出卻又遲遲沒有商用，這些都影響了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速演進。

可見，趨勢已來，挑戰(zhàn)仍在。