工業(yè)物聯(lián)網的容器化方法
市場研究2020-06-09
面臨一場突如其來的疫情，以云服務、物聯(lián)網、工業(yè)互聯(lián)網為代表的新基建迎來了更艱巨的責任。工業(yè)互聯(lián)網中的物聯(lián)網部分(IIoT)，正成為數字化轉型中心舞臺的重要角色，撬動著一個千億級的市場。
在全面推動復工復產的關鍵檔口，騰訊云于今年4月推出了智慧城市底層平臺 CityBase，5 月末，騰訊云與智慧產業(yè)事業(yè)群總裁湯道生又宣布將在未來 5 年投入 5000 億加大新基建布局;在 6 月 9 日的阿里云線上峰會上，阿里云智能總裁張建鋒也提出未來 3 年投資 2000 億和再招 5000 名頂級科技人才的戰(zhàn)略來加碼新基建……. 此外，華為、浪潮、聯(lián)想等眾多國內科技巨頭也紛紛借此時機布局新基建，以上所有這些平臺都離不開底層工業(yè)物聯(lián)網技術的支持。在這一領域，有一家專注工業(yè)物聯(lián)網技術、解決基礎設施智能化痛點的硬核科技公司正從傳統(tǒng)基建行業(yè)快速浮出水面，它就是具有清華大學背景的源清慧虹。
DeepTech 以 “新基建下工業(yè)物聯(lián)網的機遇與挑戰(zhàn)”為主題采訪了清華大學副研究員、源清慧虹創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官王鵬軍，結合多年來深扎工業(yè)物聯(lián)網領域的經驗，王鵬軍詳細介紹了當下工業(yè)物聯(lián)網領域面臨的機遇與挑戰(zhàn)、如何將先進技術與客戶價值進行匹配，以及在紛繁復雜的國際環(huán)境下如何實現生存和突圍，助力更廣泛的新基建應用。
源清慧虹創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官王鵬軍
自主先進的物聯(lián)底層技術
物聯(lián)網是新基建幾大板塊中十分關鍵的一部分。在工業(yè)物聯(lián)網領域，數據采集、傳輸、存儲、分析和應用環(huán)節(jié)的安全可控至關重要。拆分整個工業(yè)物聯(lián)網的作業(yè)流程，物聯(lián)網系統(tǒng)閉環(huán)包括數據采集、數據傳輸、數據管理和分析以及上層應用;數據采集包括智能傳感器、傳感網等;數據傳輸又包括 2G/3G/4G/5G、RS485 總線、光纖、LoRa、NB-IoT 等;數據中臺則包括數據管理、分析以及可視化平臺。在當前中美貿易戰(zhàn)的緊張局勢下，針對與新基建和國民經濟息息相關的上述工業(yè)物聯(lián)網領域，必須實現先進安全、自主可控。“一旦遇到從底層技術進行限制的情況，我們的技術儲備可以實現相當廣泛的工業(yè)物聯(lián)網應用場景的國產替代。” 王鵬軍告訴 DeepTech。
作為新興的低功耗的無線傳感技術，NB-loT 和 LoRa 在采集數據頻次不高的場景中適用，但在交通、橋梁等動態(tài)性較高的場景，采集頻次和數據量相對較大，NB-loT 和 LoRa 的帶寬能力不能滿足這些場景的需求。此外，交通應用場景下，被測量的信號有相位特征，同步性測量十分關鍵，由于射頻功耗在無線通訊中消耗絕大部分能量，只有通過提高 MAC 層接入效率，無線通訊的功耗才能充分降下去。
然而，目前還沒有標準制式的無線通信協(xié)議可以同時滿足以上需求，要實現這一點，需要解決很多技術問題。比如，如何將整機電流消耗水平降到最低?如何設計硬件以降低泄漏功耗?如何設計協(xié)議層以降低射頻開啟時間?如何設計應用層以降低數據傳輸冗余性?源清慧虹針對這類問題，在芯片、算法和傳輸協(xié)議層面進行協(xié)同優(yōu)化設計，完成了核心技術儲備。
在芯片層面，源清慧虹研發(fā)出世界上第一款非易失處理器，在突破了依賴片外非易失存儲器讀寫的帶寬約束的同時也大幅降低了數據備份/恢復時的能耗;在算法層面，源清慧虹在感知端加入智能預處理算法，可選擇將關鍵的結構化結果上傳，數百倍降低信息冗余，進一步降低數據傳輸功耗;在傳輸協(xié)議層面，源清慧虹自研的高精度多尺度同步數據采集無線網絡技術，可實現 10 微秒級時間同步，搭載私有加密協(xié)議，實現安全傳輸、高精度測量。
理想情況下，源清慧虹低功耗無線傳感器僅使用內置電池的續(xù)航約為 18 年，考慮到季節(jié)變化和溫差變化等外部環(huán)境，保守估計使用壽命約為 10 年。2012 年，當時還在清華校園內的王鵬軍與課題組其他成員利用基于這些技術做成的第一代產品完成了其首個橋梁監(jiān)測項目 — — 江蘇無錫蓉湖大橋監(jiān)測系統(tǒng)，這是一個跨京杭大運河的斜拉橋，整個橋體一共安裝了 160 多個傳感器，在沒有更換電池的情況下，已穩(wěn)定運行了 8 年。
新基建與傳統(tǒng)基建的碰撞融合
基礎設施結構安全，屬于傳統(tǒng)基建行業(yè)范疇，這正是源清慧虹在工業(yè)物聯(lián)網領域的主要應用場景之一。5 月 5 日，廣東虎門大橋發(fā)生異常抖動，不少過往群眾表示整個橋體像波浪一樣 “起起伏伏” 搖晃，一時在網上引起了廣泛熱議，會呼吸的 “虎門大橋” 也成為了各大網站的頭條。王鵬軍認為，當前結構監(jiān)測領域依然存在不少問題，虎門大橋事件是這些問題的縮影。
一直以來，中國在基礎設施建設領域就存在 “重建設輕管養(yǎng)” 的問題。在過去二三十年中，中國的基礎設施建設一直處于高速發(fā)展的態(tài)勢，但隨著整體經濟的發(fā)展，這一過程也將逐漸進入一個飽和期。如今在基礎設施建設達到一定規(guī)模之后，“輕管養(yǎng)” 這一現狀就必須得到改變，在之前的橋梁監(jiān)測系統(tǒng)中，軟硬件系統(tǒng)不僅包括傳感器、供電系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，也包括防雷系統(tǒng)，語音服務等，需要跨越多學科、多專業(yè)才能實現整體正常運轉，對于一個基礎設施管理者來說，成本和使用門檻都比較高，最終導致這些橋梁監(jiān)測系統(tǒng)只能在一些非常特殊、非常重要的工程項目中使用，可推廣性不強，導致雖然面向基建、交通、能源等大型結構的安全監(jiān)測有著千億級市場規(guī)模，但市場存量遠未達到飽和。“國內公路、鐵路領域的橋梁的數量非常龐大，多達上百萬座，但是安裝有監(jiān)測系統(tǒng)的橋梁也不過千座，相當于千分之一的覆蓋率，甚至可能都達不到。”
降低成本和使用門檻是提高橋梁監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋率的有效方法，源清慧虹提出了 “低功耗無線傳感器+云服務+中臺” 的解決方案。王鵬軍以 “智慧城市之瀘州橋隧群項目” 作為典型案例，講解了源清慧虹如何為客戶實現提質、降本、增效、控險。瀘州位于長江、沱江的交匯處，多為一些大跨度橋，且地震等地質災害頻發(fā)，橋梁安全管理的壓力很大。為此，源清慧虹依托傳感器和云服務中臺，提供了一整套從橋梁結構監(jiān)測到整個瀘州市路橋智慧化管養(yǎng)的平臺解決方案。
“我們交付的不僅僅是成百上千個傳感器，也不僅僅是一套云服務，我們深入到具體行業(yè)需要，比如日常的巡檢、整個資產設施的檔案電子化和所有工作流的線上化等，我們可以在特殊異常事件發(fā)生的一小時之內，把整個全域內的基礎設施做一次完整的安全評估，在一小時之內將評估報告遞到管理員手上。” 王鵬軍說。
T 型戰(zhàn)略，中臺支撐
在不斷拓展工業(yè)物聯(lián)網應用場景的過程中，服務供應商和業(yè)主往往會遇到一些共性問題。比如，應用場景復雜多樣，所需監(jiān)測設備不統(tǒng)一;產業(yè)鏈冗長，人才和資金投入規(guī)模較大;部署方式多樣，需滿足客戶定制化需求等。
為應對業(yè)務層面日新月異的需求，并增強技術層面的包容性與拓展性，王鵬軍展示了一個 “T” 型戰(zhàn)略，其中那一豎就是在交通、風電等領域的垂直深耕，而那一橫，就是為滿足其他橫向業(yè)務場景而催生的數據中臺。源清慧虹在多年的業(yè)務積累中打造了以數據中臺為代表的一組企業(yè)級能力的合集，包括基于軟總線、模塊化的硬件研發(fā)能力，以及以數據中臺、業(yè)務中臺、算法平臺、可視化平臺為核心的云服務建設能力。
“隨著同時服務的項目數越來越多，我們需要區(qū)分不同用戶、不同數據源，需要一些分發(fā)訂閱機制;隨著接入數據量的不斷增加，我們需要提高客戶服務的可靠性，摒棄單點依賴，進行分布式部署，數據中臺具備分布式部署的能力。” 王鵬軍說。
此外，王鵬軍還告訴 DeepTech，隨著在線服務需求的增加，需要有更多的人參與算法研究，而算法中臺可以解放算法設計能力，提供一個安全隔離的機制，保證算法設計人員在不修改核心代碼的前提下就可以進行數據存取，無論是來自服務供應商的開發(fā)人員，還是外部高校的科研學者，都可以在開放的算法中臺上進行算法研究。
由單一服務演化到中臺服務，這是一個擴展能力不斷增加的過程。
嚴峻背景下的長遠構想
在這場中美貿易戰(zhàn)中，美國對于中國的打壓不可能在一兩年內結束，或將成為一個國際新常態(tài)。在這一過程中，作為中小型企業(yè)，一定要順應態(tài)勢，首先要做的事就是先生存下去，對源清慧虹來說，其來自國外的芯片供應可能會受到一定影響，如何降低這一影響、盡快完成一些替代是他們需要仔細考慮的事情。
“一個企業(yè)要想有長期的生存能力，必須要具備一定的基礎創(chuàng)新能力，” 王鵬軍進一步講到，“我們不一定像華為那樣，美國不給啥就自己研發(fā)啥，但我們會做一些適當的選擇，盡量降低所受影響，我們當前主要還是使用市場上比較成熟的芯片，但我們具備研發(fā)芯片的能力。”
王鵬軍認為，當前工業(yè)物聯(lián)網的機遇來自國際大勢和國家發(fā)展，以及某一些行業(yè)的快速突破，工業(yè)物聯(lián)網行業(yè)需要與 5G、邊緣計算和人工智能等其他行業(yè)緊密聯(lián)系起來。“源清慧虹未來依然要專注于做整體解決方案，服務整個行業(yè)，目前這一領域的價值挖掘潛力是巨大的，同時需要企業(yè)具備的綜合能力也是最高的，源清慧虹有能力、也有責任做好這件事。”
當被問及源清慧虹未來在 “新基建” 大背景下想要扮演什么角色時，王鵬軍表示，他們想在少數行業(yè)，比如交通和能源，樹立一個擁有工業(yè)互聯(lián)網全棧解決方案以及有較深領域背景的形象。
“我們當然希望有能力借助中臺快速切入其他行業(yè)，但不是現在，我們現在必須集中精力，在交通和能源領域做得更好。”
關于王鵬軍和源清慧虹：
王鵬軍，清華大學副研究員，北京源清慧虹信息科技有限公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官;主持多項國家科技重大專項、863 計劃和自然科學基金項目;主持研發(fā)源清慧虹多系列智能傳感器、云服務產品;曾獲教育部技術發(fā)明一等獎、紐倫堡國際發(fā)明展金獎等。自 2012 年以來，源清慧虹已在國內外為 100 余座交通基礎設施提供長期監(jiān)測服務，為 1.4 萬余座交通基礎設施提供日常管養(yǎng)服務。
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