隨著5G產業鏈的逐步成熟 警用機器人安防領域將迎來蓬勃發展

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關鍵詞:人工智能 5G 服務機器人

    4G改變生活,5G改變社會”,與第四代(4G)蜂窩網絡設計相比,5G網絡發生了根本變化,切片、毫米波、大規模MIMO、直通等均為5G采用的核心技術。每種技術的設計理念都極大地提升了警用機器人的安防水平,也潛移默化地影響了警用機器人在安防領域的發展方向。


      切片技術


      傳統公眾2G/3G/4G移動通信網絡主要以運營商基站作為無線接入的基本單元,控制信令和業務數據的覆蓋范圍基本相似,4G網絡單基站業務信道的空口資源上下行配比為1:3,全網基站配置相同。對于警用機器人安防場景中的視頻監控應用,在巡邏過程中針對熱點地區需要消耗大量的上行帶寬開展視頻監控及回傳工作,經常出現公網帶寬無法滿足回傳視頻分辨率要求的情況。為了滿足上述應用需求,勢必要求傳統公眾移動通信網絡重新開展網絡規劃,縮減巡邏路線中單基站的覆蓋范圍,增加基站密度,減少單基站內用戶無線資源的吞吐量,滿足警用機器人安防監控視頻上行傳輸需求。


      5G切片技術可將運營商的物理網絡劃分為多個虛擬網絡,每一個虛擬網絡根據不同的服務需求,比如時延、帶寬、安全性和可靠性等來劃分,以靈活應對不同的網絡應用場景。換言之,在5G時代,切片技術可以將運營商的無線空口資源、有線傳輸資源、核心網存儲、轉發、計算等資源進行靈活的分割和組合。針對警用機器人安防場景中的視頻監控應用,運營商可為公共安全行業單獨分配資源,基站側部署具有不同覆蓋區域及空口傳輸速率的基站,實現網絡控制面和業務面的分離,控制信息在高功率的微波頻率下發送,而業務數據在低功率毫米波頻率下傳送,微波基站信號保障全覆蓋,毫米波基站信號保障熱點覆蓋,滿足警用機器人在巡邏過程中的管控指令實時在線,熱點地區、重點部位的高清視頻按需回傳的需求,進而節省了網絡建設的開銷。


      毫米波技術


      4G網絡基于sub 6GHz頻段的4G LTE蜂窩系統可以使用的最大帶寬是100MHz,數據速率不超過100Mbps,而在實際應用過程中,實測單用戶分配的帶寬為50K-6M,而且信號不穩定,嚴重抖動,不滿足警用機器人1路1080P分辨率 25幀/s H.264編碼格式的實時高清安防監控視頻回傳的需求。


      5G網絡采用毫米波技術,其最大的優勢在于可使用大量的高頻段頻譜資源,用戶可使用的最大帶寬為400MHz,傳輸速率高達10Gbps,是傳統4G網絡的100倍,不僅可以滿足警用機器人1路高清安防監控視頻回傳的需求,甚至可以滿足1臺警用巡邏安保機器人搭載全部設備的無線通信需求。


      一般地,警用巡邏安保機器人搭載高清攝像頭、定位及采集設備,對網絡傳輸的上行帶寬、傳輸時延、信號穩定性要求較高。如一路720P分辨率,采用H.264編碼的高質量視頻信號占用帶寬最大可達到2Mbps;一路1080P分辨率,采用H.264編碼的高質量視頻新型號占用帶寬可達到4Mbps。警用巡邏安保機器人通常需要配備多部攝像機,其中高清攝像機完成高清監控視頻采集回傳及人臉抓拍任務;紅外攝像機在夜間巡邏時用于紅外熱成像感知;其他攝像機分別對應機器人4個方向進行視頻拍攝,用于信息采集或輔助導航,需要時可調取視頻;警用機器人搭載的定位和采集設備,需要將相關信息實時回傳到后臺指揮中心進一步的分析研判。一臺警用巡邏安保機器人峰值帶寬至少需求13M。因此,只有在5G網絡條件下才能發揮警用機器人全部的安防能力。


      大規模MIMO技術


      4G網絡通常使用的8天線的2D-MIMO技術,在5G時代天線數高達256個。天線數的增多主要原因在于5G采用了毫米波,同時實現了3D-MIMO技術,帶來了豐富的空間自由度、提供了更多可能的到達路徑,提升了信號的可靠性,提高了小區峰值/平均/邊緣吞吐率,降低了對周邊基站的干擾。為了配合5G基站側的大規模MIMO技術,終端側也應安裝多天線,才能全面發揮大規模MIMO技術帶來的吞吐率優勢,警用機器人通信終端設備相較于其他5G終端設備,具有較大的擴展空間,安裝在機器人內部的5G通信終端,可以適當地增加終端的天線數量,進而在相同網絡條件下,搶占更多的無線資源,完成安防任務。


      直通技術


      直通技術是指兩個或多個通信終端之間不借助基站,實現數據交互的通信技術。這種技術在4G時代已經被作為附加功能進行了研究,但在當時的背景下,運營商普遍認為,需要建立通信鏈路的兩個終端往往相距甚遠,該功能的理念與傳統網絡功能的設計思路相悖,沒有得到運營商認可。因此,4G網絡重點研究需要借助基站、有線網絡、核心網等固定基礎設施建立起雙方的數據交互通道的通信技術。


      5G網絡的目標之一是要實現萬物互聯,與傳統網絡基站下最多運行幾百個設備的情況相比,5G網絡基站下運行的設備數將要超過104,上述設備間數據交互均要通過基站/核心網轉發,這將導致信令資源的極度浪費以及更高的延遲,很明顯直通技術具備更有效地處理本地通信的潛力。對于警用機器人安防場景中的人證核錄應用,機器人需要和附近的閘機及警務人員保持實時的數據交互,對于核查出的嫌疑人,需要第一時間關閉閘機,本地示警,通知警務人員進一步確認,上述過程延時不應超過1s。


      綜上所述,隨著5G產業鏈的逐步成熟,必將促進警用機器人安防領域的蓬勃發展,進而帶動公共安全行業的數字化、網絡化、智能化發展,全面推動公安工作質量變革、效率變革、動力變革。然而,我們也應當清晰的認識到5G網絡仍然定位于公眾移動通信網,與公安無線專網相比最大的區別在于沒有設計優先級接入功能。極端情況下,當人流密度較大時,基站無線資源相對緊張,警用機器人仍無法接入5G基站開展相應的安防業務。此外,5G網絡商用后的資費問題也應當引起安防行業的適度關注。但我們有理由相信,隨著5G產業化的逐步深入,技術迭代的加快,與警用機器人應用的結合必將實現全國公安“立體防控”體系的完善及優化,實現警用機器人平戰結合,降低公安干警工作強度,減少工作風險,解放警力,服務群眾的目的。


    (審核編輯: 劉傳龍)

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