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随着人工智能的持续发展，应用场景持续拓展，各行各业都在发生巨大转变。传统制造业与人工智能所结合的产物便是机器人，机器人作为执行机构在工业化中已得到广泛的应用，但在通信手段仍然面临着众多挑战，主要困难在于如何确保机器人通信的稳定性、安全性、协调性。
稳定性、安全性方面，相比于传统常规通信，人工智能应用场景下对于通信手段要求更高。原因：1）最为常见的传统通信应用场景包括线上观影、下载，并不会产生应用安全问题；2）人工智能应用场景下，机器离人更近，例如：自动驾驶、机器人等，通信手段一旦出现安全性问题可能会导致巨大损失。
因此，在人形机器人的应用场景下，通信协议需要满足：1）无线通信部分具备多协议兼容性；2）有线通信部分具备可拓展性、灵活性、抗干扰性等。
内部通讯方面，最为关键的是协调性。以人形机器人为例，基本硬件功能架构如下图所示，整个系统以模仿人类行为为目标，各个关节控制器之间实现互联，相互协调，达到有效通讯，且不能受外部影响。整套内部通讯系统类比人类的小脑——控制机体；各个环节的控制器类比人类的神经，遍布全身，并对指令进行快速响应。内部通信的高效协同，是人形机器人实现身体平衡和可操作的重要前提。
图 1：机器人基本硬件功能架构机器人
EtherCAT技术完美契合人形机器人运动控制场景应用，实现内部通信高效协同。EtherCAT是一种开放架构、基于以太网的现场总线系统，主要特点包括：1）高质量数据传输；2）分布式时钟设计，超高同步性；3）拓扑结构灵活。
1） 高质量传输：人形机器人的运动控制、传感器数据采集等都需要实时、高效的数据交互，EtherCAT可确保机器人的各个关节能够快速响应控制指令，实现流畅、精准的运动；EtherCAT还可以通过简单的措施实现线缆冗余，从而保证系统的高可用性。
2） 分布式时钟技术，超高同步性：EtherCAT采用分布式时钟技术，能够为每个从站设备提供精确的时钟同步，整个系统的抖动远小于1µs，大幅领先其他以太网通信协议，能够提供高精度的同步，满足人形机器人应用中，多个关节协同运动的需求。
3） 拓扑结构灵活：EtherCAT支持线性、树形、星形等多种拓扑结构，从而在设计人形机器人的控制系统时，可以灵活选择合适的网络拓扑，优化系统布线，提高系统的可靠性和可维护性。
EtherCAT协议上述特点助力其在人形机器人应用场景下具备多关节同步应用、扩展性、灵活性、抗干扰性、可靠性等优势。
图 2：人形机器人构型设计需求与EtherCAT总线架构配置
外部通信方面，最为关键的是多兼容性、低时延。在实际应用场景下，机器人与充电基站、机器人与操作者、机器人与机器人之间皆要实现通信互联，这便需要机器人具备多协议兼容性。无线通信面临的另一个挑战为对传输时延要求，信号节点之间的传输时延要非常低。短距通信的主要技术包括：蓝牙、Wi-Fi、5G、星闪等。
Wi-Fi：相比蓝牙高带宽、覆盖范围广，满足机器人与云端、其他设备或用户之间的大量数据传输需求。但相比5G部署成本较低，但延时更高。
星闪：具备低延时&高可靠的特性。
表 1：星闪特点优势
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