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5G炫酷的应用能落地吗?

2020/04/16
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5G,正在快速向我们走来。

曾经,它的模样是模糊不清的。5G 作为最新一代的移动通信技术,将怎样改变我们的生活?对此人们充满了期待和畅想。在每次通信相关的展会上,5G 业务演示都是当仁不让的主角。超高清视频,虚拟 / 增强现实智能机器人,全息投影,自动驾驶等炫酷的业务和 5G 的奇妙组合,总是能吸引无数的眼球,让人折服于科技的魅力。等回过神来一想,这些业务一定是需要 5G 参与的吗?5G 作为网络基础设施,本身只是能提供高速率,大连接,高可靠,低时延的传输管道。如果其他形式的管道(比如光纤等有线连接,或者 WiFi,LoRa 等无线连接)也支持这些应用的话,5G 又有什么特殊之处呢?

2019 年作为 5G 元年,中国发放了 5G 牌照,5G 基站建设地如火如荼,随着 5G 芯片的成熟,5G 手机也已雨后春笋般地不断涌现,价格也越来越平民化。

终于,5G 不再是遥远的畅想,它的模样也不再模糊不清。只要花个几千元买上一部 5G 手机,它就可以被你握在掌中肆意把玩。

俗话说,距离产生美。对一个事物熟悉了,神秘感一旦失去,它的身价自然也就一落千丈。确实,用 5G 手机测个速虽说挺过瘾,看视频也的确缓冲快且毫无卡顿,但这就是那个号称要「改变世界」的 5G 吗?

于是,突然间「5G 无用论」开始甚嚣尘上。这是因为,人的感受总是受制于自身所处的环境。对于普通人来说,主要是使用手机来和外界连接,而目前所有的应用在覆盖良好的 4G 环境下都很流畅了。并且,除了 4G 之外,还有 WiFi 作为补充,速度也不差,目前还没出现一款只在 5G 下才能流畅运行的所谓「杀手级」应用。

其实,面向普通用户在手机上使用的,只是 5G 的 eMBB(增强型无线宽带)业务,只能说是 5G 应用的冰山一角。而 5G 还有另外两大应用场景 mMTC(超大规模机器类型通信)和 uRLLC(超可靠低时延通信)在摩拳擦掌呢。

5G 的后面两种应用主要用于物联网,和普通人关系并不大,所以没法直观地感受到。它们面对的是企业,提供的是垂直行业应用,会对各个行业的生产赋能,从而潜移默化地间接影响我们的生活,润物细无声。

 

实现上面的多个行业应用,除了 eMBB,mMTC 和 uRLLC 这三大场景的技术之外,还需要另外两个关键技术:5G 网络切片和边缘计算。5G 网络切片在一个物理网络上实现多个资源隔离的逻辑网络。不同特点的应用,对于网络的需求千差万别。有的要求大带宽,有的要求大连接,还有的要求低时延,同一网络下同时满足这些要求代价很大,而网络切片可以通过给它们定制不同的逻辑网络来满足。

综合商业视角,切片网络的目标架构包括商业层,切片管理层和网络层。商业层为垂直客户提供切片设计服务以及购买入口;切片管理层提供切片调度,管理和实例化;切片网络层就是支撑上层应用的物理设备和逻辑模块。边缘计算(MEC,Multi-access Edge Computing,多接入边缘计算),就是让大量的数据计算在网络的边缘就近进行。这样不但可以降低时延,还可以减少向上的传输带宽,更重要的是把关键数据保存在企业之内,更具安全性。

5G 可天生支持 MEC。由于 5G 核心网采用了用户面和控制面分离的服务化架构,其用户面单元 UPF 可以很方便得部署在企业内部,甚至 MEC 服务器之上,从而实现用户面就近处理,关键数据也不会流出企业。5G+MEC 的架构如下图所示。

综上,有了 5G 对 eMBB,mMTC 和 uRLLC 这三大应用场景,网络切片,边缘计算,以及核心网用户面下沉的支持,才能更好地服务于各种各样的行业应用。

并且,这些 5G 功能必须在 SA 场景下才能实现,这也是中国目前大力发展 5G SA 部署模式的原因之一。也就是说,5G 的绝大部分技术都是为了行业应用。这才是 5G 的精髓,才是「5G 改变世界」的途径。那么,5G 的三大应用场景可以用于哪些行业应用,又能带来什么变革呢?1.  5G+视频 首先,由于 5G 可以提供高速率和低时延,最容易想到和做到的,就是高清视频相关的应用了。通过 5G 将采集的监控视频 / 图像实时回传,结合边缘计算(MEC)统一监控平台,实现人员违规,厂区环境风险监控的实时分析和报警,提高作业安全性。

从高清视频衍生出去,还有虚拟现实(VR)/ 增强现实(VR)这些和超高清视频相关的技术也需要 5G 的支持。VR 由于沉浸,交互和构想这三大特点,在工业互联网中的主要应用是虚拟装配,虚拟培训,虚拟展厅等场景,720°全景的展示让人身临其境,信息传递更丰富而直观。AR 则融入到了工业制造的交互,营销,设计,采购,生产,物流和服务等多个环节。比如,通过 AR 远程协助,专家可远程在 AR 眼镜中实时标注设备状态和操作方法,实现了现场人员和远程专家等零距离沟通。

5G 高清视频采集到的数据,再加上边缘计算和人工智能,随之产生的计算机视觉或者机器视觉,可实现字符识别,人脸识别,视觉定位,行为分析,物体识别,物体测量,物体分拣等应用,则是视频应用的高级形态。5G+视频是 5G 最先成熟的基础应用,可服务于各种各样的垂直行业,包括:制造,能源,医疗,教育,建筑,电商等等各行各业。2.  5G+工业 5G+工业互联网是智能制造的前提。早在 2012 年,美国通用电气公司在提出「工业互联网」这个概念时,是这么说的:「工业互联网,就是把人、数据和机器连接起来」。

 

工业互联网可以从「网络」,「数据」和「安全」这三个方面来理解。网络是基础,数据是核心,安全是保障。5G 要在工业互联网中发挥作用,无非是作为网络基础设施,然后借助它高速率,大连接,与超可靠低时延这三项能力,在其上构筑适合的行业应用。 这些行业应用在初期大多基于 5G+视频的智慧园区的安防,巡检,以及 AR 远程协助,VR 虚拟培训等外围应用。目前用于核心的工业制造控制还比较困难,随着业界不断的研究和试探,待到更多应用的成熟,后续才会逐步触碰到工业核心控制环节。目前来看,除了智慧安防和巡检之外,5G 在工业互联网还可用于下面的场景。

数据采集:对于工厂内各种设备内部模块,以及各种环境相关的传感器的数据采集,需要用到大连接的物联网技术,也就是 5G 的 mMTC 场景。

工业穿戴:现代化现场工人的技能要求越来专业,这就需要各种 VR/AR 智能可穿戴设备作为辅助。同时由于可穿戴设备对移动性,带宽,时延的要求都苛刻,5G 的三大应用场景可满足上述需求。

视觉质检:5G+视频的高级应用,也就是机器视觉,作为典型的 eMBB 场景,还需要结合边缘计算以及人工智能才能高效完成。

工业控制:在很多场景不适合人进行作业,比如高位,高空,有毒等恶劣环境,这就需要远程控制。远程控制不但需要超高清视频的回传,还需要极低的时延和可靠性。5G 正好可以满足这些方面的要求。

长期来看,5G 会逐步深入工业控制的核心领域,部分取代工业现场的有线 IT/OT 网络,甚至颠覆工控及部分装备产品的形态。3.  5G+电力电力,正是这样一个正在全面向数字化能源互联网发展的行业。从以前的大机组电网互联,再到现阶段正在蓬勃发展的电网智能管理,新能源接入,智能电表智能电网应用,最终还会向全面智能方向不断进化。我们先来看看目前智能电网需求跟 5G 的匹配程度。

首先,对于电力系统生产控制类需求:比如配电自动化,主动配电网差动保护分布式电源接入控制等应用,需要达到 99.999%的可靠性,时延需求从 10 毫秒到 50 毫秒不等。显然这是 5G uRLLC 的需求。然后,对于电力的生产管理系统中的移动应用类需求,需要进行无人机或者机器人定期巡检,高清视频监控,AR/VR 辅助维修及培训,以及各种自然灾害保护等工作。

这些工作都需要大量的图片,视频或者媒体流的回传,属于 eMBB 的场景。另外,对于大量电力基础设施的信息采集类需求,比如管理和状态监控,能耗管理,路灯控制,智能抄表等业务的连接数巨大,时延和带宽要求不高,5G 的 mMTC 业务正好满足需求。

由此可见,智能电网对 5G 的三大应用场景都有需求。除此之外,智能电网对 5G 的另一个关键技术:边缘计算也有明确的需求。

通过边缘计算技术,电网可将当前位于主站的数据处理逻辑下沉,由本地智能终端对电力信息进行实时处理。

这样一方面能够提升配电自动化系统的响应速度,降低时延,另一方面可以减少数据长距离传输带来的带宽占用。4.  5G+医疗新冠疫情,让我们的生活发生了剧变,也是对医疗系统的大考。外部环境的改变,催生着医疗系统和 5G 的融合,创新和变革。

疫情爆发后,远程会诊、智能医护机器人等多种 5G 用例被迅速投入到抗疫阻击战中,已初显 5G 价值。3 月 24 日,工信部发布了关于推动 5G 加快发展的五方面 18 条措施,其中包括推动「5G+医疗健康」创新发展。文中指出,要开展 5G 智慧医疗系统建设,搭建 5G 智慧医疗示范网和医疗平台,加快 5G 在疫情预警、院前急救、远程诊疗、智能影像辅助诊断等方面的应用推广。进一步优化和推广 5G 在抗击新冠肺炎疫情中的优秀应用,推广远程体检、问诊、医疗辅助等服务,促进医疗资源共享。

从这份 5G 发展的「总纲领」中可以看出,5G 智慧医疗将是我国 5G 下一步的工作重点。初步实现的智慧医疗应用,以虚拟团队合作,远程医疗支持,远程复诊等远程视频辅助类的应用为主。至于被寄予厚望的远程手术,则因为技术和管理的要求过高,离成熟应用还有较远的距离。

虚拟团队合作:由于传统医护和数字化系统的整合速度慢,缺乏统一的协调管理,5G 可以为医护团队提供视频辅助以及虚拟团队办公等服务。远程医疗支持:疫情期间,社区或者流动医护人员遇到难以判断的问题,又无法得到上级专业人员的支持,这可咋办?借助 5G 远程医疗检查,专家可提供远程视频协助,实时数据分析等支持。甚至,还可以为急救车提供视频辅助,快速建立医护人员和专家的联系通道,且有网络切片保障服务质量。

中国移动经过了对 5G 行业应用的深度分析,其政企事业分公司的技术专家编写的《5G 落地:应用融合与创新》一书,很好地总结了 5G 在行业应用中的关键作用以及落地的应用融合与创新:「在 5G 之前,每一代新的通信技术革新都包含着空口革新和传输速率的提升。但 5G 跳出了单纯的通信连接的范畴。5G 技术糅合了大数据、人工智能、物联网技术,可以和垂直行业实现深度融合。5G 不再拘泥于带宽提升这一传统发展路径,将时延和连接数纳入到自身演化系统当中,其所带来的颠覆,从日常生活延伸到各个产业,以及整个社会。5G 是工业级的无线通信网络,其按百万连接和毫秒级时延的标准来进行协议设计,使低成本、海量连接的物联网成为现实。以物的连接为基础,信息采集和操作控制得以向远程化、无人化方向发展。垂直行业 5G 解决方案将成为热点,大量第三方垂直行业解决方案企业也将应运而生。」

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