万物互联:5G赋能行业应用

发布时间:2021-8-12 12:21    发布者:eechina
关键词: 万物互联 , 5G
5G新时代

2019年10月31日,工信部与中国的三大移动运营商(中国移动、中国联通、中国电信)共同宣布启动5G商用,这标志着5G正式进入了全国普及阶段。今年(2021年),工信部计划新建5G基站60万个。在实现地级以上城市深度覆盖的基础上,加速向有条件的县镇延伸。

无论是商业原因还是国际竞争的原因,5G几乎从4G普及之后就已经成为确定的发展方向。而只有当大量基站建设铺开、5G信号被较大数量的人口接收到的时候,5G的实际价值才能慢慢展现。作为第五代移动通讯技术,5G的出现将解决之前通讯技术中遇到的传输速度和信道容量问题。对比之前的移动通讯技术,4G的设计最快速度可以达到150Mb/s,而5G的最快速度则可以达到20Gbps [1]。从容量上说,5G会利用频率更高的厘米波和毫米波段,通道带宽可以达到400MHz,比4G的20MHz高出了20倍[2]。

可以说,5G技术是通信领域的高速公路,有助于实现高速度、低延时、高带宽的通信,也就是让越来越多的设备更容易地连入网络。当5G结合物联网、虚拟现实和人工智能,很多新型应用将更容易实现;当5G进入工业领域,工业4.0才可能实现。

5G在实际生活中的应用

5G与其他技术结合,可以实现更大的价值。下面简述5G在自动驾驶、虚拟现实、远程医疗和智慧城市中的作用,有助于在这些领域中实现万物互联。

自动驾驶

5G可以实现大数据的快速传输,辅助人工智能的应用。这意味着大量应用的终端可能只是数据采集端和执行端,采集到的数据可以低延时地传回数据终端,数据中心的决策和预测再传回终端。于是,自动驾驶汽车就可以把计算分析的任务交给数据中心;甚至更直接地,汽车直接经由5G实时共享画面,让司机远程开车。

另外,5G具有的高容量可以容纳海量通信设备,也就可以实现自动驾驶汽车之间的通信。所有一定范围内的自动驾驶汽车就可以构成一个集群,每台车可以根据其他车的行进方案实时调整自己的方案,从而更好地实现躲避拥堵的目的。

虚拟现实

5G对于虚拟现实的影响也难以估量。首先,海量数据可以传递给虚拟现实终端,画面的更新速度提升,从而改变虚拟现实的体验,至少用户不会再头晕。另外,如果把真实世界同一位置不同角度的图像信息经由5G传输给虚拟现实终端,人们甚至可以实现远程进入同一时刻的另一个真实空间。

远程医疗

5G的高容量可以允许传感器直接联网。实时监测人体各项指标的传感器(如心率、脑电、血糖等)可以连入网络,一旦有指标发生严重问题,医生甚至可以比病人更早地发现问题并采取措施。

5G的高速度和低延时也可以更好地实现医生远程看病甚至远程手术。早在2019年,中国就完成了北京专家对天津、河北、新疆的远程手术。远在北京的医生通过5G网络实时获取当地图像,并且交替对三地的手术机器人进行操作,不仅帮助本地医生规划手术方案,而且实现了远程操控[3]。

智慧城市

5G是智慧城市不可或缺的工具,可以说,智慧城市是建立在5G网络上的城市。除了城市中的自动驾驶汽车自然也离不开5G,城市中的大量摄像头可以直接联网,摄像头网络可以用来调控交通、监控异常。另外,城市环境也可以被传感器网络监测。以西班牙巴塞罗那为例,政府在全市安装了超过2万个无线传感器,用于收集气温、湿度、污染、噪音、交通流量等各领域的数据信息。

在家里,电器设备可以高速接入云端大脑,让轻量级的设备也能听从语音指示,甚至家用电器可能在用户尚不注意的时候就已经自动跟商家报修。另外,由于5G的低延时,在家工作、听课、开会都可以实现等同于面对面的实时交流,这可以提升工作和学习的效率,实现真正的“在家办公”。

5G在工商业领域的应用

除了面向用户的应用,5G也将深刻改变工业和商业领域的网络应用。

生产线监控

在生产线上,正因为有5G,才能实现生产线上的物物连接,从而实现工业4.0倡导的生产线的调控。5G带来的数据快速传输可以帮助更多数据更便捷的融合,实现低延时地远程监控生产过程。早在2019年,湖北移动在中国信科集团旗下的虹信公司利用5G和自动化技术实现了自动生产线,包括自动焊接、自动上料、振子选波焊、视觉检测、性能测试等工序。不仅实现了生产线的远程监控,而且大大提升生产效率。一个人监控的生产线,一天就可以完成之前十个工人干十几天的工作量[4]。

当生产线上的各个设备都连入网络,对生产线的监控可以实时、可视化,从“人管设备”过渡到“设备找人”。以5G+工业互联网技术供应商凌犀物联为例,旗下的HOMEY智能安灯系统、C-MES智造信息系统和LinkInsight透明工厂分别实现了设备问题实时上报、生产工序投入产出监测和基于人工智能的设备的预测性维护和生产性能评估[5]。

智能工业园区

5G应用在园区内将改变生产模式以至于达到未来工业4.0的水平。比如自动驾驶用于生产资料和人员的移动、智能摄像头用于了解和监控各个生产过程。这样的设想已经逐步成为现实,比如在2019年,京东部署了LoMir(络谜)智能物流平台。在这个基于5G的智能物流园区中,5G高清摄像头可以实现人员的定位管理,还可以实时感知仓内生产区拥挤程度,及时进行资源优化调度;5G与工业物联网结合,可以管理园区内的人员、资源和设备;5G还帮助园区智能识别车辆,并智能导引货车前往系统推荐的月台进行作业,让园区内的车辆更加高效有序。

专用确定性网络

由于5G可容纳大量的通讯设备和信道,而不同的应用又有不同的需求,网络切片技术就可以帮助同一个网络分成彼此独立的功能,比如工厂的传感器需要低延时和高可靠性,城市内的传感器需要保证单位面积内的连接数够多,野外的传感器还需要保持低功耗待机等等。

在网络切片技术的帮助下,5G的一个重要功能是公网专用。正如按照不同功能进行的网络切片,网络也可以根据特定的隐私性要求进行切片。对于智慧工厂、智慧产业园区等对隐私性有较高要求、但又没有必要专门留出单独频段进行通讯的应用,公网专用则相对经济地保证了隐私性。在这方面,北京联通在三一重工构建了三一重工园区5G专网体系、帮助北京电力海淀500kV超高压隧道5G专网建设。华为也提出了一系列行业需求,即能力可编排的差异化(Differentiated)、数据安全保障专属性(Dedicated)、自主管理和自助服务(DIY)[6]。

5G未来发展的挑战

尽管有合理的构想和一些成功的应用,但当5G已经逐渐进入人们生活的当下,5G未来发展的图景反而显得模糊。一方面,经历了近两年的基站建设和发展,大部分用户的直接体验并没有很好,甚至有人认为5G的出现不仅提高了资费水平,还影响了4G的速度。另一方面,上述那些激动人心的应用很多似乎看上去还十分遥远。对此,笔者有以下思考。

规模性

当基础建设初步铺设完成之时,才是5G大规模应用将要发生之时。更进一步,只有当设备通过5G连入整个网络成为一种新型的默认设定,5G以及其带来的“万物互联”的价值才真正能体现出来。但事实上,基础设施的建设还远远不够。根据工信部数据[7],2021年一季度,中国已建成5G基站总数达81.9万个,连接到5G网络的终端数达2.85亿个。但相比于我国已经建设了582万基站的4G网络,5G的覆盖深度和广度还没有达到足够规模。

数据量与算法

5G的发展和应用离不开数据和算法。无论自动驾驶、智慧诊疗还是未来的智慧城市、万物互联,数据的收集、处理、分析以及算法效能的提升都是基础设施的一部分。以万物互联的角度来看,现在算法处理的数据规模和智能程度还远远不够。而站在5G的世界向后看,当人们适应了5G的世界甚至进入6G的时候,所有信息都将会变成数据,这将会是海量的。比如可能会把嗅觉数字化、真实场景数字化、身体信息数字化,数据的存储和处理又会是新的命题。从这个角度上说,数据科学与算法设计的也需要随着5G的到来一同进化。

世界竞合

由于5G技术相比于之前的所有移动网络会更加深入地嵌入到大众生活和专用网络中,各国都会基于国家安全的考虑发展5G,也因此造成了中国与美国的博弈和摩擦。根据IPlytics的报告[8],华为拥有5G必要专利占比达到了15.4%,居世界首位。与芯片相关的大量专利仍由美国高通公司拥有,而华为在5G网络方面具有优势。这样多强并立的局面直接影响了美国公司的发展路径:美国通信行业解决方案联盟在2020年底发起了“下一个G”联盟(Next G Alliance),招揽了美国的苹果、谷歌、AT&T、高通等大公司,一方面发展5G,另一方面提前布局6G;与此同时,也有消息说美国希望延长4G的服役时间,这样可以直接饶过5G技术,从而绕过中国作为技术主导的这一轮通信技术革命。。由此可见,5G的发展融入了更多的国际政治因素,这也让技术的发展不再纯粹集中在经济或技术本身,从而也影响技术的发展和普及。

下一个G(6G)

正如上文提到,6G已经开始陆续进入大国、大公司的事业。比5G更快、、更高效。6G的设计速度可以达到1Tbps,利用更快的太赫兹频段(0.1-10Thz),其设计速度与容量均可以达到5G的上百倍。像5G一样,科技大国和大公司还在争取6G的标准定制权,而与此同时,一些关键技术已经浮出水面。这些技术包括太赫兹发射与接收的芯片技术、高功率通讯环境下电池技术、高性能计算下的保密技术(包括量子通讯技术)、网络分布于智能化技术等[9]。 在2020年,新加坡和日本的大学宣布制造了太赫兹芯片,中国也已经发射了太赫兹通信卫星[10]。而根据中国IMT-2030(6G)推进组进去发布的《6G总体远景与潜在关键技术》[11],6G将实现5G依然难以完成的全息通信、感官互联等“科幻”场景。由于6G的建设是沿着5G的思路、把提升容量、降低延时做到更高的水准。5G的建设依然可以为未来6G提供技术和经验储备。

因此,5G发展仍然是大势所趋,而且将是以后通讯发展的基石。现在的5G正在进入寻常人家的前夜,只是需要稍微耐心一点。正如中国信通院5G应用创新中心副主任杜加懂先生最近一篇文章[12]中所说,5G的应用和发展都是“批次递进式”的,或许过几年再回过头来看,5G正如当初的4G一样,已经悄然走进了人们的生活。

来源:贸泽电子
作者:王东昂
本文地址:https://www.eechina.com/thread-772225-1-1.html     【打印本页】

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yanyue 发表于 2021-8-13 15:31:58
吃瓜群众路过
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