一文读懂「5G技术与应用创新」

2020年3月4日,中共中央政治局常务委员会召开会议,提出要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。

数据显示,中国移动已建成开通5G基站超过14万个,并将力争在第三季度提前完成2020年累计建成5G基站30万个的目标,确保年内在全国所有地级以上城市提供5G商用服务。此外,中国联通、中国电信已累计开通共建共享基站11.5万个。

5G建设如火如荼。那么,5G究竟是什么呢?

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我国移动通信发展历程

 5G 

5G,意指第五代移动通信,让我们简单回顾一下我国移动通信的发展历程:

1G

1987年11月,中国第一个模拟蜂窝移动电话系统在广东商用,这一年成为中国移动通信元年。此后,移动通信以大概每10年升级一代的速度蓬勃发展。

1G的典型技术特征是蜂窝小区和频率复用,仅支持语音通话。

2G

从2G开始,移动通信进入数字时代,大大提高了语音通话质量并开始提供数据服务。标准包括欧洲的GSM和美国高通的CDMA。

2000年5月,中国移动梦网开通,手机从此可以上网。

90年代末出现的GPRS和EDGE技术,将数据传输速率提高到了200Kbps。

3G

2009年1月,工信部颁发3G牌照,中国移动TD-SCDMA,中国联通WCDMA,中国电信CDMA2000。3G面向高速、宽带数据传输,手机上网逐渐取代话音业务,成为运营商的主要收入来源。

一流的企业做标准,二流的企业做品牌,三流的企业做产品,TD-SCDMA作为中国提出的标准,标志着中国开始参与移动通信标准的制定,直接促进了中国通信行业的崛起。

4G

4G的速度达到3G的十倍以上,其意义并不仅仅是传输速度的提升,4G同时带来了终端设备的演进、商业业态的完善、以及价值网络的增值。可以说,没有4G,就没有如今移动互联网的繁荣。

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为什么还需要5G?

 5G 

4G的速率已经达到10Mbps,峰值达到1Gbps,那我们还需要5G吗?

5G,怀揣着万物互联的梦想而生。

通信需求更加多样化和碎片化,不同业务场景,对网络提出了不同的需求指标。如抄表业务,超大连接数至关重要,对网速、时延要求不高,对移动性则毫无需求。而自动驾驶业务,则对时延和可靠性有极高的要求。这些截然不同的业务场景,让4G面向移动宽带业务的服务模式无法适应。

现有移动通信网络,核心是人的通信,面向消费型互联网;如上网浏览、娱乐、购物等,用户行为有很大的突发性。“有线的资源是无限的,无线的资源是有限的”,通过有限的资源去满足突发性的需求,现有的网络采用了“尽力而为”的架构。

当互联网进入工业领域,演进为生产型互联网,现有“尽力而为”的模式,已不能满足生产型互联网差异性服务保障、确定性带宽/时延的需求。

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5G的业务特点

 5G 

5G有三大应用场景,分别是:

增强移动宽带eMBB(Enhance Moblie BroadBoand):面向需要超高传输速率的场景,如高清视频、AR/VR等,峰值速率可达10Gbps。

超可靠低时延uRLLC(Ultra Reliable Low Latency Communication):面向关键任务型物联网场景,需要极低时延和高可靠性,如车联网、工业控制、远程医疗等,时延达到1ms。

海量机器通信mMTC(massive Machine Type  Communication):面向规模型物联网,满足海量物联网传感器等设备接入需求,需要极大的连接能力,对速率和时延要求不高,一般不需要移动性,要求长续航和可靠性。

如下表所示,5G相比4G,有了长足的进步。

5G除了技术指标上的改进,更带来业务生态的深刻变革

网络的虚拟化

基础物理网络虚拟化,通过网络分片技术支撑不同的业务场景。

将计算、存储、网络资源统一管理,按不同服务需求划分为eMBB、uRLLC、mMTC三大类相互隔离的子网,每张子网内部采用针对性的配置和管理策略,以灵活应对不同的网络应用场景。在同类子网下,还可以进一步进行资源划分,形成更低层级的子网。

网络的服务化

基础设施与上层应用的边界开始模糊,推动基础网络深度嵌入面向用户的服务过程。

传统网络的分层结构,边界相对清晰,功能相对确定。5G时代,层次之间的边界开始模糊,功能开始交叉,核心骨干网络下沉到基站,内容分布网络被成功移植到移动通信网络。5G时代的网络运营商将对互联网内容和应用开发者产生更为直接的影响;

反之,为了提高消费者体验,互联网内容和应用开发者又不得不与网络运营商展开深度合作,从物理层即开始优化数据的传输、处理和存储。

上述两方面共同推动了基础网络本身的服务化变革进程,使得基础网络开始深度嵌入直接面向终端用户的内容和应用服务。

网络的智能化

传统互联网中运营商只是数据管道,没有能力深入数据本身。5G不仅传输数据,也识别数据,针对不同应用提供差异化支持,直接嵌入用户服务过程,智能地提供个性化的数据传输服务。

数据的多维化

5G从面向人的通信,发展到同时面向人和物的通信,数据的维度大大丰富。特别是海量机器通信,在数据采集和提升数据维度方面有着巨大的潜力。而数据的维度直接影响数据的价值,维度越高则价值空间越大

数据的海量化

5G的传输速度10倍增长,连接数100倍增长,意味着海量的数据。对应的数据存储、数据治理、可视化、数据安全、云计算等领域都将繁荣发展。

5G的影响,不仅仅限于基础网络层面,而将进一步引发生产和生活方式的深刻变革。

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5G的创新应用

 5G 

伴随着5G商用化的到来,我们的生活与5G正在变得更加紧密。

5G与城市治理

城市治理,要像绣花一样精细,而这离不开以5G为代表的新一代信息技术的支撑。

5G为智慧城市提供了一张更快、更灵活、更可靠的通信网。如果说对各个城市越来越重要的大数据中心、城市运营中心、指挥中心是城市大脑,那么5G与大量的探头和传感器就是城市的神经网络和感官系统。

5G的大连接和超宽带,可以更广域地采集城市全景数据,实现对城市人事物更全面细微的感知;

5G的低延时,可以更快地对城市中的各种状况做出反应;

5G的高可靠,保证了信息能够正确地传达,指令能够正确地执行;

5G的切片,使得通信网络具有极强的灵活性,适应城市治理的各种场景。

城市犹如一个生命体一样变得更具智慧和活力。

以无人机场景为例,5G可满足无人机长距飞行需要的低空覆盖和大带宽需求。无人机搭载高新摄像头、传感器、甚至作业设备,进行巡航、跟随飞行、定点飞行,将现场360度高清图像和传感器采集到的数据回传指挥中心,指挥中心对图像进行智能识别,生成作业指令,远程指挥无人机进行作业。可以应用于公安侦查、应急处置、农田统计、药物喷洒、国土测绘、物流配送、环保监测等领域。

在智慧物业场景,某社区通过5G网络,采集写字楼内访客信息,发现某公司的访客集中在60岁年龄段,判断该公司极有可能涉嫌P2P诈骗。

在智慧安防场景,公安部门通过5G网络,采集房屋水电用量和门禁出入信息,发现某房屋水电量偏高,门禁出入特征异常,成功破获一个传销团伙。

5G与智慧园区

现有智慧园区进行网络覆盖,采用有线造价高、不灵活;

4G网络高延时低可靠;

自建专用无线网络成本高;

缺乏统一的设备连接管理和状态感知平台,数据孤岛问题突出。

5G可以在园区建设专网,提供高安全性、高隔离度的定制,为园区进行专属的网络覆盖、分配专用的网络资源、提供专有的网络服务。将边缘计算平台部署在园区数据中心,将各类工业应用如:设备协议适配、污水监控、有害气体检测、读表、控制等下发至边缘节点运行和调度管理,实现数据流量卸载、本地业务处理,满足数据不出场、超低时延等业务需求。实现设备的无线接入,对数据进行统一的接入、解析、存储、处理。实现计量采集、高清视频监控、基于视频图像进行智能分析(违规作业、故障、环境污染、火警、泄漏等)、远程控制、AI辅助决策。

5G与医疗

5G为医疗大数据传输提供高清低延时的高可靠通道,远端患者和医生可以进行实时音视频交互;进行医疗影像传输,远程操作诊断设备如B超、内窥镜进行远程诊断;结合触觉反馈信号,精准操作遥控机械手进行远程手术,为偏远地区的患者带去优质的医疗服务。

5G与交通

基于5G低延时、高可靠、大带宽的特征,能够满足车联网各种复杂应用场景的需求。如自动驾驶,车辆编队,无人配送,交通辅助控制等。

5G已经开启了通信网络从消费侧向生产侧全面渗透的进程。未来5G将成为社会信息流动的主动脉、产业转型升级的加速器、数字社会建设的新基石。