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如何深入浅出的理解5G在自动驾驶、新媒体、农业、能源、医疗、工业等垂直行业的重要作用?
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在前不久举办的2018上海世界移动大会上,中国移动亮出了时间表:计划到2020年,实现5G网络正式商用。全球5G应用领域将覆盖自动驾驶、公共交通、新媒体、农业、能源、医疗、工业等各个垂直领域......

在前不久举办的2018上海世界移动大会上,中国移动亮出了时间表:计划到2020年,实现5G网络正式商用。

那么新一代的移动通信技术,将给我们的生活带来哪些改变呢?

2018年杭州马拉松期间,浙江移动打造了国内***体育赛事“5G高清直播”,通过装载着5G通信设备和高清摄像头的大型无人机提供的的直播画面,每位选手的表情甚至汗水都清晰可见。 

无人机 

 

 

除了这种清晰的直播,业界是这样阐述5G的未来应用场景的:全球5G应用领域将覆盖自动驾驶、公共交通、新媒体、农业、能源、医疗、工业等各个垂直领域,“能够和更多的产业深度融合”,据赛迪顾问机构预测,我国5G产业总体市场规模将达到1.15万亿元,比4G产业总体市场规模增长接近50%。

我等吃瓜群众就会有点不理解,5G不就是4G的升级吗?除了速度快一点,画面清晰一点,难道对这些垂直行业真能带来翻天覆地的变化?5G技术在自动驾驶、新媒体等垂直应用中到底能起到什么核心作用?又比如能源,怎么脑补也想不通5G跟它会有啥关系?

特此撰文一篇,算是抛砖引玉,马化腾说了要从消费互联网向产业互联网转型,5G也许是个大杀器。

1、5G相对于4G的特点

相比4G,5G不仅考虑人与人,也充分考虑了人与物、物与物的连接要求,比如物联网,相比4G主要追求速率,5G则关注速率、时延、连接数密度等更多关键性能指标,也就是说,5G在性能上追求更多的维度。

无线的单一的速度维度提升也许应用场景有限,但一旦增加了时延、连接数密度等维度,就好比大数据的多维度那样,其将创造一个完全不同体验的无线网络世界,这为其应用场景的丰富打下了坚实的基础。

这里列几个5G、4G关键比对指标:

速度:4G*100,以后你在热点场所(比如咖啡厅)的峰值速率超过1Gbps

时延:4G*1/5,可以达到1ms,以后4G的网络跟你抢红包绝无可能

连接密度:4G*10,海量的传感器连接你我,形成一个真正的物联网世界

基于5G的特点,我国IMT-2020(5G)推进组将移动宽带场景做了进一步划分,共分为移动互联网和移动物联网两大场景的4个子场景。

移动互联网(eMBB-连续广域覆盖):视频/语音/互联网/视频电话;20Mbps速率的4K高清体验;公路/铁路/村落/郊区/偏远地区

移动互联网(eMBB-热点高容量):FTP/下载/3D视频/VR/AR;100Mbps体验速率,峰值速率超过1Gbps;热点/室内/咖啡厅/办公室/体育场)

移动物联网(mMTC-低功耗、高连接密度):监控、传感器、智慧城市;低功耗、低成本;100万连接每平方米

移动物联网(URLLC-低时延和高可靠性):车联网、工业控制、远程医疗;1ms时延;接近100%的可靠性

2、5G与自动驾驶

自动驾驶主要基于传感器系统(摄像头、雷达和激光雷达)来进行信息的采集,通过数据融合技术将不同传感器(如雷达、摄像头和激光雷达)数据进行智能化合成,实现不同信息源的互补性、冗余性和合作性,从而做出更好、更安全的决策。

比如摄像头具有分辨颜色(识别指示牌和路标)的优势,可易受恶劣天气环境和光线的影响,但雷达在测距、穿透雨雾等有优势,两者互补融合可作出更精确、更可靠的评估和判断。

目前多数人所谈的自动驾驶,都是基于汽车本地端的传感器、数据融合来实现决策的。但是,你有没有想过,这种单凭本地端实现的方式存在一些局限性。

如下图,假如你开车的视线被前面的大卡车阻挡,你想超车,自动驾驶能预知从左侧高速驶来的汽车吗?

 

简单的理解,本地传感系统让汽车实现了“眼观六路”,但自动驾驶还需要“耳听八方”。这就需要V2X闪亮登场。

与雷达、激光雷达等传感器不同,我们可以把V2X视为一种无线传感器系统的解决方案,它允许车辆通过通信信道彼此共享信息,它可检测隐藏的威胁,扩大自动驾驶感知范围,能预见接下来会发生什么,从而进一步提升自动驾驶的安全性、效率和舒适性。V2X被认为是自动驾驶的关键推动因素之一。

而5G V2X,将对功能进一步增强,以支持低延迟和高可靠性V2X服务,基于5G近实时的高清视频传输,让自动驾驶不仅能“眼观六路”,还能“耳听八方”,实现100%安全性。

5G有可能成为统一的连接技术,满足未来共享汽车、远程操作、自动和协作驾驶等连接要求,替代或者补充现有连接技术。在车辆实现完全自动驾驶之前,5G将支持以下应用案例:

(1)编队行驶。卡车或货车的自动编队行驶比人类驾驶员更加安全。车辆之间靠得更近,从而节省燃油,提高货物运输的效率。编队具有灵活性——车辆在驶入高速公路时自动编队,离开高速公路时自动解散。

2~3辆车即可组成编队,相邻车辆之间进行直接或车路通讯。对于较长的编队,消息的传播需要更长的时间。制动和同步要求低时延的网络通讯,对于3辆以上的编队,需要5G网络。

(2)远程/遥控驾驶。车辆由远程控制中心的司机,而不是车辆中的人驾驶。远控驾驶可以用来提供高级礼宾服务,使乘客可以在途中工作或参加会议;可提供出租车服务,也适用于无驾照人员,或者生病、醉酒等不适合开车的情况。RTT时延需要小于10毫秒,使系统接收和执行指令的速度达到人感知的速度,这些,都需要5G网络。

3、5G与新媒体

这里主要谈谈5G于AR/VR中的重要价值,首先谈谈VR与AR的本质。

VR,简称虚拟技术,也称虚拟环境,是利用计算机模拟产生一个三维空间的虚拟世界,提供用户关于视觉等感官的模拟,让用户感觉仿佛身历其境,可以即时、没有限制地观察三维空间内的事物。

在电影《头号玩家》中,下图是男女主角进入的三维虚拟世界示意。

 

下图是主角穿戴的VR装备。

 

AR,简称增强现实,是指透过摄影机视频的位置及角度精算并加上图像分析技术,让显示屏上的虚拟世界能够与现实世界场景进行结合与交互的技术,简单的理解就是利用图像处理技术在现实世界中增加虚拟物体。

以下示例的是去年火热的”口袋妖怪“游戏,一个卡通妖怪通过手机屏幕似乎出现在真实世界中。 

 

其实AR可以用在远程车辆维修等大量的场景,假如你是一个修车新手,碰到了难题,老师傅不需要亲临现场,可以基于AR技术直接在图像上叠加虚拟操作指示,你一看学着操作就可以了,如下视频所示。

可以看到,AR/VR的特点是大量交互、图像重构及实时传输,让人享有沉浸式体验,要求逼真再逼真,这就涉及到大量的数据传输、存储和计算,这些数据和计算密集型任务如果转移到云端,就能利用云端服务器的数据存储和高速计算能力,而只有5G才能帮助做到这一点。

VR和AR是能够彻底颠覆传统人机交互内容的变革性技术,变革不仅体现在消费领域,更体现在许多商业和企业市场中,想象力***。

4、5G与医疗

5G对于远程医疗而言意义重大。由于5G网络延时小,所以医生甚至还能在距离病人1000英里的地方用机器人对他们进行手术,而生活在偏远地区的人则能借助5G网络接受专家的诊断。

比如做B超,如果医生不在现场需要远程操作,对于网络就有两个要求,一个是速度快,这样能更清晰的看到远程传输过来的B超画面,另一个是时延低,医生每次远程操作机械臂要能实时获得响应,这样才能确保操作的流畅,这种应用在4G时代是很难实现的,下图是世界互联网大会其间中国移动基于5G技术的远程B超示意。 

 

人口老龄化、偏远山区农村就诊困难都需要优质的医疗资源,通过5G连接到AI医疗辅助系统,医疗行业就有机会开展个性化的医疗咨询服务,人工智能医疗系统可以嵌入到医院呼叫中心,家庭医疗咨询助理设备,本地医生诊所,甚至是缺乏现场医务人员的移动诊所。

智慧医疗市场的投资预计将在2025年超过2300亿美元,5G将为智慧医疗提供所需的连接,这个市场的前景非常广阔。 

5、5G与工业

“十九大”报告提出“加快建设制造强国,加快发展先进制造业,推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合。”

2018年的政府工作报告明确提出:加快制造强国建设。推动集成电路、第五代移动通信、飞机发动机、新能源汽车、新材料等产业发展,实施重大短板装备专项工程,推进智能制造,发展工业互联网平台,创建“中国制造2025”示范区,将来的工业互联网需要具备6大典型特征:

(1)智能感知:工业互联网是利用传感器、射频识别等感知手段获取工业全生命周期内的不同维度的信息数据,具体包括人员、机器、原料、工艺流程和环境等工业资源状态信息。

(2)泛在连通:工业资源通过有线或无线的方式彼此连接或与互联网相连,拓展了机器与机器、机器与人、机器与环境之间联接的广度和深度。

(3)数字建模:数字建模将工业资源映射到数字空间中,在虚拟的世界里模拟工业生产流程,借助数字空间强大的信息处理能力,实现对工业生产过程全要素的抽象建模,为工业互联网实体产业链运提供有效决策。

(4)实时分析:针对所感知的工业资源数据,通过技术分析手段,在数字空间中进行实时处理,获取工业资源状态在虚拟空间和现实空间的内在联系,将抽象的数据进一步直观化和可视化,完成对外部物理实体的实时响应。

(5)精准控制:通过工业资源的状态感知、信息互联、数字建模和实时分析等过程,基于虚拟空间形成的决策,转换成工业资源实体可以理解的控制命令,进行实际操作,实现工业资源精准的信息交互和无间隙协作。

(6)迭代优化:工业互联网体系能够不断地自我学习与提升,通过将工业资源数据处理、分析和存储,形成有效的、可继承的知识库、模型库和资源库。

其中,作为重要的基础,工业通信网络需要一张无所不在的宽带网络,以把人、物、数据、流程全部连接起来,纵观现阶段的工业互联网发展现状,工业网络链接以现场总线和工业以太网为主,无线技术无法在工业互联网广泛推广,主要限制于wifi、Zigbee、蓝牙等技术的能力(如稳定性、低速率)有关。

工业互联网对于底层智能网络的带宽、时延、智能程度(比如切片/参数随选)等都有着很高的要求。工业互联网有管理控制类、数据采集类和信息交互类业务,各类业务对网络的性能要求也不相同,如承载控制类业务要求网络具备低时延(端到端时延毫秒级,时延抖动微秒级)、高可靠(数据传输成功率99.999%)、高同步精度(百纳秒级)的能力。

而5G的高速率、低时延、大连接等特性,使得工业闭环控制应用通过无线网络连接成为可能,高性能的无线网络连接工厂内的海量传感器、机器人和信息系统,连接产生的海量数据、优质数据不断“喂食”人工智能,并将分析、决策反馈至工厂,同时,5G广覆盖的物联网络覆盖全球,连接广泛分布或跨区域的商品、客户和供应商等,保持对整个产品生命周期的全连接,从而实现工厂内/外部的纵向、横向集成和端到端三大集成。 

 

未来的工厂内部和外部之间的界限也越来越模糊,工厂不再是独立的封闭实体,而是庞大的价值链和生态系统的一部分,这就是所谓的“虚拟工厂”。  

 

这里来举一个应用案例。以定制化制药为例。假设某家制药厂在全球分布有10家分厂,每一家分厂内的制药流程都是一样的,即通过控制安装在机器手臂上移液器来分配药品的药物成分。与以往制药过程不同,现在叫“定制化制药”,即根据不同类型的患者来分配药物成分的类型和数量,为此,这10家分厂均要通过5G网络连接到云端,云端存储海量的患者信息数据,并通过大数据分析和人工智能确定针对不同类型患者的药物成分,在生产过程中机器手臂需实时通过5G网络连接到云端,并根据云端的指令实时的进行配药。 

 

6、5G与物流

首先看下面一张图片: 

 

在一个宽广的物流仓库里,几百台机器人在地板上井然有序地移动,身上背着各式各样的包裹,在前往目的地的路上能够自动避开其他机器人或别的障碍物,还会在电量耗尽之前寻找附近的电源充电,形成了一张智能的快件分拣网络。

这一方面是人工智能等技术的投入应用,使众多机器人变得更加智能,能够感知周边环境变化并自动做出智能决策,另一方面从智能仓库管理到物流配送,均需要广覆盖、深覆盖、低功耗、大连接、低成本的5G物联网连接,否则太多的机器人连接交互会把网络撑爆,这对应了5G的mMTC场景。

最近看到一个视频,展示了菜鸟网络基于无人机进行送货的场景,其中5G将扮演重要的角色,涉及到无人机的精准的远程控制等等,见下图。 


 

 

7、5G与能源

随着各类能源业务的快速增长,电网设备、电力终端、用电客户迫切需要通过***的通信技术及系统支撑,满足爆发式增长的通信需求。

5G技术将支持能源领域基础设施的智能化,并支持双向能源分配和新的商业模式,以提高生产、交付、使用和协调有限的能源资源的效率,可再生能源、电动汽车、电网通信、智能电网等领域将成为5G在能源行业的重点应用场景。

这里以智能电网为例,智能分布式配电自动化、毫秒级精准负荷控制、低压用电信息采集、分布式电源是未来5G技术在智能电网中***代表性的四大应用场景,这里介绍下智能分布式配电自动化。

配电自动化(DistributedAutomation)是一项集计算机技术、数据传输、控制技术、现代化设备及管理于一体的综合信息管理系统,其目的是提高供电可靠性,改进电能质量,向用户提供优质服务,降低运行费用,减轻运行人员的劳动强度。配电自动化的发展大致可以分为以下二种方式。

***阶段是基于自动化开关设备相互配合的配电自动化阶段,主要设备为重合器和分段器等,不需要建设通信网络和计算机系统。其主要功能是在故障时通过自动化开关设备相互配合实现故障隔离和健全区域恢复供电,自动化程度较低,这些系统目前仍大量应用。

第二阶段的配电自动化系统是基于通信网络、馈线终端单元和后台计算机网络的配电自动化系统,在配电网正常运行时也能起到监视配电网运行状况和遥控改变运行方式的作用,故障时能及时察觉。并由调度员通过遥控隔离故障区域和恢复健全区域供电。

当前主流方案采用集中式配电自动化方案,随着电力可靠供电要求的逐步提升,要求高可靠性供电区域能够实现电力不间断持续供电,将事故隔离时间缩短至毫秒级,实现区域不停电服务,这对集中式配电自动化中的主站集中处理能力和时延等提出了更加严峻的挑战。

因此智能分布式配电自动化成为未来配网自动化发展的方向和趋势之一,其特点在于将原来主站的处理逻辑分布式下沉到智能配电化终端,通过各终端间的对等通信,实现智能判断、分析、故障定位、故障隔离以及非故障区域供电恢复等操作,从而实现故障处理过程的全自动进行,***可能地减少故障停电时间和范围,使配网故障处理时间从分钟级提高到毫秒级。

目前,智能分布式馈线自动化系统需要光纤布线来提供连接,由于5G可提供10ms的网络延迟和千兆吞吐量,包括所需的专用网络切片,因此可以作为替代方案,实现更快更准确的电网控制,以下是未来智能电网的实时调度示意。 

 


 

 

8、5G与农业

农业有望成为5G商用中最重要的领域之一,包括智能种植、智慧畜牧、无人机作业。

(1)智慧种植:5G通过传感器实时监控湿度、光照等影响农作物生长的因素,将采集的数据上传至云端做出实时分析诊断,及时精确地操控农业设备自行灌溉和施肥。 

 

(2)智慧畜牧:5G通过传感器、随时采集牲畜生理状况、位置等信息,结合人工智能手段检测分析其健康和安全,这需要低功耗、高连接密度的5G物联网技术。 

 

(3)无人机作业:依托5G网络扩大飞行范围,进行大面积农作物护养,如碰洒种子、药剂以及牲畜监控寻找等作业,甚至可以进行精准的农业设备的自动控制。

如下图示意,使用无人机多光谱摄像机扫描农场,通过5G技术移动网络,大型数据文件立即被发送至农业机器的任务卡中处理,根据收到的实时信息对农业机器进行精准操作,数据上传过程需要大的带宽支撑,这个就需要5G的支撑,以便可以实时发送通过无人机采集制作的图像,震撼!

  

 

事实上,笔者根本不可能穷举5G的应用,但只要我们从***性原理出发,理解了5G的三个基本特性,即高速度、低时延及高连接密度,只要大家能想到连续广域覆盖,热点高容量,低功耗、高连接密度及低时延和高可靠性四大应用类型,就可以想象出更多的应用场景,5G是未来的一个制高点。

12月7日,中国移动召开“2018中国移动全球合作伙伴大会”,中国移动董事长尚冰发表了“共筑5G产业生态,连接美好未来”的主题演讲,提到“5G应用将进一步打破时空局限,在远程交互、智慧交通、文化娱乐等领域带来广阔空间,满足人们对美好生活的需要,5G应用也将深化与产业融合,提升全要素生产率,推动各行各业网络化、数字化、智能化发展,将加速释放新型网络设施建设需求和垂直行业信息服务化需求......”。

也许我的文章,能够对你理解这个演讲的内涵会有帮助。 

 

责任编辑:庞桂玉 来源: 与数据同行
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