5G创新应用实践-赋能万物互联的引擎

原创

高可用架构 2020-11-03 17:05:01 ©著作权

文章标签 Java 文章分类 Java 后端开发

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5G创新应用实践-赋能万物互联的引擎

本文内容节选自6月21-23日，由msup和高可用社区联合主办的第五届 GIAC（全球互联网架构大会），中国联通网络技术研究院物联网技术研发中心总监胡云分享的《5G应用创新，赋能万物互联的引擎》案例实录。

分享者胡云，中国联通网络技术研究院物联网技术研发中心总监，兼中国联通5G创新中心业务总监长期从事移动通信技术研究以及物联网等创新业务的研发，目前负责中国联通物联网、行业终端、5G新业务的研发工作。

· 5G行业发展现状及趋势 · 5G的业务能力及对行业的影响 · 中国联通5G创新业务的实践

5G行业发展现状及趋势移动通信技术的发展历程：从1G到5G

首先我们来简单回顾一下5G行业发展现状及趋势。 1G更多的是模拟电话通信时代，那个时候的大哥大，通信质量各方面很难让用户直观感受到移动通信技术的颠覆；到了2G，仍旧很落后，那个时候比较有代表性的是诺基亚的防摔机；1999年，3G诞生了且推出了一套技术标准，直至2007年，iphone的出世才真正引爆了移动互联网时代的到来。

4G又叫做APP时代，“4G改变生活，5G改变社会”，更快的传输速度、更低的延时及海量数据连接能力将给社会发展带来变革，驱动新的应用场景及新的业务形态，创造从“万物互联”到“万物智联”的新时代。

5G业务场景、关键能力和市场价值

1）三大业务特征 ① eMBB：增强移动带宽 ② mMTC：海量物联网连接 ③ uRLLC：超可靠超低延时

2）应用对网络能力要求 5G需要具备比4G更高的性能，支持0.1～1Gbps的用户体验速率，每平方公里一百万的连接数密度，毫秒级的端到端时延，每平方公里数10Tbps的流量密度，每小时500Km以上的移动性和数10Gbps的峰值速率。其中，用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的三个性能指标。同时，5G还需要大幅提高网络部署和运营的效率，相比4G，频谱效率提升5～15倍，能效和成本效率提升百倍以上。

3）市场价值 · 消费互联网市场：提供高清视频、侵入式游戏等业务，人类交互方式再次升级 · 垂直行业市场：使能车联网、智慧制造、智慧医疗、智慧教育、智慧城市等垂直行业 · 社会数字化转型基础：构建和物理世界对应的数字世界，推动各行业数字化转型

通信网的重构 5G不仅仅是移动网，将带来整个通信网的重构，服务2C和2B： 1、以DC为中心的网络架构 2、新的无线网 3、云化、集中化的核心网（NFC） 4、灵活调度、打贷款的传送网（SDN） 5、AI化运营 6、以2C为主→服务2C+2B

5G网络设计全景图上图是5G网络设计全景图，我们可以看出，5G是一种全新设计，四个领域将全面进行突破：平台、网络、接口、管理。

5G核心设计视图它的核心部分如上图所示，管理域因为SDN和NFV的引入，我们的menu要进行重新编排；能力开放阈部分，因为要提供给客户IaaS、PaaS等能力，提供给客户网络信息，所以我们在提供低延时的时候，必然会产生业务的下沉，这个过程中要求运营商的网络部分，以及合作伙伴的业务能力等，都将其在底层进行更多的开放出来，大家一起去合作，去推进整体的应用。

5G产业链趋于成熟第一版5G标准已经完成，2018年具备试验级设备，2019年具备商用级设备，同时开始有5G商用终端出现。标准化方面，想必大家都知道R15，它的标准是：17年12月完成了5G架构及NSA标准，18年6月完成了SA功能定义，于9月冻结。网络设备方面，我们更多听到的是NSA，它代表的是4G、5G协同融合部署的网络结构，SA可以做5G的独立部署。它对芯片及网络有比较大的影响，目前海外商用的仍旧是基于NSA，也就是在4G的基础上，增加了5G的新空口，对用户而言，感知到的便是带宽变粗。

SA有很多架构方面的变化，但目标网建设仍旧以SA为基础，从网络设备侧看，SA的设备到今年底才会真正的开始成熟；从芯片侧看，现在只有华为和高通制作出了相应的芯片，但真正支持R15全面功能的高通芯片预计于今年9月底上映，终端芯片的上映直接决定了整个产业链的进程，但目前产业链仍旧不太成熟。

今年手机厂家应该会是特别痛苦的一年，因为5G不是特别的成熟，但相信今年会有相应的5G旗舰机产出。

全球主要国家及地区5G频谱策略

上图是全球的5G频谱，中国目前仍旧集中在中频段、C波段。现在，国家已经把管电纳到了5G的牌照中，虽然前期博弈了很久，但管电的700兆可能会在未来的某些时间释放出来。

在高频领域，美国和韩国技术占有度更高，中国虽然在这方面的产权和话语权有了相应的提升，但相对仍旧较弱，因为有线器件等方面不是很理想，包括中美贸易的摩擦，背后都是各方相关的博弈，这确实对整个通信业的变化影响很大。

全球运营商进展

据GSA统计，截至2019年1月底，有83个国家/地区的201家运营商试验、部署或计划部署5G。 · 频率：3.5G、28G是主流频段，已经宣布商用的11家运营商中9家采用3.5G附近频率。 · 商用时间：美国AT&T、Verizon，韩国SKT、LG U+、KT、芬兰Elisa等11个运营商已宣布商用，46个国家的86个运营商在19-22年计划商用。今年5G是商用元年，除了我们能想象到的，就是个人的换机。事实上5G对我们带来的变化，就是更高频谱，大概100兆，它能真正的缓解目前热点区域的容量问题。

所有的运营商都会着眼于跟物联网的结合，但就目前来看，相对5G带来的变化并不清晰，且真正到商业模式的变化，我们看到的并不多。

5G的业务能力及对行业的影响 5G对社会经济的影响是巨大的

5G的经济价值一方面在于拉动直接投资，另一方面是将其应用到多个行业所诞生出的创新商业模式。

根据德勤公司预计，2018年-2025年期间仅中国5G产业链的投资额将超万亿规模。预计到2035年，5G应用所带来的行业销售活动累计价值到达百万亿元规模，其中规模最大的行业为制造、信息和通信、医疗、交通。

5G对移动业务的影响 · 5G将进一步释放个人用户的需求，加速C端业务的创新，洗牌C端应用 · 跟随5G智能手机引领的新一轮的换机热潮，产生5G第一波基石用户

真正移动业务的刺激是从联通开始推冰激淋套餐开始的，有一个很有意思的现象，在家宽领域，我们取了几个省的数据发现，2I2C这类用户在一个月的时间内，人均DOU的流量已经突破了十几个G了，2020年，随着5G的到来，DOU应该能达到40个G左右。

随着移动网资费的便宜，5G的到来在家庭方面，可能会产生新的变化，虽然我们现在还在做各种资费套餐的设计。但当有一天政企业务收入，新的商业模式建立之后，有可能会面向用户更多的免费，我们会从原来的一些很零星的想法变成常态。

5G对行业业务的影响 5G与云计算、人工智能等基础技术相互结合，产生或优化大量通用功能，为用户带来更好的使用体验。这些新的模式、新的业务出来之后，可能会对整个行业的数字化转型产生影响。

5G赋能业务场景的发展节奏 5G三大应用场景中，预计eMBB 业务将于2020 年率先成熟；uRLLC业务的实现需基于5G网络切片及NFV/SDN/MEC等技术的成熟应用，预计将于2022年成熟；在一段时间内，物联网仍将以4G IoT技术为主，基于5G的mMTC将会出现在5G网络部署的第二或第三阶段。

5G业务一览 · 5G基础业务能力：主要面向高清视频、AR/VR、车联网、无人机、工业互联网、物联网等，构建基础能力单元。 · 与垂直行业融合：5G基础能力与交通、工业等各个行业融合，孕育新兴信息产品和服务，重塑产业发展模式。 · 应用场景：赋能智慧城市、智慧奥运、智慧港口等场景的全方位数字化解决方案。

5G行业应用场景

5G的大带宽、低延时、海量连接的特性孵化出更多的创新业务，而5G灵活、高效、融合、开放的特性使得创新业务在各个行业快速融合，使得垂直行业的应用更加多样化，重塑产业发展模式。

1）智慧生活智能家居： ①家居互联：5G能够实现更多的居家设备互联，并且提升设备间的响应速度，在4G的基础上实现更加智能化自动化的互联，如通过感知室内温度，自动开关空调，结合室内光线设定开关窗帘等

文化娱乐：结合8K视频传输及AR/VR ①沉浸式网络游戏：实现身临其境的参与网络游戏中人物的扮演，减少游戏的延迟度 ②沉浸式教学：实现远程互动教学与体验式的教学场景 ③赛事360度全景直播：实现大型体育，文化赛事的360度全景高清的直播 ④虚拟购物中心：实现在任何时间任何地点的远程购物、试衣等

智慧医疗： ①移动医疗设备的数据互联：支持实时传输大量人体健康数据，协助医疗机构对非住院穿戴者实现不间断身体监测; 同时，也可通过医疗平台，对医院所有设备，如医疗监护仪，便携式监护仪等进行数据的统一传输 ②远程手术示教：通过对手术画面和医疗画面等进行远程直播，结合AR，帮助基层医生实现手术环节的异地实习 ③超级救护车：对超高清视频和智能医疗设备数据的传输，协助在院医生提前掌握车上病人的病情 ④高阶远程会诊：通过传输的高清视频与力量感知与反馈设备结合，为医生提供更真实的病况，为病人提供高阶会诊 ⑤远程遥控手术：医生通过5G网络传输的实时信息，结合VR和触觉感知系统，远程操作机器人，实现远程手术

2）智慧城市

智能电网： ①远程操作：在高危的电力施工现场，5G连接远程控制设备与高清摄像头高效连接，实现远程维护与操作 ②并网优化：5G低延迟地将海量的分布式新能源发电参数及时传输至控制主站进行整合以完善并网系统 ③智能配电：配电线路及设备的数据连接，实现运行状态检测、故障诊断、定位等，恢复非故障区正常供电 ④精准负荷控制：根据用电终端负荷信息实时反馈进行电力切片，精准地控制不同用电需求，实现高效和错峰用电

智慧安防： ①超清安防监控：结合人脸识别等技术，通过安防摄像头实时传输超清视频，对潜在危险任务与行为进行提前识别 ②无人机安防巡检：巡检无人机实时传输数据至云端，辅助侦察。同时，对火灾等紧急情况进行巡检，做出实时预警

智慧出行： ①高铁通讯娱乐：时速达350千米/时，借助5G的高速率传输，实现高效通讯和娱乐 ②导航AR辅助：通过5G高效率通讯，为驾驶员提供AR辅助的实时路况精确导航，减少导航误判 ③智能交通规划：根据统计车流量来调节红绿灯的时间；对出入口进行规划，道路疏导，提前拥堵预警等 ④车辆编排行驶：根据第一辆车低延迟高可靠的传输信息至后面的车队，在高速公路，隧道港口等，实现多任务并行 ⑤远程驾驶：根据道路高清摄像头低延迟地传回实时图像来进行室内远程驾驶，可提供自由度更高的出行服务 ⑥自动驾驶：5G的低延迟高可靠可支持全部形式的车对万物的连接（V2X），实现车辆自动驾驶

3）智慧生产智慧农业： ①智能种植：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、施肥 ②智慧畜牧：5G网络通过传感器，随时采集牲畜生理状况、位置等信息，结合语音识别、图像分析、人工智能等手段监测分析其健康和安全 ③无人机作业：农业植保无人机依托5G网络将扩大飞行范围，进行大面积农作物护养、如喷洒种子、药剂等，以及牲畜监控寻找等作业

智能工厂： ①场外物流追踪与配送：对商品进行场外的实时追踪监控，确保整个配送环节最优化；更高速稳定的5G网络可以显著提升无人机实时精准定位能力，确保配送的准确性与及时性，降低人工成本 ②远程监控与调试：设备商可以通过5G对销往不同区域的设备仪器的状态进行实时监控，实现故障预警，并且进行远程的调试 ③大范围调度管理：5G可以服务于港口，矿区等，占地范围较大的区域，支持货物甚至运输设备本身的大区域智能调度 ④多工厂联动：多家工厂之间的全面数据互联，打破信息孤岛，实现不同工厂间，不同设备之间的数据交互链接 ⑤远程作业：通过VR和远程触觉感知技术设备，遥控工业机器人在现场进行故障诊断，修复与作业，降低维护成本

5G基础业务能力的构建

5G的核心价值是云网融合，“云网边+云网智+云网业”是ICT演进的方向。

面向固移融合场景的业务能力提供

所谓的FWA是用移动网来做宽带接入，在一些区域性场景出现。中国的光纤铺的足够多，但还是会有些碎片化的市场，究竟如何用移动网的方式来做宽带接入，这可能会带来一个新的变化。面向行业的专网化服务专网孕育市场机会，公专一体、宽窄结合将成为5G时代更普遍的场景。比如园区专揽的建设，因为现在做的一些点，基本上都是从这些区域开始入手的。举个简单的例子，率先用5G来做区域应用的时候，需要大家一起把整个工厂数字化，或者把它的一些业务应用开始上云。

我们之前做了一个青岛港的项目，我们发现他们的人工码头整体比例较大，自动化程度低；自动化码头的信息化程度较高，但大量场景无法实现有线连接，急需大带宽、低时延的无线化改造；现有智能化改造基本上基于专网、wifi或者4G网络，只能实现有限的数据采集，无法实时控制。他们希望我们能够提供的是一体化的解决方案，这个时候我们采用了工业协议适配、面向5G的流量优化、多业务并行的解决方案。能源作为一个全国性的业务，整个行业正经历数字化转型，南方电网已选择5G作为无线配电自动化的主攻方向。包括能源包括公安，我们也在与他们合作，并进行探索。

网络能力的开放+更智能化的服务提供

因此在5G时代，不管是运营商还是产业合作伙伴，我们认为自己是没有固定业务的，因为在物联网里，这种连接方式并不好界定，ICT商业模式不断变迁，5G时代运营商与OTT从竞争走向合作，网络API的开放极其重要。我认为网络、业务、服务应用的智能化，需要多方能力的注入，我们希望更多的企业能够基于这个基础上，做更多的创新，把网络的API甚至各种资源被大家调动起来。

中国联通5G创新业务的实践

中国联通积极布局行业创新，成立5G创新中心我们更多的业务都是单点案例，要总结起来比较困难。去年的时候联通成立了中国联通5G创新中心。

5G创新中心内设10个行业创新合作中心，5个战略合作中心。为了更加贴近重点行业客户，协同省分公司优质资源，工作地分布在北京+京外7地。

联通初期的5G网络建设——7+33+N 4月23日中国联通发布了5G品牌和战略，我们首先选了几个大城市做了全覆盖，其次在一些重点城市做了区域覆盖。另外我们遵循了行业客户覆盖原则四优先的原则，这其中包括，重点行业优先、灯塔客户优先、重点区域优先及生态合作优先；我们还会为行业客户定制5G网中专网。中国联通友好用户的试商用

同时4月23日，中国联通在各试点城市启动了 “中国联通5G先锋计划”，面向“渠道经营者”、“创新应用开发者”、“5G发烧友”等推出了5G友好体验用户的招募活动。

主要终端合作伙伴产品：华为Mate 20，中兴天机AXON10， OPPO RENO，vivo NEX，小米MIX3、努比亚、华为CPE Pro。但是，因为整体价格水平较高，且这些终端的成熟度也不是特别高，所以目前没有真正全面铺开，工信部也在做相应的路网等。

中国联通5G行业创新应用和试点：总体情况大家经常在新闻上能看到，所谓的5G新媒体就是通过5G回传的方式来解决前端数据的采集，包括所谓的5G+VR的春晚、5G+两会等。

工业行业5G的需求

在工业界，5G是与整个工业全流程相结合的，工业的全流程会对网络传输提出相关要求。虽改变它的生产很困难，但让它能够把更多的数据接上来，相对还是容易的。

工业行业的5G应用案例

例如：在青岛港，桥吊需要移动，在这种情况下，我们需要把它工业网关末梢那端的数据用移动的方式先传回来，且需要满足它的时延，以及它的误码率的要求，无线都有误码率的情况，所以这个时候要有新的协议和新东西的优化。另外一个例子是中国联通5G助力上海飞机制造厂打造智联工厂。这其中包括打造AR全连接工厂，把它自身的生产数据，做所谓的工业数据上云，然后让它自己来看生产过程中遇到了哪些问题。第二是AR辅助装配或基于机器视觉的治安检测，通过高清摄像的方式让它能够将原来人工看到的部分通过这样的方式，做出一部分，来提升它在整个工业的良品率。

基于5G的VR/AR视频应用场景

5G+新媒体行业应用案例

为国内顶级媒体中央电视台规划和建设基于5G的新媒体采集、制作、编播、传输和播放的端到端业务平台，打造标杆式的新媒体5G传输及业务示范项目，引领5G新媒体行业发展。

抓住8K、VR发展提速的契机，打造了基于超高清视频的VR制播、融媒体等应用的端到端解决方案，在年初已在江西、贵州等地开始支撑相关新媒体行业用户的业务需求，完成初期的应用试点和布局，取得行业突破。

5G+车联网应用场景 5G的核心价值是云网融合，“云网边+云网智+云网业”是ICT演进的方向。 5G+车联网应用案例自动驾驶与5G相结合，包括智能网联等，真正的完全实现，还有很长的路要走，当然一些局部场景的应用其实已经开始在落地。

5G+无人机应用通过网联的方式，在无人机巡检的时候，依托5G蜂窝网络，可实现对无人机的低空覆盖，非视距控制。

5G+智能警务应用案列在智慧城市中，我们叫5G+智能警务，移动执法将向智慧执法迭代！所有执法装备通过5G网络将高清视频、音频实时上传，由边缘云实施实时计算，识别现场异常情报，触发联动执法。

中国联通5G行业创新应用和试点：行业应用场景情况

我们在做洞察的时候发现，媒体和工业制造是最高优先级的行业，以及旅游、安防、交通、教育、能源、医疗等行业。

中国联通5G行业创新应用和试点：各行业对5G需求的通用场景各个行业它的通用需求主要来自于像增强的视频、AR/VR、自动导引与无人巡视、追踪与管理以及实时和远程控制几方面。

中国联通5G行业创新应用和试点：初期的产品和服务面向行业客户，提供“终端硬件-网络方案-业务平台-5G新应用-场景化部署”的全套创新产品和解决方案。 · 垂直行业方面：构建起覆盖重点领域的产品体系，拉通产业链上下游，打造可交付产品。 · 战略合作方面：做好合作伙伴能力封装，共同向垂直行业穿透，在中台能力打造和云网服务方面，推出产品。