5G環(huán)境下的新業(yè)務應用及發(fā)展趨勢

董振 江，董昊，韋薇，杜守 富，劉 明，吉 鋒

（1.中興通訊股份有限公司，江蘇 南京 210012；2.江蘇省大數據存儲及應用重點實驗室，江蘇 南京 210012）

5G環(huán)境下的新業(yè)務應用及發(fā)展趨勢

董振 江1，2，董昊1，韋薇1，杜守 富1，劉 明1，吉 鋒1

（1.中興通訊股份有限公司，江蘇 南京 210012；2.江蘇省大數據存儲及應用重點實驗室，江蘇 南京 210012）

5G 相關技術已經成為國內外移動通信領域的研究熱點。對 5G 環(huán)境下的業(yè)務應用形態(tài)、相關技術及發(fā)展趨勢進行研究。 在媒體類業(yè)務、物聯網業(yè)務、云計算和人工智能技術等幾個方面，分別從對移動帶寬的需求、當前的業(yè)務限制以及 5G 環(huán)境下業(yè)務發(fā)展和趨勢等多個維度進行分析和闡述。

5G；業(yè)務應用；發(fā)展趨勢

1 引言

5G 作為 2020 年以后順應移動通信需求而發(fā)展的新一代移動通信系統(tǒng)，已經成為國內外移動通信領域的研究熱點。國際電信聯盟（ITU）近年開展 5G 需求愿景、技術趨勢等方面的研究，提出未來 IMT-2020 系統(tǒng)的總體 框 架 、目標、能力以及后續(xù)研究方向，并對外 發(fā) 布了 IMT-2020 工 作計 劃 。韓 國 和 中 國 分 別 成 立 了 5G 技 術 論 壇 和 IMT-2020（5G）推 進 組 ，分 別 發(fā) 表 了 5G Forum White Paper_5G Service Roadmap 2022［1］、5G 概 念 白 皮 書［2］和 5G 愿 景 與 需 求 白 皮書［3］。5G 具 備 低 成 本 、低 能 耗 、安 全 可 靠 的 特 點 ，相 對 4G 網絡，傳輸速率提升 10～100 倍，峰值傳輸速率達到 10 Gbit／s，端到端時延達到 ms級，連接設備密度增加 10～100 倍，流量密度提升 1 000 倍，頻譜效率提升 5～10 倍，能夠在 500 km／h的 速 度 下 保 證 用 戶 體 驗［4］。

媒體類業(yè)務、物聯網和移動互聯網的蓬勃發(fā)展是5G 移動通信的主要驅動力，而云計算環(huán)境下的云端互動對 5G 移動通信系統(tǒng)提出了更高的傳輸質量與系統(tǒng)容量 要 求［5］。本 文 擬 研 究 未 來 5G 網 絡 環(huán) 境 下 的 業(yè) 務 應 用及發(fā)展趨勢，從媒體類業(yè)務、物聯網業(yè)務、云計算幾個方面探討 5G 環(huán)境下的業(yè)務形式、用戶體驗、關鍵技術和未來發(fā)展趨勢。

2 媒體類業(yè)務

媒體類業(yè)務包括用戶熟知的視頻類業(yè)務以及近 10年來 逐 漸 興 起 的 虛 擬 現 實 （virtual reality，VR）、增 強 現 實（augmented reality，AR）等 。在 5G 環(huán)境下，這 些 業(yè) 務 在 移 動性、用戶體驗、性能提升等方面將有新的發(fā)展。

2.1 大視頻業(yè)務

據貝爾實驗室咨詢部門報告，2012 年移動設備的在線視頻觀 看 時 長 占 全 球 在 線 視 頻 觀 看 總 時 長 的 22.9%，2014 年 ，該 比 例 就 上 升 至 40.1%，預 計 2016 年 將 達 到52.7%，2017 年達到 58.1%。到 2020 年 ，33%的 流 量 由 5G／4G 等 無 線 網 絡 承 載 ，4K 超清業(yè) 務 需 要 50 Mbit／s 的 穩(wěn) 定 帶寬，平 均 40 Mbit／s 的 4G 網絡已無法滿足。

5G 技術的應用將帶來移動視頻點播／直播、視頻通話、視頻會議和視頻監(jiān)控領域的飛速發(fā)展和用戶體驗質的飛躍。

· 移動高清視頻的普及，將由標清走向高清與超高清。

· 高清、超高清游戲將普及，云與端的融合架構成為常態(tài)。

· 視頻會議在 5G 時代任何位置的移動終端均可輕松實現且體驗更佳，實時視頻會議會讓用戶身臨其境。

· 高清視頻監(jiān)控中的應用：突破有線網絡無法到達或者布線成本過高的限制，輕松部署在任意地點，成本更低，5G 時代的無線視頻監(jiān)控將成為有線監(jiān)控的重要補充而廣泛使用。

2.2 虛擬現實與增強現實業(yè)務

2.2.1 虛擬現實業(yè)務

虛擬現實技術利用電腦或其他智能計算設備模擬產生一個 3 度空間的虛擬世界，提供用戶關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶如同身臨其境一般。近年來，隨著芯片、網絡、傳感、計算機圖形學等技術的發(fā)展，虛擬現實技術取得了長足的進步，虛擬現實技術已成功應用于游戲、影視、直播、教育、工業(yè)仿真、醫(yī)療等領域。

隨著 5G 的發(fā)展、萬物互聯時代的到來，多數機構預測虛擬現實很可能成為下一代互聯網時代的流量入口，承載流量整合、軟件分發(fā)、信息共享等。近年來一大批初創(chuàng)公司、IT 巨頭和通信廠商等涌入虛擬現實領域。

主流虛擬現實設備分為連 PC式頭盔和插手機式頭盔兩類，連 PC 式頭盔是目前的主流方向，主機完成運算和圖像渲染，通過 HDMI線纜進行數據傳輸，預計 2020 年全球銷量達 3 990 萬臺，銷 售收入 達 210 億 美元，主 要面向具有深度游戲體驗需求的中高端用戶。通常需要配置可以感知用戶視覺、聽覺、觸覺、運動信息的傳感設備，為了保證用戶具有較強的存在感，需要對畫面進行精細繪制，頭盔與主機間需要傳輸大量數據，受限于現有無線網絡傳輸速度和傳輸時延，通常采用 HDMI線纜連接，這極大地限制了用戶的使用范圍，影響用戶體驗。5G 較高的數據傳輸速率、低時延和較大的通信容量，將使用戶擺脫線纜的約束，盡情地享受虛擬現實游戲帶來的快樂。

插手機式頭盔定位為入門級虛擬現實產品，該種類型設備均價普遍在 100 美元以下，比較適合具有觀影與輕度游戲需求的用戶，是未來 1～3 年市場普及的主流設備，預計2016 年國內銷量將超過 100 萬臺。智能手機感知用戶頭部位姿信息、負責高質量視頻渲染，功耗大，很難長時間使用，同時受制于智能手機的計算能力較弱、視頻質量不高、有很強的顆粒感并且有一定的時延，體驗不佳。5G 環(huán)境下，該類型的應用采用云端配合的架構，頭盔僅負責獲取用戶頭部位姿信息和顯示視頻，計算能力要求較高的視頻渲染放在云端進行，通過無線網絡將渲染好的視頻幀傳遞給頭盔進行顯示，用戶可獲得長時間的高質量視頻觀影體驗。

2.2.2 增強現實業(yè)務

增強現實技術是在虛擬現實基礎上發(fā)展起來的一項技術，借助計算機圖形技術和可視化技術將虛擬對象準確疊加在物理世界中，呈現給用戶感知效果更豐富的新環(huán)境。通信技術的發(fā)展、移動智能終端處理能力的變強、移動傳感器設備的性能提升為在智能終端上增強現實業(yè)務的普及提供了基礎，為分層次打造個性化的信息服務提供了必要的支撐條件，也將極大地促進移動互聯網在教育、游戲、促銷和購物、社交網絡、商業(yè)統(tǒng)計、旅游等業(yè)務的創(chuàng)新。據Digi-Capital預測 ，至 2020 年 ，增強現實／虛擬現實市場份額將 達 到 1 500 億美 元 ，其 中 ，增 強 現 實 占 1 200 億 美 元 ，虛 擬現實占 300 億美元，目前增強現實還處于市場啟動期。

一個典型的增強現實業(yè)務處理流程如圖1所示，用戶開啟增強現實應用，通過攝像頭采集圖像，對圖像進行壓縮，通過無線網絡將其上傳到服務端進行圖像識別，然后依據識別結果獲取虛擬信息，并通過無線網絡將其傳遞給智能終端側，由跟蹤注冊模塊獲取虛擬信息疊加位置，并由渲染模塊最終將虛擬信息與真實場景進行融合渲染，展示給用戶。 較好的用戶體驗對實時性提出了很高的要求，5G 環(huán)境下，可以很好地解決查詢圖像以及虛擬信息傳輸帶來的網絡傳輸時延長的問題，可以將跟蹤模塊和渲染模塊轉移到服務端／云端，無線網絡將渲染好的圖像傳遞給智能終端，同步解決了增強現實應用導致的手機耗電問題。

圖1 AR業(yè)務處理流程

3 物聯網業(yè)務應用

5G 將滲透到物聯網等領域，與工業(yè)設施、醫(yī)療器械、醫(yī)療儀器、交通工具等進行深度融合，全面實行萬物互聯，有效滿足工業(yè)、醫(yī)療、交通等垂直行業(yè)的信息化服務需要。

交通行業(yè)的車聯網、無人駕駛；遠程設備的關鍵控制，如重型機械的遠程控制、遠程手術等；人與物聯網的實時交互，因為 5G 而更加精彩紛呈。

3.1 智能汽車、交通運輸和基礎設施

如圖 2 所示，物聯網業(yè)務應用之一為智能汽車、交通運輸和基礎設施。

交通行業(yè)主要有 3 個挑戰(zhàn)：一是出行效率；二是駕駛安全和聯網安全；三是可持續(xù)的能源消耗模式。有效應對方案是萬物互聯+網絡協作+信息融合+智能分析決策。在網絡本身連接之上，通過多源、異構信息的融合創(chuàng)造出更多的價值，服務于高效、安全的交通出行。

圖2 物聯網業(yè)務應用：智能汽車、交通運輸和基礎設施

車聯網技術屬于低時延、高可靠應用場景，通過終端直通技術，可以實現在汽車之間、汽車與路側設備間的通信，從 而 實 現 汽 車 主 動 安 全 控 制 與 自 動 駕 駛 。V2X（vehicle to X）自 主 安 全 駕 駛 ，在 99.999%的 傳 輸 可 靠 性 下 可 將 時 延縮小到 ms級，還支持多種場景的防碰撞檢測與告警／車速導引、車車安全和交叉路口協同等。通過車與車、車與路邊設備的通信，實現汽車的主動安全，比如緊急剎車的告警、汽車緊急避讓、紅綠燈緊急信號切換等，在未來，這些會成為 汽 車 自 動 駕 駛 業(yè) 務 的 關 鍵 技 術［6］。

· 車在公路上高速行駛，即將經過的道路有結冰或者有動物／小孩橫穿公路，類似這樣的信息可以通過V2I（vehicle to infrastructure）發(fā) 到 基 礎 設 施 上 ?；?礎設施可以再通過網絡對周邊車輛進行提醒，從而提高車輛出行的安全性。

· 車 對 車 （vehicle to vehicle，V2V）的 產 品 ，比 如 后 面有警車或醫(yī)療急救車出現，可以通過車與車的溝通，把它的信息發(fā)送給前方 100 m 范圍內同行的汽車，提醒后者緊急事件的發(fā)生，加快對應急車輛通行 的 支 撐［7］。

· 公交樞紐站和公交站臺可以把公交汽車、其他汽車、地鐵、飛機等交通工具的聯網信息整合起來，做成智能出行的指引助手，幫助用戶選擇用什么方式出行，也 可 以 提 供 手 機 實時 支 付 功 能，幫 助用 戶 購 票［7］。

3.2 遠程設備的關鍵控制

如圖 3所示，物聯網業(yè)務應用之二為遠程設備的關鍵控制。

正如巴塞羅那通信展上的遠程控制挖掘機，坐在巴塞羅 那 的 會場便可 以 通過現有 的 LTE 網 絡 遠 程 控制 2 500 km之外的一臺挖掘機。未來，在諸如遠程礦山挖掘、礦山運輸等對安全有著極高要求的環(huán)境里或在危險、有害健康的環(huán)境 里［8］，5G 網 絡 技 術 可 以 實 現 安 全 作 業(yè)［9］。

有了 5G 技術，遠程醫(yī)療將不再是夢想，超短的時延使醫(yī) 生 能 實 施 2 000 km 的 遠 程 診 療 和 順 暢 的 異 地 遠 程 手術，偏遠地區(qū)的病患也能享受到優(yōu)質醫(yī)療資源。

3.3 人與物聯網的交互

如圖 4所示，物聯網業(yè)務應用之三為人與物聯網的交互。騎自行車的人在經過十字路口或視線不太好的地方時，網絡會根據騎行人的位置、方向和周邊路況進行適配，判斷會不會有相撞的風險，通過頭盔的振動來提醒要注意車 速 、安 全 等［7］。

在未來的 5G 時代，萬物互聯將促進 IPv6 地址的大規(guī)模應用，類似 6LoWPAN 的低功耗 IPv6 技術將迎來應用的春天。

4 5G 下的 CDN 架構變化與智能運維

未來 5G 將帶來一個全連接、深融合、高智能的世界，全連接引發(fā)海量的數據處理，傳統(tǒng) CDN 架構如何滿足低時延的用戶體驗？海量跨界連接以及各種垂直應用需要更智能化的網絡，如何對 5G 網絡業(yè)務進行數字化、智能化管理？

圖3 物聯網業(yè)務應用：遠程設備的關鍵控制

圖4 物聯網業(yè)務應用：人與物聯網的交互

4.1 從云計算到邊緣計算

現 在 正 在 流 行 的 云 計 算 （cloud computing），是 把 大 量數據放到 “云”里計算或存儲。在 5G 時代，隨著物聯網（IoT）的 成 長 、越 來 越多 4K／8K 高 清 視 頻 的 消 耗 和 越 來 越豐富的業(yè)務（如車載通信、虛擬現實、增強現實）的出現，對網絡的時延帶來很高的要求，單純依靠 5G 提高網絡性能、降低時延，很難滿足未來業(yè)務的要求，邊緣計算（edge computing）將是解決這一問題的重要途徑。

所 謂 邊 緣 計 算 ，也 有 指 霧 計 算 （fog computing），它 將 應用、數據和服務從中心化模式的云計算移向了位于網絡末端、離用戶更近、更為分散的地方，而不是單獨依賴云端的服務器，這是網絡與典型的云計算原理結合來創(chuàng)造去中心化和分布式的云平臺。萬物互聯的數據、高清的視頻數據被越來越多地在靠近網絡邊緣的地方進行存儲、處理、分析和執(zhí)行。

5G 網絡存儲和內容分發(fā)向用戶端下沉，下沉到接入網，核心網用戶面功能將下沉到基站。ETSI提出的 MEC（mobile edge computing， 移 動 邊 緣 計 算 ）是 基 于 5G 演 進 架構，將基站與各種業(yè)務深度融合的一種技術，具有低時延、臨近用戶、高寬帶、實時了解無線網絡信息和位置識別的特性。聯網汽車、電子醫(yī)療、工業(yè)自動化、增強現實、智能視頻加速、游戲以及 IoT 服務等應用從移動網絡邊緣計算中獲 益 ?；?于 MEC 的 邊 緣 云 （edge cloud）將助力 ICT 融 合 的各種業(yè)務，如圖5所示。

在 5G 時代，集中式云計算與 RAN 側部署的分布式邊緣計算的結合能有效減少網絡時延，為物聯網、大視頻、AR／VR 等多種業(yè)務提升用戶體驗。

4.2 基于人工智能使得 5G 網絡更加智能

2016 年是人工智能誕生 60 周年，目前產業(yè)界關于人工智能的討論非?；馃幔毡檎J為將引發(fā)產業(yè)結構的深刻變革，可以在國防、醫(yī)療、工業(yè)、農業(yè)、金融、商業(yè)、教育、公共安全等領域得到廣泛應用，催生新的業(yè)態(tài)和商業(yè)模式。對于 5G 時代的網絡結構和各種 5G 業(yè)務，產業(yè)界基本達成共識，人工智能／機器學習將成為 5G 時代的一項基礎支撐 技 術［10］，特 別 地 ，給 5G 網 絡 的 自 組 織 組 網 （SON）、故 障修復、網絡管理、網絡規(guī)劃、網絡優(yōu)化等帶來便利。

人工智能、機器學習、大數據挖掘分析等技術可以使無線網絡變得更方便、智能，重點實現 5G 上下文感知增強，支撐如下幾類感知業(yè)務：位置相關感知，實現無線網絡下高精度定位、軌跡預測并考慮移動性管理與優(yōu)化，如網絡切換下參數優(yōu)化等；業(yè)務相關的感知，DPI業(yè)務識別、高清視頻 QoE／QoS 評價模型與網絡參數調整等；用戶行為習慣的感知，實現對單個用戶進行畫像；智能運維感知，如智能化的性能檢測、故障原因監(jiān)控與預測等。在 MWC2016，日本 KDDI實驗室聯合 HP、Brocade 等推出基于 AI輔助的 5G網 絡 智 能 運 維 系 統(tǒng) 原 型［11］。針 對 SDN／NFV 的 網 絡 架 構 ，NFV平臺中嵌入 AI監(jiān)控模塊，能夠自動監(jiān)控網絡異常，并進行自動恢復，預計準確率超過 90%，且效率是傳統(tǒng)監(jiān)控方式的5倍。

圖5 基于 MEC 的邊緣云助力 ICT 融合業(yè)務

5 結束語

5G 移動通信技術帶來的高速率傳輸、低時延特征，給媒體類業(yè)務、物聯網和移動互聯網業(yè)務的業(yè)務形態(tài)和用戶體驗都帶來質的變化。除此之外，未來 5G 網絡與云計算、人工智能技術的結合，將出現云無線接入網絡、移動邊緣計算等新的技術特征，改變了原來的業(yè)務流程和交付形式，為用戶提供了智能化和極致體驗的業(yè)務和應用。在未來爆炸性的移動數據流量增長、海量的設備連接、不斷涌現的各類新業(yè)務和應用場景中，5G 移動通信技術為構建以用戶為中心的信息生態(tài)系統(tǒng)提供了支撐。

［1］ 5G Forum.5G Forum white paper_5G service roadmap 2022［R］. 2016.

［2］ IMT-2020（5G）推進組.5G 概念白皮書［R］.2015. IMT-2020 （5G）Promotion Group.5G concept white paper［R］. 2015.

［3］ IMT-2020（5G）推進組.5G 愿景與需求白皮書 _V1.0［R］.2014. IMT-2020 （5G）Promotion Group.5G vision and requirements white paper_V1.0［R］.2014.

［4］ 王志勤，羅振東，魏克軍.5G 業(yè)務需求分析及技術標準進程［J］.中興通訊技術，2014，20（2）：1-4. WANG Z Q，LUO Z D，WEI K J.5G service requirements and progress on technical standards［J］.ZTE Technology Journal，2014，20（2）：1-4.

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［6］ 大唐 電 信. 用 5 年 布局 5G 全 產業(yè) 鏈，看 我 們 怎 么 干［EB／OL］.［2016-04-28］.http：／／www.eefocus.com／communication／361655. Datang Telecom.Looking forward to what we will do for the 5G industrial chain in next five years［EB／OL］. ［2016-04-28］.http：／／www.eefocus.com／communication／361655.

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［作者簡介］

董振江（1970-），男，中興通訊股份有限公司 云 計算 及 IT 研 究 院 戰(zhàn) 略 與 技 術 專 家 委員會業(yè)務專家組組長、云計算及 IT 研究 院副院長， 中國人工智能學會常務理事，主要研究方向為云計算與大數據、新媒體、移動互聯網等。 已主持基金項目 10余項，發(fā)表學術論文 10 余篇，出版專著 1 部。

董昊（1974-），男，博士，現就職于中興通訊股份有限公司云計算及 IT 研究院，主要研究方向為移動互聯網、融合通信等技術。 在國內外學術期刊發(fā)表論文 10余篇，擁有授權發(fā)明專利近 10項。

韋薇（1980-），女，中興通訊股份有限公司技術預研工程師，主要研究方向為物聯網、室內定位技術。

杜守富（1979-），男，中興通訊股份有限公司云計算及 IT 研究院工程師，主要研究方向為智能媒體分析、機器學習等相關技術。

劉明（1984-），男，中興通訊股份有限公司云計算及 IT 研究院工程師，主要研究方向為智能媒體分析、模式識別等相關技術。

吉鋒（1980-），男，中興通訊股份有限公司云計算及 IT 研究院戰(zhàn)略與技術專家委員會成員，主要研究方向為人工智能、大數據挖掘、云計算相關的關鍵技術。

New services and development trend in 5G environment

DONG Zhenjiang1，2，DONG Hao1，WEI Wei1，DU Shoufu1，LIU Ming1，JI Feng1
1.Zhongxing Telecom Equipment（ZTE）Corporation，Nanjing 210012，China 2.Jiangsu Provincial Big Data Storage and Application Key Laboratory，Nanjing 210012，China

5G and its related technologies have been the research focuses in the mobile telecommunication industry. The services and applications，their related technologies and development trends were studied.The requirements of mobile bandwidth，the current service limitationand the service development trends were analyzed and described in aspects of multi-media services，internet of things services cloud computing and artificial intelligence technology.

5G，service and application，development trend

TN929

：A

10.11959／j.issn.1000-0801.2016181

2016-05-13；

：2016-06-12