移動5G在垂直行業(yè)的應(yīng)用探討

唐連雷 王海龍

摘要：5G移動通信網(wǎng)絡(luò)主要面向eMBB、mMTC、uRLLC三大應(yīng)用場景，在垂直行業(yè)的融合應(yīng)用是新生事物，需要對其應(yīng)用的新模式和新業(yè)態(tài)進行探索。本篇介紹的垂直行業(yè)應(yīng)用涵蓋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧交通、智慧安防、智能電網(wǎng)等諸多領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：5G;MEC;網(wǎng)絡(luò)切片;智能電網(wǎng)

一、引言

5G是第五代移動通信技術(shù)的簡稱，具有高速率、低時延和大連接的特點，是實現(xiàn)人機物互聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施。5G在垂直行業(yè)中將發(fā)揮更廣、更深的應(yīng)用，推動各行各業(yè)的創(chuàng)新與變革，在全社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型中肩負著重要使命，其作用是非常值得期待的。

二、應(yīng)用場景

ITU確定了5G的三大類應(yīng)用場景：eMBB、mMTC、uRLLC。其中eMBB（增強型移動寬帶），是以“人”為中心的應(yīng)用場景，超高的傳輸數(shù)據(jù)速率，廣覆蓋下的良好移動性，極大提升個人在娛樂、社交等領(lǐng)域的用戶體驗，如超高清視頻、VR直播、場館互動等;其中mMTC（海量機器類通信），以傳感和數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，是實現(xiàn)人與物之間的信息交互的應(yīng)用場景，如智慧樓宇、智能穿戴等;uRLLC（超高可靠與低時延通信），廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通等對時延與可靠性要求較高的特殊行業(yè)，如無人駕駛、應(yīng)急救災(zāi)等。

三、 5G關(guān)鍵技術(shù)

（一）MEC

為了改善用戶體驗和節(jié)省帶寬資源，將存儲與計算下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點，為高帶寬和低時延的業(yè)務(wù)提供支撐。1.數(shù)據(jù)緩存。MEC可以緩存業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)到本地網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，在用戶發(fā)出業(yè)務(wù)請求時可以直接推送已緩存的數(shù)據(jù)，可以節(jié)省等待時間，提升用戶感知;2.本地分流。MEC可以將本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分流到本地網(wǎng)絡(luò)，降低經(jīng)過核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)處理時的業(yè)務(wù)訪問時延及網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗，提升用戶感知;3.業(yè)務(wù)優(yōu)化。MEC可以實時采集和分析無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)的信息，故可以對業(yè)務(wù)進行動態(tài)的優(yōu)化調(diào)整。MEC服務(wù)器可結(jié)合業(yè)務(wù)場景有不同的部署，其中在無線接入側(cè)的部署適用于有超低時延業(yè)務(wù)需求的小范圍覆蓋及本地分流場景;在邊緣DC側(cè)的部署比無線接入側(cè)的部署會增加一點回傳網(wǎng)絡(luò)的時延，范圍比無線接入側(cè)的部署要大一些，亦可以提供低時延和大帶寬的業(yè)務(wù);在核心網(wǎng)側(cè)的部署，適用于對靈活性和傳輸時延要求不高的大帶寬接入場景。

（二）網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)切片是一種按需組網(wǎng)的方式，基于NFV核心技術(shù)，在統(tǒng)一的信息基礎(chǔ)設(shè)施上根據(jù)邏輯概念進行資源重組，從網(wǎng)絡(luò)中選取部分特定的功能及特性為某個細分行業(yè)或業(yè)務(wù)場景定制出在邏輯上獨立的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù)垂直行業(yè)的不同業(yè)務(wù)需求而量身定制，使5G真正成為各行各業(yè)共用的信息基礎(chǔ)設(shè)施。

四、典型垂直行業(yè)應(yīng)用

根據(jù)預(yù)測： 5G連接規(guī)模將持續(xù)性增長，2025年預(yù)計達到17億，而行業(yè)應(yīng)用將占整個蜂窩連接的54%， 5G在垂直行業(yè)的應(yīng)用將為其帶來新的經(jīng)濟增長點。

（一）5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接的內(nèi)容包括企業(yè)的人、機、物、系統(tǒng)以及全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈等海量工業(yè)大數(shù)據(jù)，且必須滿足安全、可靠地連接的要求。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有效支撐企業(yè)實現(xiàn)智能制造，從而實現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)目標。

5G應(yīng)用場景中的低時延高可靠通信（uRLLC）和海量機器類通信（mMTC）兩大場景主要面向工業(yè)經(jīng)濟行業(yè)等相關(guān)行業(yè)，5G技術(shù)引入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，可有效解決現(xiàn)有工業(yè)有線技術(shù)移動性差、組網(wǎng)方案不靈活、特殊環(huán)境網(wǎng)絡(luò)搭建困難、連接密度低、數(shù)據(jù)傳輸能力不足、網(wǎng)絡(luò)可靠性等局限。5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有效滿足海量數(shù)據(jù)采集和感知與呈現(xiàn)及分析、流程優(yōu)化、精準操控、遠程控制等工業(yè)生產(chǎn)實際需要，助力工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量提升與上市周期有效縮短、產(chǎn)品性能優(yōu)化、工業(yè)能耗降低、設(shè)備運營狀態(tài)優(yōu)化、企業(yè)盈利能力提升、用戶體驗滿意度提高等業(yè)務(wù)目標。

“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的第一批重點應(yīng)用行業(yè)包括電子設(shè)備制造業(yè)、裝備制造業(yè)、鋼鐵行業(yè)、采礦行業(yè)和電力行業(yè)，其典型應(yīng)用場景包括：

1.協(xié)同設(shè)計研發(fā)：科研或設(shè)計人員根據(jù)5G回傳的現(xiàn)場情況，遠程完成實驗或者圖紙修改。

2.設(shè)備遠程操控：工業(yè)設(shè)備操作人員根據(jù)5G回傳的現(xiàn)場視頻及數(shù)據(jù)，遠程下發(fā)指令精準操控工業(yè)設(shè)備。

3.設(shè)備協(xié)同作業(yè)：多臺生產(chǎn)設(shè)備按需組成生產(chǎn)單元，協(xié)同調(diào)度，分工合作，提升效率。

4.柔性生產(chǎn)制造：數(shù)控機床等工業(yè)設(shè)備按市場需求重構(gòu)靈活配置。

5.現(xiàn)場輔助裝配：裝配人員通過AR/VR獲取增加圖像疊加，裝配流程和細節(jié)可視化，快速完成復(fù)雜精密設(shè)備裝配。

6.機器視覺質(zhì)檢：質(zhì)檢終端利用云計算等技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量檢測與溯源和殘次品的分揀。

7.設(shè)備故障診斷：利用設(shè)備運行的全量數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘，對設(shè)備故障進行預(yù)測、報警、診斷和定位。

8.廠區(qū)智能物流：智能物流系統(tǒng)對物流終端進行調(diào)度管理，實現(xiàn)物流終端作業(yè)作業(yè)自動化。

9.無人智能巡檢：利用巡檢機器人或無人機等智能設(shè)備替代傳統(tǒng)的人工巡檢模式，減少人力投入，提升巡檢效率，。

10.生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)測：智能檢測系通過實時現(xiàn)場圖像、視頻、聲音等數(shù)據(jù)采集處理并預(yù)警，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的全過程安全監(jiān)測。

“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”第二批重點應(yīng)用行業(yè)為：石化化工、建材、港口、紡織、家電，其典型應(yīng)用場景包括：生產(chǎn)單元模擬、精準動態(tài)作業(yè)、生產(chǎn)能效管控、工藝合規(guī)校驗、生產(chǎn)過程溯源、設(shè)備預(yù)測維護、廠區(qū)智能理貨、全域物流監(jiān)測、虛擬現(xiàn)場服務(wù)、企業(yè)協(xié)同合作?！?G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”成為5G在垂直行業(yè)應(yīng)用中成效最顯著的領(lǐng)域之一。5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深度融合，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展開啟了新篇章，積極推動工業(yè)企業(yè)智慧運營新模式和新業(yè)態(tài)的發(fā)展建設(shè)。

（二） 5G+智慧交通

通過5G等通信技術(shù)實現(xiàn)“人—車—路—云”一體化協(xié)同，已成為低時延、高可靠場景中最為典型的應(yīng)用之一。主要應(yīng)用于如自動駕駛、遠程控車、編隊行駛、交通管控、智慧公交等場景。5G技術(shù)為智慧交通實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，推動智慧交通商用普及，構(gòu)建智慧交通出行體系。

（三）5G+智慧安防

5G的技術(shù)特點能夠滿足目前智慧安防升級的諸多需求，諸如5G推動了安防行業(yè)在視頻采集、覆蓋、感知運用、防控能力等方面的不斷升級，主要應(yīng)用于如5G視頻監(jiān)控、5G安防巡檢機器人、5G AR可穿戴設(shè)備、5G 網(wǎng)連無人機等場景。

（四）5G+智能電網(wǎng)

電網(wǎng)是工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中必不可少的組成部分。結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，5G+智能電網(wǎng)的應(yīng)用場景：現(xiàn)場輔助裝配、無人智能巡檢、設(shè)備控制保護及故障診斷與自動恢復(fù)、生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)測及智慧用電等。

在發(fā)點環(huán)節(jié)，5G+AR/VR助力于現(xiàn)場輔助裝配，實現(xiàn)效率提升?，F(xiàn)場裝配人員佩戴AR眼鏡，可以實時采集和傳送裝配現(xiàn)場的圖像、聲音、視頻等信息，現(xiàn)場輔助裝配系統(tǒng)利用5G網(wǎng)絡(luò)實時接收和解讀處理采集的數(shù)據(jù)信息，產(chǎn)生裝配現(xiàn)場需求的幫助信息，下發(fā)到裝配現(xiàn)場的終端設(shè)備，在終端設(shè)備上實現(xiàn)疊加增強操作步驟圖像、可視化展現(xiàn)裝配環(huán)節(jié)及細節(jié)，指導(dǎo)現(xiàn)場裝配人員解決裝配現(xiàn)場的實際問題，一方面滿足現(xiàn)場人員通過實時接收輔助信息提升裝配能力的需求，另一方面實現(xiàn)裝配效率提升。

在輸變電環(huán)節(jié)，采用5G+AI技術(shù)，可以實現(xiàn)無人機自主巡檢、巡檢圖像實時5G傳輸、數(shù)據(jù)自動分析、輸變電環(huán)境實時監(jiān)測、缺陷智能識別與定位等應(yīng)用，減少輸電變電環(huán)節(jié)運維人力投入，工作效率極大程度提升。

在變電環(huán)節(jié)，5G+智能變電站機器人實現(xiàn)無人智能巡檢。智能變電站機器人可沿著預(yù)設(shè)的路線緩緩前進，頭部攝像頭不時轉(zhuǎn)動，智能識別設(shè)備上的開關(guān)、壓板、指示燈、儀表等內(nèi)容，利用5G技術(shù)完成高清視頻圖像信息實時回傳監(jiān)控中心，所需時間低至毫秒級，電網(wǎng)設(shè)備巡檢效率得到極大提升，同時節(jié)約了人力資源，降低電網(wǎng)維護成本。

在配電環(huán)節(jié)，智能電網(wǎng)利用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持實現(xiàn)分布式配電智能化與自動化、實現(xiàn)電力故障診斷與處理過程的全自動運行;同時利用5G的高精度授時和低時延特性，實現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)的差動保護，降低電網(wǎng)的建網(wǎng)成本;利用5G+邊緣計算技術(shù)，為電網(wǎng)實現(xiàn)停電故障快速自主恢復(fù)、新能源 “隨插隨用”，進而完成配電網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化、智能化。

在用電環(huán)節(jié)：5G+智能電表，可實現(xiàn)電網(wǎng)傳統(tǒng)電量計量方式迭代升級及用電環(huán)節(jié)的現(xiàn)場監(jiān)測。智能電表疊加大連接特性的5G網(wǎng)絡(luò)，一方面可以完全滿足全量智能電表的連接需求，另一方面提高信息采集頻率，不斷優(yōu)化采集信息范圍和內(nèi)容，滿足家庭及工商業(yè)用戶及時了解與掌握用電量、電價等信息內(nèi)容，使電力計量需求在傳統(tǒng)計量的基礎(chǔ)上迭代升級演進。

在用電環(huán)節(jié)：5G+人工智能+智慧視頻監(jiān)控可實現(xiàn)全面整合供電營業(yè)廳、營銷作業(yè)現(xiàn)場、充電站等業(yè)務(wù)場景的監(jiān)控，實現(xiàn)對營業(yè)場所人員排隊、非新能源汽車占用充電位等事項智能捕捉與識別，并形成即時告警處置的閉環(huán)管控，增強電企業(yè)的營銷服務(wù)能力，提升客戶滿意度。

在用電環(huán)節(jié)：充電汽車的快速發(fā)展，使充電樁成為電網(wǎng)不可缺少的延伸組成部分。5G+智能充電樁將5G信號覆蓋、汽車充電、視頻監(jiān)控、道路照明等功能匯集于一體，可實現(xiàn)一樁多用，既能服務(wù)公眾和市政，又能快速創(chuàng)造共享經(jīng)濟價值，并有效節(jié)約土地資源，降低建設(shè)成本，助力智慧電網(wǎng)的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

充分利用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信業(yè)務(wù)的管理支撐平臺，可以實現(xiàn)差異化的電力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電網(wǎng)在發(fā)、輸、變、配、用等環(huán)節(jié)的結(jié)合，將有效促進“5G+智能電網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。

（五）5G+智慧礦山

“5G+智慧礦山”可解決礦山領(lǐng)域?qū)o人化及遠程控制的需求，主要應(yīng)用于如運輸車無人駕駛、器械遠程操作、視頻監(jiān)控、巡檢機器人等場景，解決了礦山事故率高、效率低的痛點。

（六）5G+遠程醫(yī)療

醫(yī)療水平發(fā)展不均、偏遠地區(qū)醫(yī)療資源匱乏，是目前我國醫(yī)療現(xiàn)狀比較突出和亟待解決的問題。遠程醫(yī)療是指通過現(xiàn)代通信技術(shù)，以雙向傳送數(shù)據(jù)、語音、圖像等信息為手段，最終實現(xiàn)不受空間限制的遠距離醫(yī)療服務(wù)，它是一種緊密集成了信號傳輸、通信技術(shù)以及醫(yī)學(xué)專業(yè)技術(shù)的新型醫(yī)療服務(wù)。

通過5G及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用可承載醫(yī)療設(shè)備和移動用戶的全連接，實現(xiàn)無線監(jiān)護、移動護理和患者實時位置等數(shù)據(jù)進行采集與監(jiān)測，在醫(yī)院內(nèi)業(yè)務(wù)服務(wù)器上進行分析處理，提升醫(yī)護效率。主要應(yīng)用于如遠程手術(shù)、遠程視頻會診、遠程醫(yī)療健康監(jiān)護、突發(fā)事件應(yīng)急救援與指揮、遠程超聲、移動醫(yī)療車等場景。

遠程手術(shù)：5G 的應(yīng)用將外科醫(yī)師的手臂可以延伸至千里之外，助力于優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源延伸下沉，縮小分級診療水平差距，從一定程度上減輕患者經(jīng)濟負擔。遠程手術(shù)是遠程醫(yī)療中重要的組成部分，包含遠程手術(shù)示教、遠程手術(shù)指導(dǎo)及遠程手術(shù)操控幾個發(fā)展階段。其中，遠程手術(shù)操控是指醫(yī)生借助遠程手術(shù)控制設(shè)備對遠端患者進行異地、實時的手術(shù)，手術(shù)效果很大程度上取決于數(shù)據(jù)傳輸時延及質(zhì)量，5G的應(yīng)用高速可靠的信號傳輸恰好滿足了這一需求。

遠程會診：5G 通信技術(shù)極大提升了信息傳遞的效率，推動從“ 面對面” 會診到視頻遠程會診的轉(zhuǎn)變，真正實現(xiàn)了患者實地面對醫(yī)師與患者視頻中面對醫(yī)師同質(zhì)化。5G的高速、高效特性，可以實現(xiàn)諸如射影像、病理情況、電子病歷、過視頻傳感器采集的高清晰度實時現(xiàn)場視頻畫面等相關(guān)醫(yī)療數(shù)據(jù)的快速傳輸及同步調(diào)閱。醫(yī)生結(jié)合癥狀和生命體征，遠程評估患者的病情，并提供診斷、制定治療計劃，指導(dǎo)患者后期康復(fù)。

遠程醫(yī)療健康監(jiān)護：通過 5G 通信技術(shù)，個人可建立預(yù)警模塊，便攜式可穿戴監(jiān)測儀器的應(yīng)用可以指導(dǎo)醫(yī)院及醫(yī)生完成患者的醫(yī)療保健工作。比如安裝心臟起搏器的患者，當電池電量即將耗盡時，起搏器會通過改變自身工作節(jié)律發(fā)出信號，發(fā)出的異常信號可被心電圖捕獲，并將向相應(yīng)監(jiān)護中心發(fā)出告警;利用便攜式可穿戴監(jiān)測設(shè)備，糖尿病患者可將血糖等身體各項生理指標參數(shù)傳送至醫(yī)療保健監(jiān)護中心，一旦實現(xiàn)出現(xiàn)告警，可實現(xiàn)及時的診斷與醫(yī)療干預(yù)。

突發(fā)事件應(yīng)急救援與指揮：當出現(xiàn)重大自然災(zāi)害、火災(zāi)、疫情等突發(fā)事故和戰(zhàn)場救援等事件時，5G通信技術(shù)可以實時、高質(zhì)量、持續(xù)可以移動的視頻溝通，可以幫助急救人員和醫(yī)務(wù)人員更迅速、更準確地做出更優(yōu)臨床決策，通過縮短診斷時間，最大限度挽救傷員的生命，發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢。

遠程超聲：超聲診斷是一種無創(chuàng)、無痛、方便、直觀的有效檢查手段，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷。超聲診斷得到的是基于時間序列的動態(tài)影像，超聲影像在傳輸過程中任何一幀畫面的丟失，都可能造成誤診漏診。超生呈現(xiàn)的動態(tài)圖像對遠距離傳輸?shù)膱D像連貫性和時延控制有著極高的要求，已遠遠超出了原有4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力。5G通信技術(shù)的應(yīng)用彌補了遠程醫(yī)療的遠程超聲這一塊短板，遠程超聲實現(xiàn)了擴大優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué)覆蓋面。5G+遠程超聲，不僅可以實現(xiàn)遠程超聲會診，也可以實現(xiàn)遠程示范教學(xué)通過5G網(wǎng)絡(luò)的傳送速度和4K高清畫面的顯示，如同專家面對面進行操作教學(xué)。

移動醫(yī)療車：移動醫(yī)療車與醫(yī)院通過5G網(wǎng)絡(luò)進行連接，可以實現(xiàn)遠程超聲等遠程操控類，監(jiān)護儀、心電儀、可穿戴設(shè)備等監(jiān)測類，4K視頻與VR技術(shù)相結(jié)合等高清視頻類應(yīng)用。移動醫(yī)療車對資源匱乏的地區(qū)尤其有重要意義。

“5G+遠程醫(yī)療”打破了醫(yī)患之間時空的界限，為用戶提供了更方便、更全面的醫(yī)學(xué)診療服務(wù)，使患者能夠隨時隨地地獲取醫(yī)療服務(wù)，加速了智慧醫(yī)療的普及和推廣。

五、面臨的挑戰(zhàn)

5G在垂直行業(yè)的應(yīng)用剛剛開始，各個環(huán)節(jié)需完善，在應(yīng)用方面面臨商業(yè)模式和產(chǎn)業(yè)需求的挑戰(zhàn)。1. 5G在垂直行業(yè)的應(yīng)用還未形成明確的商業(yè)模式，由于各行各業(yè)在信息化方面基礎(chǔ)不同，產(chǎn)業(yè)需求有差異，需分行業(yè)逐步探索;2.各行業(yè)的新場景及新需求對5G提出了更加成熟的新產(chǎn)品挑戰(zhàn);3. 5G在垂直行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需結(jié)合行業(yè)特點制定相關(guān)的標準和方案。

作者單位：唐連雷? ? 王海龍? ? 吉林吉大通信設(shè)計院股份有限公司