5G驅(qū)動(dòng)的新應(yīng)用落地方案研究

葉連金，黃 河，呂建輝，江 勇，高 萍

（1．清華大學(xué)深圳國際研究生院，廣東 深圳518057；2．深圳市坪山區(qū)科技創(chuàng)新服務(wù)中心，廣東 深圳518000）

5G技術(shù)，即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，可以提供20Gbps的接入速率、毫秒級(jí)別時(shí)延的服務(wù)和千億級(jí)別的設(shè)備接入能力[1]。在大幅增強(qiáng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)性能的基礎(chǔ)上，5G技術(shù)的應(yīng)用還進(jìn)一步滲透進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，拓展人與物、物與物互聯(lián)的場景，拉開萬物互聯(lián)新時(shí)代的帷幕。而5G技術(shù)與工業(yè)設(shè)施、醫(yī)療儀器、交通工具等多種垂直行業(yè)的深度融合，有助于形成垂直領(lǐng)域的新型應(yīng)用與業(yè)務(wù)，包括智慧醫(yī)療、智慧教育、智慧交通、智慧園區(qū)、智慧工地等。5G與各垂直行業(yè)融合發(fā)展所驅(qū)動(dòng)的新應(yīng)用有助于促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、打造全新的智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

1.5G新應(yīng)用場景

1.1 5G智慧醫(yī)療

智慧醫(yī)療利用現(xiàn)代化信息與通信技術(shù)，能夠提供更精細(xì)化的醫(yī)院管理、更高效自主的健康服務(wù)以及為偏遠(yuǎn)貧困地區(qū)提供更優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療資源共享[2]。而5G技術(shù)的高帶寬傳輸、萬物互聯(lián)等特性有助于推動(dòng)智慧醫(yī)療的發(fā)展。基于5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)院前急救與智慧遠(yuǎn)程協(xié)助。根據(jù)5G急救車的優(yōu)先級(jí)特性，發(fā)送信號(hào)聯(lián)系交通部門，規(guī)劃救護(hù)車路線并進(jìn)行車流管理，從而縮短行車耗時(shí)。同時(shí)，基于5G網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延、大容量傳輸特性，實(shí)時(shí)將救護(hù)車位置信息、健康監(jiān)測設(shè)備信息、高清監(jiān)控視頻畫面信息等發(fā)送至醫(yī)院控制中心，以供進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)。基于5G技術(shù)的超高信息傳輸速度，實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)控視頻、醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)等信息，從而進(jìn)行智慧遠(yuǎn)程協(xié)助，使遠(yuǎn)程的醫(yī)生具有充分的信息進(jìn)行病情的診斷與分析，指導(dǎo)患者治療。

1.2 5G智慧教育

智慧教育即教育信息化，指的是在教育領(lǐng)域全面深入地運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)來促進(jìn)教育改革與發(fā)展的過程。5G技術(shù)的發(fā)展有助于提供實(shí)時(shí)高清、跨域遠(yuǎn)程課堂，并為建設(shè)智慧校園，促進(jìn)教育公平、學(xué)科交叉融合等方面發(fā)揮著重要的推動(dòng)作用[3]。

5G智慧教育發(fā)展趨勢良好。國內(nèi)目前已開展智慧教育項(xiàng)目有中國移動(dòng)“5G智慧校園應(yīng)用示范項(xiàng)目”以及中國聯(lián)通“5G+智能教育”行業(yè)應(yīng)用發(fā)布會(huì)，其依托5G網(wǎng)絡(luò)傳輸特性，構(gòu)建全息教學(xué)、AR沉浸式教學(xué)、雙師課堂等5G智慧教學(xué)場景，打破傳統(tǒng)教育格局。另一方面，5G有助于實(shí)現(xiàn)智慧平安校園，部署4K高清攝像頭，采集安放數(shù)據(jù)，依托5G對高清視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行低時(shí)延、高保障的傳輸，從而智能分析畫面并及時(shí)預(yù)警，守護(hù)校園安全。

1.3 5G全景智能導(dǎo)航

5G全景導(dǎo)航指的是在商業(yè)園區(qū)或者旅游景區(qū)內(nèi)，基于虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR），提供可感乃至可交互的導(dǎo)航服務(wù)[4]。VR技術(shù)為用戶提供沉浸式、代入感更強(qiáng)的體驗(yàn)。AR技術(shù)則是通過將實(shí)體信息經(jīng)過計(jì)算機(jī)模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息疊加于現(xiàn)實(shí)信息，達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。而5G技術(shù)所提供的高帶寬、低時(shí)延的線路，能夠保證用戶與計(jì)算服務(wù)器之間的實(shí)時(shí)通信。

通過在商業(yè)園區(qū)或者旅游景區(qū)全面部署5G信號(hào)，并配備專用開發(fā)5G+AR導(dǎo)航移動(dòng)終端應(yīng)用，并由5G基站等邊緣服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，能夠?yàn)橛脩籼峁?shí)時(shí)有效的位置定位，進(jìn)行語音與虛擬現(xiàn)實(shí)共同作用的視頻方向?qū)Ш?，使得用戶得到更好的消費(fèi)與游玩體驗(yàn)。

1.4 智慧園區(qū)

傳統(tǒng)的園區(qū)管理存在著數(shù)據(jù)采集孤立、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)難以實(shí)現(xiàn)、智能化水平低等問題，無法實(shí)現(xiàn)高效、便捷的集中式管理，同時(shí)，重要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)無法實(shí)時(shí)監(jiān)控，難以實(shí)現(xiàn)事故預(yù)警。

構(gòu)建5G賦能的專業(yè)巡檢和安防一體化的智慧園區(qū)綜合平臺(tái)，有助于打造管理數(shù)據(jù)化、應(yīng)急主動(dòng)化、設(shè)備智能化、服務(wù)精準(zhǔn)化的新型智能園區(qū)。一是5G高清攝像頭結(jié)合AI算法高效識(shí)別人員信息，形成無感考勤、黑名單精確布控、異常行為實(shí)時(shí)預(yù)警的全方位體系。二是在消防復(fù)雜環(huán)境中，安裝水壓、水位傳感器、火災(zāi)、電氣、煙霧等異常狀態(tài)探測器組成消防物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)檢測安全情況。三是巡檢機(jī)器人搭載高清攝像機(jī)，實(shí)時(shí)獲取運(yùn)行畫面?zhèn)鬏斨帘O(jiān)控中心，對事故、隱患、故障進(jìn)行判定和預(yù)警。5G智能機(jī)器人移動(dòng)巡邏和高清視頻監(jiān)控各類數(shù)據(jù)充分融合共享，實(shí)現(xiàn)了全域化、自由化、簡捷化的專業(yè)巡檢和安防。

1.5 智慧交通

智慧交通利用信息化、數(shù)據(jù)化等手段，通過對交通信息進(jìn)行感知、匯聚和分析，從交通管理、交通運(yùn)輸、公眾出行等方面賦能交通系統(tǒng)，改善人民的出行體驗(yàn)。而網(wǎng)絡(luò)連接、實(shí)時(shí)通信是智慧交通的基礎(chǔ)。5G所提供的海量鏈接、高帶寬傳輸?shù)缺憷梢詫④嚒⒙?、人連接起來，形成可以實(shí)時(shí)通信、監(jiān)控、決策的智能網(wǎng)絡(luò)，使交通全面信息化、數(shù)字化、智能化。5G賦能智慧交通方案包含以下三個(gè)方面。一是通過建設(shè)5G交通專網(wǎng)，可以保證傳輸交通信息的高時(shí)效性、大信息量、高服務(wù)質(zhì)。通過路側(cè)設(shè)備（攝像頭、氣象站、電子路牌等）進(jìn)行實(shí)時(shí)信息采集，由5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速率、低時(shí)延回傳。二是MEC邊緣云和中心云平臺(tái)匯聚信息并進(jìn)行分析與決策，實(shí)現(xiàn)交通路徑的整體動(dòng)態(tài)規(guī)劃和管控。交通5G專網(wǎng)可以保證傳輸交通信息的高時(shí)效性、大信息量、高服務(wù)質(zhì)量。三是開發(fā)5G智慧交通信息推送平臺(tái)。依托交通5G專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)模式的交通信息推送，對實(shí)時(shí)交通信息進(jìn)行采集，使用戶能通過手機(jī)端或車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主動(dòng)獲取相關(guān)交通信息。

1.6 智慧工地

智慧工地即工地信息化，其利用信息化手段，基于三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，對工程項(xiàng)目進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)和模擬，構(gòu)建互聯(lián)協(xié)同、安全監(jiān)控、智能化生產(chǎn)的施工過程。5G海量連接、高帶寬條件以及對無線信號(hào)的無障礙覆蓋和無差錯(cuò)傳輸?shù)谋Ｕ?，有助于滿足智慧工地的通信需求，安防需求和管理需求。

5G賦能智慧工地方案包含以下三個(gè)方面。一是采取公網(wǎng)信號(hào)覆蓋、5G信號(hào)塔和地下信息島等不同形式的信號(hào)覆蓋相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)5G信號(hào)全面覆蓋，解決工地場景中信息交互難題。二是5G智慧工地進(jìn)行視頻監(jiān)控部署與實(shí)時(shí)分析，預(yù)防火災(zāi)隱患、危險(xiǎn)操作等問題，有效地解決工地的智能安防和風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管問題。三是5G人員管理項(xiàng)目通過人臉識(shí)別信息與健康狀況信息對工地人員安全狀況進(jìn)行分析，有助于增強(qiáng)工地人員精細(xì)化管理效率，提高工程實(shí)施效率。

1.7 智慧港口

在“工業(yè) 4.0”全面發(fā)展的背景下，港口作為交通與貿(mào)易的重要樞紐，亟需進(jìn)行轉(zhuǎn)型與升級(jí)，利用信息技術(shù)構(gòu)建信息化、數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化的新型智慧港口。智慧港口對通信連接有嚴(yán)苛要求，采用5G技術(shù)能夠滿足其控制信息、多路視頻信息等數(shù)據(jù)的高速、可靠傳輸[5]。

5G賦能智慧港口方案包含以下兩個(gè)方面。一是基于5G的港機(jī)遠(yuǎn)控。依托5G網(wǎng)絡(luò)，采集港口龍門吊等大型集裝箱作業(yè)機(jī)械的狀態(tài)信息與現(xiàn)場高清監(jiān)控畫面，實(shí)時(shí)傳輸至控制中心，以便于作業(yè)決策的智能化下達(dá)。二是基于5G的智能理貨。以5G傳輸取代傳統(tǒng)有線傳輸，在橋吊、理貨區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域部署高清攝像頭，實(shí)時(shí)傳輸視頻畫面至控制中心，以進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)測與管理，節(jié)省人工成本。

1.8 5G+8K高清視頻

8K高清視頻指分辨率為7680*4320，即寬度上大約有8000個(gè)像素點(diǎn)的視頻。提升網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，探索5G應(yīng)用于超高清視頻傳輸，實(shí)現(xiàn)超高清視頻業(yè)務(wù)與5G的協(xié)同發(fā)展是超高清視頻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)。

8K技術(shù)與 5G 的結(jié)合可以形成很多新的核心應(yīng)用模式。5G賦能8K超高清體育賽事直播與電影畫面的傳輸，優(yōu)化用戶體驗(yàn)；5G技術(shù)有助于推動(dòng)基于超高清顯示（8K內(nèi)窺顯示器、8K數(shù)字化手術(shù)室、8K影像實(shí)時(shí)回傳等）產(chǎn)品的智慧醫(yī)療，發(fā)展醫(yī)療水平；5G賦能基于8K畫面的安防監(jiān)控的實(shí)時(shí)傳輸與分析，提升安防力度。

2.5G應(yīng)用發(fā)展趨勢分析

隨著5G 的規(guī)模商用，5G與垂直行業(yè)的融合將孕育新興信息產(chǎn)品和服務(wù)，改變?nèi)藗兊纳罘绞?，并逐步滲透到經(jīng)濟(jì)社會(huì)各行業(yè)各領(lǐng)域[6]。5G的未來發(fā)展趨勢將可能呈現(xiàn)如下特征：

2.1 產(chǎn)品聚焦于四大應(yīng)用場景[7]

包括公共交通工具等廣域場景、辦公活動(dòng)場所等高流動(dòng)場景、智能化區(qū)域應(yīng)用場景、工業(yè)控制等可靠應(yīng)用場景。時(shí)代發(fā)展的腳步進(jìn)一步要求了5G產(chǎn)品廠商加速進(jìn)行技術(shù)探索與創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā)，激勵(lì)5G商用產(chǎn)品發(fā)展。

2.2 消費(fèi)需求擴(kuò)大化

通信技術(shù)的發(fā)展為人民的生活、出行、娛樂等方面提供了便利，而5G技術(shù)新應(yīng)用所帶來的全新消費(fèi)體驗(yàn)，將可預(yù)見地將產(chǎn)生一次全新的消費(fèi)形態(tài)變革，創(chuàng)造出5G時(shí)代的新經(jīng)濟(jì)業(yè)態(tài)、新商業(yè)模式以及新產(chǎn)品服務(wù)。

2.3 產(chǎn)業(yè)融合變革加速化

在5G技術(shù)大范圍應(yīng)用的背景下，各行業(yè)的發(fā)展速度必然加快，行業(yè)之間的交流更加高效，產(chǎn)業(yè)融合變革也將隨之加強(qiáng)[8]。5G技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展向信息化、智能化、合作化方向轉(zhuǎn)變，從而深化產(chǎn)業(yè)融合與變革。

3.結(jié)語

5G開啟商業(yè)應(yīng)用是人類社會(huì)由互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代邁向萬物互聯(lián)時(shí)代的重要一步，為通信行業(yè)和整個(gè)社會(huì)都帶來極大的機(jī)遇。5G將驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，重塑行業(yè)應(yīng)用場景及業(yè)務(wù)形態(tài)，推動(dòng)社會(huì)數(shù)字化演進(jìn)。5G技術(shù)與人工智能、邊緣計(jì)算、傳感等基礎(chǔ)技術(shù)相整合后，與垂直行業(yè)中的應(yīng)用場景相融合，形成5G行業(yè)應(yīng)用。