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5G新基建的核心应用场景有哪些?

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  • 时间:2021-11-06 08:43:56
  • 苏州市

新基建的号角吹响,新基建的领头羊5G也按下了加速键。仅3月份,三大运营商就发布了近50万条5G基站主要设备集中收购。被疫情耽误的大规模5G基站建设已经拉开帷幕。作为传统基础设施的“后浪”,新基建正在推动后疫情时代的经济发展。以5G、云计算、大数据、人工智能、工业互联网、物联网为代表的“新基建”正在成为社会经济的重要载体。而5G是新基建中最基础的通信基础设施。它与4G最大的区别在于,突破了面向个人的移动互联网范畴,广泛进入行业和产业领域。但只有5G的业务闭环完成,才能算是5G真正的春天。

5G新基建的核心应用场景有哪些?

5G三大技术特性决定了行业应用方向

5G是第五代无线通信技术。与4G相比,其核心技术指标集中在三个主要应用场景:高速、低时延、大连接。

在实际应用中,高速、低延时、大连接三个方向的落地其实是不一样的。

(1)高速率(eMBB):超强无线速率

虽然5G的无线下载速率在实验环境下(网络空载单点测试)可以达到2000-4000Mbps(基于中国/日本/英国/印度/意大利的测试结果),但在目前的网络应用中其实并没有那么快。韩国和美国是全球最早实现5G商业化的国家(其中,韩国截至2019年底用户超过400万),5G下载速率约为300-600Mbps,约为4G的2-4倍。

和5G、4G类似,有一种速率叠加技术(载波聚合)不断升级速率,所以5G的下载速率可以更快,这完全取决于业务场景的需求和运营商的成本投入。

(2)低时延(uRLLC):低延迟连接响应

5G超高可靠性超低时延(时延小于1ms)通信,主要面向车联网、工控等对时延和可靠性要求较高的垂直行业。西门子、博世等企业参与了5G标准的制定,从运动控制、控制设备互联、移动生产设备、AR等方面提出了5G技术在工厂生产领域的诸多未来应用场景和相应要求。但场景落地还需要很长时间。目前工厂生产线对无线网络在带宽、时延、可靠性等方面的要求普遍较低。西门子和博世主要部署在未来的“智能工厂”,这些工厂需要灵活性、移动性和多功能性,以及“制造自动化”控制系统的高可靠性。

(3)大连接(mMTC):海量万物互联

5G mMTC主要针对未来物联网中低功耗、低带宽、低成本、低时延需求的海量场景而设计。但从目前5G的标准进展来看,mMTC是争议最大的领域。这也是一个标准尚未完成的领域。5G的革命不仅在于它覆盖了更多的应用场景和更复杂的技术,还在于它的包容性更强。目前,R16有望将现有的NB-IoT/eMTC标准纳入5G物联网。

在实际商用中,目前部署的NB-IoT/eMTC单基站的设计容量可以接入上万个终端,但国内平均每个基站NB-IoT只能接入数百个终端,利用率太低。但5G mMTC的设计可以实现每平方公里100万终端的大容量接入。目前技术领先于市场发展,因此mMTC的广泛应用和规模应用有望更长。2020年5月,工信部发布《关于深入推动移动物联网全面发展的通知》号文件,也证实了这一点。通知要求,到2020年底,NB-IoT网络将在县级以上城市主要城区实现普遍覆盖。未来,NB-IoT仍将是物联网的主要连接和承载,而5G将满足高速、低时延场景的需求。

随着新基建成为后疫情时代国家刺激经济发展的催化剂,5G建设的加速被赋予了更多的行业应用

围绕更高速度(eMBB)的高速下载、超高清视频、云办公、云游戏、VR/AR等场景;

工业自动化、自动驾驶、移动医疗等场景围绕超高可靠性和低时延(uRLLC)展开;

围绕大众机器通信(mMTC)的物联网、智慧城市、智能交通、智能家居等场景;

结合5G技术的特点和应用实践,未来5G将呈现四大应用趋势,并将很快逐步落地。

5G应用四大趋势:视觉锐化、极致体验、云端一体、现场增强

四大应用趋势代表方向性应用场景

4K超高清视频是5G时代最清晰的应用方向之一,有望率先爆发。据CCID预测,2022年中国超高清视频市场规模将超过2.5万亿元,随着各行业的应用,预计总体将形成4万亿元左右的市场规模。除了5G 4K/8K、5G VR等行业热点,超高清视频在智慧医疗、教育等各种应用场景中也发挥着重要作用。5G推动了视觉分辨率的提升和锐化,惠及产业链上与视频服务密切相关的所有环节,包括视频、媒体、娱乐、游戏,以及4K终端、芯片、视频云、CDN等。

典型应用案例,包括疫情期间沈磊山、火神山施工现场5G 4K直播、中国龙舟赛福州站5G直播、苏州深业商城小剧场5G高清直播。

(1)视觉锐化:5G+超高清4K/8K视频

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5G的注入,一能为VR/AR内容的采集传输提供更灵活的大容量通道;二能保持终端、云端的始终连接,降低VR视觉延迟;三能将算力需求转向云端,省去VR/AR头盔的计算模块负担,达成轻量化要求。此外云游戏预计也将逐步普及,利用算力的协同提升游戏体验。

典型的应用案例,包括2020年央视春晚的5G+8K+VR直播;2019年全国农民丰收节5G+VR直播;韩国SKT推出的“Jump VR”动物园以及各类AR云游戏等;

但需要注意的是,VR/AR技术目前仍在发展中,游戏及娱乐是其最重要的领域,未来也值得期待,但行业发展仍需要不断突破和创新。目前国内的大部分VR/AR结合5G的应用基本都停留在宣传示范层面,并没有常态化和规模化。

(3)云端一体:5G推动终端与云端始终连接

5G的建设推动个人终端的视频高清化,以及娱乐/游戏等应用更加丰富,由此带来个人终端的计算和存储需求大增,仅仅依靠边缘计算难以满足用户体验,5G的规模建设将推动终端算力转向云端,在计算角度,云端一体/端云协同将成为常态。

随着5G网络覆盖率越来越完善,包括手机/PAD以及可穿戴设备等个人终端与云端的连接将成为一体,利用云端超强算力与终端边缘计算相互结合,满足大数据量的计算和存储需求。未来云计算面向的不仅仅是B端企业用户,更有可能扩大为广大的C端个人用户,云与端之间的融合将更加紧密。

(4)现场增强:5G+AIoT+AR加强现场作业效率

5G的建设推广在未来可能改变大部分行业,在各个行业应用现场,5G与产业科技的结合将加强现场作业效率。例如城市/社区的智慧化,包括物联网化的智能识别、智慧管理等应用;以及工厂流水线及精密制造的AR巡检、AI检测;智慧医院的AI辅助诊疗;未来汽车的信息娱乐完全在线化等。5G将全面促进现场作业效率的提升。

此外,由于5G的大连接和高速率特性,现场作业的同时,数据可实时传送到后端平台,不但可对数据进行挖掘提升业务价值,更可与第三方数据进行打通,利用数据交互将传统现场作业的价值最大化。

5G新基建的重要行业应用

关于5G的行业应用,参考不同组织、机构对5G行业应用场景的划分,结合阿里对行业数字化的理解和实践,我们从行业角度梳理出不同行业/领域的5G业务成熟度和5G应用相关性。并由此展开 5G主要的行业应用场景。

(1)工业互联网领域:智慧工厂

从长远来看,“5G+工业互联网”将形成新一代信息通信技术与先进制造业深度融合的新兴业态与应用模式。虽然当前工业通信连接中无线连接占比仅10%左右,但在未来几年会进入高速发展期。预计到2026年,工业通信连接中无线连接占比将达58%,其中5G将发挥重要作用。比如基于5G的远程监控、AR装配辅助、运维和巡检辅助等。

需要注意的是, 5G在工业侧的无线连接属于重要补充,WIFI、蓝牙、Zigbee等窄带短距离无线技术也广泛用于工厂内部。此外工业互联网的发展目前仍处于初期,行业内预计2025-2030年才会进入全面互联以及自主智能阶段。因此5G在工业内的规模应用仍需要较长时间。

(2)电力行业:智能电网

电力行业是智能化率要求相对较高的行业。根据行业内统计,停电90%缘于最后5公里,电力行业的配网自动化程度相对比较低,国家能源局要求“十三五”末期配网自动化率达到90%。利用5G的低时延和大连接能力,可以实现在更广的区域结合光纤进行配电侧及用电侧的节点设备控制。实现全网自动化。

此外在电力网的骨干线路巡检上,无人机/无人车/机器人+5G的结合,将大幅提升边远山区和林区的巡检效率,降低人力成本。同时随着智能电表的广泛普及,电表侧的数据回传与控制,也可与5G结合,以便进一步实现功耗降低和精准控制。

5G与电网的结合,预计在未来将会有较大空间,一方面是市场需求空间较大,另外一方面是以国家电网为代表的巨型国企资本雄厚,本身也有意参与5G这个资金和专业门槛极高的领域分一杯羹。

(3)汽车行业:车联网

5G的超低时延带来的车路协同以及车车协同场景成为可能,未来的自动驾驶将不再限制在单车智能领域,将延伸到车车、车路之间的智能协同。

5G典型的应用场景,主要包括车载信息娱乐通过融合语音交互、AR、视觉识别等技术衍生出AR导航、疲劳驾驶提醒以及实时路况导航的应用,汽车无论任何位置均处于在线模式;而基于5G车辆之间的自动碰撞预警以及车车、车路之间的协同目前仍处于探索期。

需要注意的是,基于5G的车联网信息娱乐类应用将最先成熟。全路况车路协同自动驾驶还有很长的路要走,目前5G能做的主要还是提供实验场景。

(4)社区管理:智慧社区

疫情突发背景下的防控,使得社区管理成为各地政府重要的课题,社区管理与5G的结合主要体现在数字社区范畴,以5G无线网和物联网建设为手段,以社区服务平台、智能小区服务平台为依托,构建智慧社区整体生态,其典型应用场景包括路灯自动控制、故障监测告警、社区智能通行、绿化浇灌监控、垃圾溢满监控、智慧消防系统、智慧停车监控以及社区安全等。需要注意的是,智慧社区与5G强关联仍以物联网为主,除了少量高清视频类应用,社区大量智慧管理辅助手段都是基于物联网来实现的。

(5)医疗行业:远程医疗

目前来看,5G在推动国家分级诊疗、医联体的落实,提升基层医院的医疗水平方面可能会发挥较大作用,例如通过与大医院合作,利用专家们长期从医积累的知识、经验以及大量高质量电子病历数据,建立基于专家系统和机器学习的人工智能辅助疾病诊断的模型和应用。可以大幅提高基层医院普通医生的诊疗水平。

需要注意的是,5G与医疗的深度结合仍然需要两个行业较长时间的探索与磨合。“智慧医疗”目前已经在部分三甲医院以及医联体/医共体开始试点。“智慧医疗”目前更多的是基于云计算、大数据、人工智能技术,结合病患数据精准匹配医疗资源,提升诊疗水平。后续结合5G网络可优化患者运营,提升患者院前、院中、院后的全流程体验。

(6)教育行业:远程教育

疫情期间全体学生“停课不停学”催化了在线教育普及的加速,5G与教育行业的应用结合目前来看仍然是基于5G超宽带、超高可靠性的网络特性来展开。5G将促进教育行业在远程教学效果、教学智能、教学创新和教学网络覆盖等方面得到较大提升。需要注意的是,远程教育本身并不是新鲜事物,无线远程教育主要是基于特殊场景下的选择,更多在线教育利用的網络是WIFI及固定光纤网络,5G流量在不以盈利为目的的学校看来过于昂贵。运营商在各大学校力推的5G智慧校园解决方案进展并不顺利。教育领域的5G发展在学校侧较为缓慢。

(7)传媒行业:智能媒体

传媒行业可利用5G网络的高速率、低时延的特性,通过专业5G/VR直播摄像机实时采集到的现场视频,实时上传到视频云平台。可对视频内容进行标签、编码,再通过推流服务器进行推流,让用户基于互联网体验到不一样的视听感受。

即使是基于传统电视网络媒体播放,5G也对现场新闻采编的直播效率带来了改善,在新闻以时效性作为重要衡量标准的今天,传统以硬盘本地存储模式的摄像机很可能快速变化,5G将给专业媒体摄像机领域带来巨大改变。可以预计未来结合5G切片技术的新闻现场直播场景将越来越多。

对于视频作为主要载体的传统电视台媒体而言,5G带来了视频高清化(4K/8K)更快的普及和现场视频采集回传的极大便利。这是行业需求和技术发展的深度结合点,因此电视台与5G的行业应用结合将会比其他行业更快。

阿里巴巴5G研究及实践

阿里巴巴达摩院2020年3月正式成立XG实验室,该实验室致力于推动下一代网络通信技术的研究,现阶段主要聚焦5G技术和应用的协同研发。

相比5G基础技术,5G应用层的技术和生态发展相对滞后。达摩院新成立的XG实验室将依托阿里的丰富应用生态,专注5G基础设施技术和应用的协同创新,为超高清视频、在线办公、AR/VR、工业互联网、智能物流、自动驾驶等场景研究符合5G时代的视频编解码技术、网络传输协议等,并制定相关标准。

云计算是驱动5G应用落地的另一个关键因素。过去十年,阿里在云计算网络的关键技术上已进行全面布局并实现大规模应用,涵盖高性能网络、自研交换机、意图驱动网络、可编程网络、流量调度等,这将为XG实验室提供充足的技术储备。此外,阿里云遍布全球的云数据中心、云网络和边缘节点,将会为海量的5G终端设备,提供极致的高性能、低延时、高可靠的计算和存储资源,為5G应用落地提供有利条件。

2020年5月15日,阿里巴巴与中国移动合作建设的5G智慧园区专网正式启用。在移动布设的5G网络基础上,XG实验室研发出一套全新的5G专网安全架构体系,大幅提高5G专网的安全性和易用性。这一架构设计也将形成提案报送3GPP,未来可能成为5G R17全球标准的一部分。

结束语

对国家而言,以5G为代表的“新基建”不仅成为新一轮发展的“催化剂”,更是软实力、竞争力核心所在。尽管5G在容量、时延、安全和用户体验方面都是上一代无线通信技术无法比拟的,但行业规模落地和商业闭环过程相对缓慢,5G背负了太多的使命和期待。

阿里巴巴作为新基建的科技龙头之一,积极跟踪和研究5G在各个行业的应用场景和落地节奏,及时判断5G对行业业务的影响和变化,并做好技术及市场储备。无论如何,包括5G在内的技术进步和发展,都将给人类开启全新的时代,阿里巴巴也愿意和各行各业一起共同探索和实践5G的相关结合应用。

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