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5G白皮书:未来已来,你准备好了吗?

时间:2018-06-14 作者:益莱储 阅读:
借助5G技术和应用,我们正处于世界上有史以来最重要的科学和工业创新的新起点。

随着5G标准和频谱生态环境统一发展,各个国家也更加明确和加快了5G商用进程:美、日、韩在2017-2018年进行了5G试验网部署,将在2019年部署符合5G国际统一标准的设备;欧洲在2018年开展5G技术试验;中国在2016年开始5G技术研发试验,预计在2020年启动5G商用。中国5G发展已经进入到全球5G商业应用的第一阵营。

要在2020年实现5G的正式商用,这一目标对5G提出巨大挑战。5G产业生态需要联合创新,探索新需求、新技术、新业务、新商业模式。工信部信息通信发展司司长闻库近日称,5G商用脚步越来越近,探索发掘、推广普及5G典型应用成为5G成功商用的关健。他提出三点建议,一是注重跨界融合,二是应用带动发展,三是加速孵化推广。

跨界融合,一方面要加强技术融合创新,推动5G与云计算、大数据、人工智能等ICT前沿科技的深度融合,不断提升信息通信领域的智能化水平;另一方面要进一步深化应用融合创新,培育5G与工业、交通、医疗、环境等各个领域的融合应用,不断探索新产品、新业务、新模式,助力传统行业转型升级发展。

当前面向5G商用,要着力发掘在技术和业务模式上可复制、可推广、可快速投入市场的创新应用,推动开放式、平台型综合应用解决方案的涌现,通过发挥典型应用的辐射和示范效应,带动5G业务和应用的规模化、多样化的发展。

1.广泛的融合应用

工业物联网(IIoT)的发展以及万物互联(IoE)的无处不在将使数十亿人、机器和设备共享大量数据、高分辨率图像和实时高清视频流。借助5G技术和应用,我们正处于世界上有史以来最重要的科学和工业创新的新起点。

5G技术将成为加速许多行业(包括汽车、交通运输、制造和医疗保健)以及整个社会变化步伐的催化剂。这种模式转变,加上人工智能、机器学习、增强和虚拟现实、3D打印、量子计算、生物技术、纳米技术和基因组学方面的不断发展,将带来业务创新,效率和生产力方面的新科学发现和进步。

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在所谓的第四次工业革命中,万物互联将连接设备、M2M通信、自动化和机器人技术与无限的处理能力、带宽和存储容量相结合,从而导致颠覆性创新,新的业务模式、创新产品和服务、制造技术以及新的交通解决方案。

虽然我们无法知道在5G应用完全部署时可能会有什么可能,但我们已经看到一些实际应用,包括自动驾驶汽车、网联无人机、商业车队,自动化制造和供应链管理,远程手术和智能家居、建筑物、工厂和城市。

在接下来的几十年里,我们可能会看到在制造业、资源管理、节能、医疗保健、农业、电信和交通运输领域所取得的最重要进展 - 所有这些都可能为全球数十亿人提高生活水平和生活质量世界。

未来已来。你准备好了吗?

2.与5G同行

5G将改变我们沟通分享信息、生产产品和享受空闲时间的方式与效率,从根本上改变我们的社会。通过实现数十亿人,机器和设备之间的实时连接,在创新、自动化、效率、生产力和安全等方面取得进展。

为了适应通过物联网(IoT)连接互联网设备的预期爆炸式增长,需要大量增加带宽。据GSMA移动智库发布的最新数据预测,到2025年,受工业物联网(IIoT)和万物互联(IoE)市场增长的驱动,物联网连接数量(蜂窝和非蜂窝)将增加三倍,超过250亿。

GSMA移动智库物联网首席分析师Sylwia Kechiche表示:“随着互联消费类设备和工业机器数量迅猛增长,物联网生态系统将在未来十年内演变为价值上万亿美元的市场。但是,物联网的收入机会将从简单的连接设备转向以定制解决方案满足特定领域的需求,而且成功的生态系统参与主体需要根据这些市场趋势调整他们的商业模式。”

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5G的市场前景魅力在于其引人注目的优势,包括更高的速度、更大的容量、更低的延迟。5G低延迟 - 数据请求和传输之间的延迟预计在1毫秒到2毫秒的范围内,而4G网络的延迟时间为50毫秒。这种难以察觉的延迟使得其能够应用于许多关键任务,如自动驾驶车辆、远程控制商业运送车辆、自主公共运输车队、工业自动化、远程机器人手术以及航空/军事/国防应用等,这些应用对于延迟都是都不可接受。此外,5G将支持强大的虚拟和增强现实应用程序,以及实时高清视频共享和云游戏。

对于机器人远程手术,外科医生操纵一个远程连接到执行实际手术的机器人控制台。 5G引入了创建外科医生和患者之间距离的能力。患者可能会在同一栋建筑内的洁净室内预防感染,或者在半个世界以外的战场医院中。远程手术的潜在优势包括提高精确度,降低侵入性,减少创伤,缩短恢复时间,并且长期降低医疗保健成本。

相比之下,5G的速度预计会让4G显得缓慢。在2016年的测试中,AT&T通过无线连接实现了14 Gbps的速度,延迟小于3 ms。同样在2016年,Verizon实现了10 Gbps。 在现实世界的美国试验中,AT&T实现了1.2Gbps的5G速度,延迟时间低至9毫秒~12毫秒,支持数百个使用5G网络的同时在线用户。同样,Verizon已经实现了大约1Gbps的延迟,延迟小于10毫秒,计划将在2018年下半年在3-5个城市推出家庭宽带服务。

比赛已开始,预计美国、中国、韩国、日本等将成为首批推出5G商业服务的国家。从2018年底开始到2019年,美国服务提供商将开始有限推出5G住宅固定无线服务。具备5G功能的手机将在2019年推出,预计将有18家全球设备制造商。初期阶段,4G和5G网络将同时存在,其中全面过渡到5G,并为创新,经济增长和颠覆性变革带来机遇。5G网络将用于需要高可靠性和低延迟的任务关键型应用,而4G网络将支持非关键角色,直到5G网络全面实施。

3.物联网

麦肯锡估计,到2025年,物联网技术的潜在经济价值总量将达到11.1万亿美元。物联网是所有颠覆性技术的最大价值源泉,排名在移动互联网、自动化、云计算和先进机器人之前。物联网系统的影响程度将随其环境变化而不同,例如工厂和城市受益最多。最具潜力价值的九个领域是健康、家居、消费、办公室、工厂、工地、汽车、城市和郊外。

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工业物联网(IIoT)是指与消费者无关的物联网应用。它包括使用机器学习、人工智能、机器人、连接传感器以及实时数据和分析来改进制造过程的智能工厂。

M2M通信将使工厂系统彼此“交谈”,共享大量的实时数据流,主要依靠自己进行决策并做出调整。随后,人们可以对数据进行分析,以获取更多的洞察力,并辨别如何进一步改进操作,提高质量,缩短生产时间或降低成本。

在智能工厂中,相机和传感器将用于实时监控和调整制造。通过降低错误率和减少返工可以降低成本。通过提高吞吐量和减少人为干预,可以提高效率,从而提高一致性和质量。

随着物联网的发展,多个系统、工厂和物流提供商将连接到一个集中式IT系统,为所有制造和供应链事件提供全面可视性。射频识别(RFID)标签可以跟踪产品移动,提高准确性和质量,并向管理人员通报需要调整或解决的问题。

今天,公司主要将IIoT用于预测性维护以提高安全性。例如,如果人类不经意地穿过预定的安全区域,则使用传感器来停用机器。虽然IIoT今天还处于初级阶段,但GSMA移动智库预计到2023年将成为增长最大的类别,届时它将超过消费者物联网。

4.智慧城市

我们的城市中心是否已经变得过于庞大复杂和快节奏,无法有效管理?未来的智慧城市将使用各种物联网连接设备和传感器,以更好地将资源与需求相匹配,监控车队的可靠性,改善基础设施和运营,减少人为干预,提高安全性、服务质量和效率。这方面的例子包括智能交通管理系统、智能停车场、照明、水和公共交通系统,以及自动化废物管理系统。通过利用传感器数据以及来自车辆的实时信息,行人和基础设施城市管理者将能够更好地减少拥堵,改善资源并提高能源节约。

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领先的城市已经在试验智能系统。东京正在测试预计将在2020年东京奥运会期间首次亮相的自动机器人出租车,借此为人们提供更经济安全的出行方式。

Robot Taxi是日本移动互联网提供商DeNA与无人驾驶技术开发商ZMP的合资企业。根据Robot Taxi首席执行官Hiroshi Nakajima表示,“当你看有人乘坐出租车时,70%的成本实际上与劳动力成本有关。如果我们可以用人工智能取代它,我认为我们将能够提供一个非常有吸引力的价格点。“

另外,日产和DeNa将于2018年合作试驾自动驾驶的出租车服务,并在2020年实现商业化。最初,日产Leaf自动驾驶汽车将在日产全球总部和当地购物中心周围4.5公里长的地理栅栏内提供。在发生异常情况或紧急情况时,安全驾驶员将在方向盘后方。

东京也在羽田机场测试松下自主轮椅,使用传感器在行人,行李和其他障碍物周围导航。残疾人士使用智能手机安排接送和下车,并在完成旅程后,轮椅自动返回到其对接站或继续到下一个目的地。参加残运会的运动员将在2020年奥运会上亮相,可能会运送残奥会。

自2013年以来,新加坡无人驾驶汽车和公交车一直在进行测试。最近,自主出租车也进行了测试。通过使用各种传感器跟踪巴士车队,新加坡能够发现需要更多巴士来减少拥堵和等待时间的问题。由于岛上只有30英里,因此它是物联网技术的理想测试平台。其智能国家计划旨在推动其在智能城市中处于领导地位。

到2020年,新加坡将通过一个用于监测所有车辆的全球卫星导航系统,优化车辆流量,评估道路税,并告知更好的道路设计。利用来自建筑物、道路、公共汽车、出租车、私人车辆和基础设施的城市周围的传感器数据,可以构建高度精确的计算机模型以实现虚拟仿真和建模。新加坡人已经可以在线访问交通和停车数据,安全摄像头以及其他公共数据。

2017年9月,迪拜开始测试无人驾驶的空中双座无人机或飞行空中出租车。为了成为世界上第一辆自动驾驶的出租车服务,18转子Volocopter可以飞行30分钟,航程17英里。被迪拜政府称为“自动空中出租车”(AAT),其理想目标是到2030年将有25%的乘客由AAT服务。尽管是实验性的,但自主的飞行空中出租车很吸引人。基本上,这是一款高度复杂的双座无人驾驶飞机,Volocopter将在十年后立志成为未来城市不可分割的一部分。 2017年,该公司与迪拜交通管理局合作,在五年的时间内测试空中出租车,目标是在2020年左右实施商业试点计划。

智能交通管理

美国联邦航空局估计,超过10%的延误和拥堵与低效的信号定时有关,从而导致燃油消耗和车辆排放量增加,燃油和人力成本增加以及生产率和效率降低。因此,实时智能交通管理系统正在用于优化全国城市的信号时序和交通流量。

像洛杉矶这样的城市在接近4600个信号交叉点处使用实时监控,以减少12%的行程时间,并将车辆速度提高16%。安阿伯市的一个新的先进的交通管理系统可以测量有多少辆汽车在一个灯光下等候,他们在哪一条车道上行驶,有多少辆汽车预计到达十字路口。

未来,智能停车系统将被用于实时提醒用户空间可用性,从而节省燃气并减少排放。智能公共交通将为地铁线路,公共汽车和火车系统提供实时跟踪和交通预测。

智能资源管理

智能电网管理将改善城市内的运营、维护、规划和资源分配。例如,与互联网连接的垃圾桶可以通过自动收集车队收集和清除垃圾时发出信号,从而改善卫生设施并降低成本。同样,石油和天然气交付或公用事业服务和维修也可以自动化。智能水温传感器可以监测和调节饮用水的质量,而智能照明传感器可以在没有行人或交通存在时使路灯昏暗。

随着城市系统的发展,车辆、人员和基础设施之间的实时连接可以减少拥堵,改善交通流量并减少排放。将连接车辆与车辆,车辆与基础设施,以及最终实现与任何人或物的连接,将使安全性、便利性和效率进一步提高。在车辆与其他设备、行人或传感器连接的情况下,可以共享有关道路状况的信息。

智能建筑

通过匹配资源分配和占用模式,智能建筑使用物联网连接的设备来优化能源使用。这样的系统可以提高乘员的舒适性和便利性,在设备问题发生之前预测设备问题并监视建筑安全。

智能家居

智能家居是使用IoT连接的设备和网关/路由器,通过智能手机监控和访问家庭控制设备。GSMA移动智库预计到2025年,智能家庭连接数量将增长三倍,达到50亿以上。IoT Analytics GmbH 数据显示,2016年第二季度至2017年第二季度,全球范围内该市场增长95%至33亿美元,其中美国总计16亿美元。

最大的智能家居类别包括网关、扬声器、安全系统和电器,还包括恒温器、照明、开关和探测器。例如,不断在效率和舒适度之间进行调整的温度传感器,可以关闭空闲房间中的灯光的传感器以及可以感应窗户或门打开时的窗户传感器,以减少HVAC的使用。

此外,其他应用包括家电控制(即洗衣机、烘干机、冰箱/冷冻机、烤箱/微波炉),安全系统(即运动传感器、摄像机、锁控制)和娱乐设备(即用于音乐的蓝牙扬声器、智能扬声器/ 语音控制助理)。

在家庭娱乐领域,5G带宽的增加将使得4K、8K、3D视频和360度视频的广泛共享成为可能,预计到2023年,全球移动数据流量将占全球移动数据流量的75%。5G还将带来云游戏以及用于培训、教育、营销、销售和娱乐的增强虚拟现实应用程序的改进。

5.自动驾驶汽车

互联汽车是一种可以上网的车辆,今天许多人已经上路了,可实现更多安全、便利和娱乐功能。安全和安全选项包括自动碰撞通知、道路危险警告、紧急故障通知和车辆恢复服务。 实时交通和导航、远程车辆诊断、服务提醒以及远程锁定和解锁等功能,为驾驶者增添了诸多便利。在车载工作和娱乐领域,连接带来流媒体音乐和视频、车内热点和移动设备办公室功能。

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Waymo自驾车队在亚利桑那州钱德勒的一个地理围栏地区进行测试,该车队是第4等级自动驾驶水平,与其他真实世界的车辆,行人和道路使用者进行互动。 Waymo在自动驾驶技术方面积累了大量经验,积累了远超所有其他汽车制造商或供应商的总和,为他们提供了先发优势。

在加州,汽车制造商必须向DMV提交报告以测试自动驾驶车辆(www.dmv.ca.gov)。 Waymo在2016年自动驾驶车辆报告了635,868英里(2015年为424,331英里)。第二高的是通用汽车,它记录了10,015英里(2015年6月至2016年11月)。

除了自动驾驶里程记录之外,向加利福尼亚州报告的另一个重要指标是系统脱离自主模式的次数,这表明需要多长时间进行人为干预。出于各种原因可能发生脱离,有些与软件相关,如相机或感官知觉问题,无法正确预测交通模式或不需要的车辆操纵。其他还包括外部条件,如天气、不适当驾驶其他车辆、道路施工或道路垃圾。

Waymo表明,无人驾驶汽车可以在真实道路上的理想条件下工作。 他们还在加利福尼亚州的死谷进行了高温天气测试,并计划在密歇根州进行额外的冬季测试,以获得在雪、冰雪和冰路面上的自动驾驶经验。他们正在努力证明,他们的车辆可以在任何情况下在任何环境下行驶并达到5级自主权。
然而,只有Waymo(谷歌自驾车项目)等实验车辆已经取得了4级的自主权。虽然该技术现在可用于支持完全自动驾驶车辆,但其价格昂贵。然而随着时间的推移和规模应用,硬件、软件以及相关系统和传感器的全部成本都将下降。即便如此,市场接受度和推出可能至少是十年之遥。

消费者的接受度只是其中一个问题,此外还有责任和国家规定等其他方面。 2017年3月,美国汽车协会(AAA)表示,75%的美国民众害怕乘坐自动驾驶汽车,有趣的是59%的美国人有兴趣在他们的下一辆车上拥有一些自主驾驶特征。最近,一项埃森哲在线调查显示,54%的在线消费者愿意成为自动驾驶汽车的乘客。因此,消费者似乎对自驾车技术的某些方面感到满意,但他们似乎并未准备好充分自治。

法律责任问题也依然存在。好消息是,虽然法规往往落后于技术发展的步伐,但美国的州和地方政府普遍欢迎他们认为会带来总体经济效益的技术,包括自动驾驶车辆。

借助5G,汽车制造商将能够从实验车队收集无线数据,以创建更强大的模拟试验,然后进而可以成为车辆参考数据库的一部分。 由于5级自主必须在所有情况下都不需要驾驶员帮助,所以汽车制造商现在可能将重点放在4级自主权上,多家汽车制造商打算在2020/2021年前推出4级车。

6.结论

从自动化制造和自动驾驶汽车到智能家居、建筑和工厂,随着5G技术的引入,社会的相互关联性将呈指数增长。近乎无限的带宽、超快的速度和接近实时的连接将变得司空见惯。目前的关键应用有新媒体、网联无人机、智能电网、公共安全;未来将扩展的应用有智能制造、智慧交通、移动远程医疗、无线机器人。

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