5G技術在智慧園區應用的展望

陳 宇，曾 鳴，盧 真，文錦林

（中國移動通信集團設計院有限公司 湖南分公司，湖南 長沙 410000）

1 5G智慧園區簡介

5G智慧園區是通過建設5G通信網絡及5G邊緣計算服務器將物聯網、大數據以及人工智能等技術融合起來，使得園區信息基礎設施和公共服務體系更安全、更便捷、更節能以及更舒適。5G智慧園區利用5G高速率、低時延以及大連接的新特性，實現園區智能化工廠機器、安防設備、小區車輛、消防系統、醫療系統以及家居電器等的網絡互連、信息互通、操作互動，將極大地賦能入駐企業、助力招商運營并提升入住住戶幸福指數，可實現園區與產業發展以及城市化管理的高度融合。

2 5G+智慧園區必要性

從運營商家角度來看面臨兩個方面壓力，一是隨著通信行業的快速發展，ToC市場逐步飽和，人口紅利消失，二是5G網絡建設的快速推進，帶來龐大的建設投資和高企的運營成本壓力，這迫使運營商要從原來的“流量”經營轉變為“流量+價值”經營。5G的最大價值在ToB市場，目前5G已經在遠程醫療、遠程控制、視頻辦公以及智能管理等單項應用方面展現出了強大的能力，但在ToB的應用需要進行系統化的整合才能發揮出智慧生態的超能力。智慧園區聚集了多種產業的應用場景，但目前技術應用場景仍在快速迭代當中，能夠在短期內實現降本增效的模式不多，因此在新基建政策牽引和行業數字化轉型需求的推動下，智慧園區將成為5G在ToB市場拓展最好的載體，5G+智慧園區規模化落地是5G ToB領域拓展成功的重要一環[1]。

從智慧園區的發展來看，我國正處于從“中國制造”向“中國智造”轉型的重要時刻，園區的網絡化、數字化、協同化以及智能化是大勢所趨，老舊的傳統園區面臨著升級改造成新型智慧園區的迫切需求。早期智慧園區可實現數字化和智能化，是單純的系統集成，各企業自身部署小型智能化體系，但缺乏與外界互聯，標準不統一，因此數據很難實現有效交互，形成了信息數據孤島，而且沒有協同“智慧”。5G網絡的覆蓋和5G邊緣計算服務器的建設，將使得園區智能化的工廠機器、安防設備、小區車輛、消防系統、醫療系統甚至家居電器等實現網絡互連、信息互通以及操作互動，解決傳統園區長期面臨的體驗差、安防弱、效率低以及成本高等痛點[2]。同時，5G邊緣計算服務器承載智能化園區管理平臺也為園區企業間公共信息發布和產業協同發展提供了更好的交互平臺，企業還可通過租賃本地數據中心的方式緩解企業對網絡服務的要求，降低企業自建IDC中心的成本。

3 5G智慧園區發展環境與現狀

受限于R15標準對垂直行業的支持度，以及5G網絡的建設進度，目前終端產業鏈處于逐步完善和發展階段，5G智慧園區建設仍處于試點探索階段。

3.1 5G標準現狀

R15標準作為5G的第一個標準版本，在其制定初期，5G只是被認為是4G的補充，服務于熱點，主要針對高帶寬和高速率的增強移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）場景進行定義，而對于低時延、高可靠性業務（Ultra Reliable Low Latency Communications，URLLC）僅僅提供了有限的支持，因此需要通過專用資源的規劃來保證URLLC業務的可靠性，對NR車聯網業務、企業專網、NR網絡定位以及工業互聯網等垂直行業應用技術沒有針對性的規范。2020年7月3日3GPP宣布5G標準第二版規范R16凍結，R16在垂直行業新能力上有大增強和拓展，實現了從“能用”到“好用”的擴展，使5G具有更好服務行業應用的能力，該標準的凍結也將使垂直行業各領域產業鏈的發展進一步提速[3]。

3.2 5G網絡建設情況

運營商通過一、二期工程建設，2020年10月底各運營商5G基站總數已超7×105，預計年底將達7.9×105。2020年年底，電信和聯通合建5G網絡與移動5G網絡都將實現市城區及重點縣城區的連續覆蓋，網絡將全面支持SA組網。預計2021年移動將在縣城持續推進2.6 GHz的連續覆蓋，與廣電合建的700 MHz網絡也將完成鄉鎮及以上區域的連續覆蓋覆蓋，市、縣城區將形成雙網雙連續的覆蓋網絡。此外，電信和聯通通過2.1 GHz的頻率重耕，也將在市、縣城區及重點鄉鎮構建3.5 GHz+2.1 GHz高低頻組合網絡，介時5G網絡將覆蓋各大型園區，網絡質量也將更加完善，為園區ToC和ToB業務的發展提供良好的網絡基礎。

3.3 5G智慧園區產業鏈發展現狀

在2020年8月31日，在華為舉辦的5G智慧園區合作伙伴沙龍上，各終端廠商已推出80多款CPE，以及近50個5G工業模組。行業終端可通過這些CPE接入園區的5G專網實現遠程互聯操作，另外無人機、安防監控、自動駕駛車、工廠內的機械臂以及工控機等，可通過內置5G模組使得終端設備出廠直接具備接入5G網絡能力，可進一步提升可靠性能，降低設備功耗，節省投資成本，減少維護復雜度。目前，行業終端日趨成熟，涉及的行業應用也與日俱增，如高清視頻、移動巡檢、AGV調度、AR/VR以及機器視覺等，它將加速推進5G智慧園區的發展。

3.4 5G智慧園區建設現狀

受標準、產業鏈發展以及網絡建設進度等因素的影響，目前5G+智慧園區的建設仍在探索與起步階段。5G技術在智慧園區的推廣應用主要集中在5G云信息、5G智能安防、5G智慧出行以及5G智能機器人等。

基于5G網絡的云信息平臺，可支撐各類終端遠程快捷地實現從素材獲取到最終發布的全部過程，實現園區公共信息地快速發布，滿足園區多媒體企業快速高效生產的需求。5G智能安防主要通過5G提供的高帶寬完成海量高清視頻流的采集，通過搭建在5G邊緣服務器上的管理平臺或5G云管理平臺進行智能分析，實現園區門禁、停車引導、訪客軌跡、活動簽到一臉通、安保調度以及園區管理與服務人員的高效調度，全面提升園區的安全防護能力。5G智慧出行利用5G低時延高可靠場景，推出無人巴士和出租車，方便園區公用出行。此外，5G智能機器人通過5G、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、移動邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）、激光導航以及智能識別等技術，以服務機器人形式實現機器人迎賓導航、智能巡檢以及無人配送等服務，多方位提升園區智能服務水平。

4 未來5G智慧園區的展望

從宏觀背景看，5G+智慧園區正迎來快速發展機遇期。據IDC統計，2019年中國各類園區ICT投資超過2×1011元，未來4年復合年均增長率約為12.7%。目前，全國156家高新區中，已有52個正在推進智慧園區建設，在新基建和加速數字經濟發展的頂層設計牽引，以及政府治理需求和企業提質降本增效需求驅動下，園區智慧化升級將進一步加速。從5G技術發展看，R16在垂直行業新能力的拓展，進一步增強了5G更好服務行業應用的能力，標準的凍結也將進一步促進網絡、終端產業鏈以及5G智慧園區應用的發展。未來，在5G技術更替演進下，5G智慧園區將在5G+TSN工業互聯、5G虛擬專網、NR車聯網、NB-IOT物聯網以及NR網絡定位等方面拓展更多應用。

4.1 5G+TSN工業互聯

R16標準中RAN側通過下行鏈路控制信息（Downlink Control Information，DCI）壓縮、冗余鏈路傳輸配置、免調度資源配置、支持亂序的上行物理共享信道上行物理共享信道（Physical Uplink Shared Channel，PUSCH）調度以及定義不同業務資源搶占規則等一系類的技術提升5G網絡的可靠性（可靠性為99.9999%），降低時延（0.5～1 ms空口時延），克服了UE間或UE內URLLC業務和eMBB業務共存而導致的業務性能和頻譜效率下降的問題，更好滿足工業互聯網中時間敏感網絡（Time Sensitive Network，TSN）架構的時間同步、低時延傳輸、高可靠性以及資源管理4大嚴苛的功能需求，同時5G與TSN融合后，5G NR無線網將替代工廠內的有線網絡，讓工業生產更加柔性化。

4.2 5G虛擬專網

通過公網專用技術，可滿足部分行業用戶的區域性無線資源專享和尊享需求，使得行業用戶可參與并定制移動通信網絡的運營模式，如園區內用戶接入本地服務，實現免流量費，根據用戶等級授權網絡使用權限等。相比傳統的WiFi網絡，5G網絡信號更佳、安全性更高、速度更快且延遲更低。園區可通過非獨立和獨立兩種模式部署專網，非獨立組網模式下園區各類終端可通過5G網絡切片技術和小區接入組（Cell Access Group）控制技術實現與運營商公網共享網絡資源，實現端到端5G業務網絡切片的專享。獨立部署模式是指從基站到核心網到云平臺的整個5G網絡，與運營商的5G公網采用不同的網絡設備，物理隔離獨立部署，這樣組網方式使得園區內的設備信息、用戶面數據流量、工業流程以及工藝控制信息等都不會出園區，以滿足工業領域數據安全、時延敏感以及高度可靠等嚴苛需求。

4.3 NR車聯網（V2X）

R16標準通過增加支持單播/組播、冗余發送次數增加，以及HARQ反饋等技術，V2X業務在一定條件下可以達到時延3 ms，可靠性99.999%，較LTE網絡時延20 ms，可靠性95%有大提升，同時支持車輛編隊、外延傳感器、半自動駕駛以及遠程駕駛等更豐富的車聯網應用場景，將使園區自動駕駛更快捷、更安全且更智能，應用場景更廣。

4.4 NB-IOT物聯網

NB-IoT技術正式成為5G標準，成為5G低功耗廣域網場景應用首選，這將加速NB-IoT生態和應用在全球的大發展。它將涉足園區抄表（水/氣/電/熱）、智能水務、智能消防、智能路燈、智能停車、城市垃圾桶管理、公共安全、門禁、智能HVAC以及煙感/火警檢測等各領域，提升園區智能化。

4.5 NR網絡定位

R16利用5G大帶寬（時間分辨率高）和多波束（角度信息）的特點，引入了多種5G空口定位技術，定位精度相比4G提高10倍以上，達到米級，將有效解決室內區域定位問題，實現樓宇內的資產追蹤和智能導航。

5 結 論

如今，5G智慧園區從終端、網絡、平臺到應用都日趨成熟，在5G新基建潮流，以及“中國制造”向“中國智造”產業轉型的推動下，5G智慧園區規模化部署將更快到來。