新基建下的5G發(fā)展

高有軍，焦紅靈，李 申，徐 倩

(1.中移雄安信息科技通信有限公司 中移系統(tǒng)集成有限公司,北京 100052;2.信通院(保定)科技創(chuàng)新研究院有限公司,河北 保定071000)

隨著我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的不斷深入及受新冠疫情的沖擊影響，國家推出了新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，即“新基建”政策，主要包括信息基礎(chǔ)設(shè)施、融合基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施3個(gè)方面。信息基礎(chǔ)設(shè)施包括以第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5th Generation Mobile Communication Technology，5G)、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等為代表的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以人工智能、云計(jì)算等為代表的新技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，以及以數(shù)據(jù)中心、智能計(jì)算中心為代表的算力基礎(chǔ)設(shè)施[1]。

5G作為移動(dòng)通信領(lǐng)域的重大變革點(diǎn)，是當(dāng)前新基建的領(lǐng)銜領(lǐng)域，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)能。同時(shí)，5G與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能和邊緣計(jì)算等技術(shù)結(jié)合，構(gòu)成了完整的新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施，支撐了各大新興產(chǎn)業(yè)和智慧城市的蓬勃發(fā)展。通過介紹5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)現(xiàn)狀與5G技術(shù)的應(yīng)用，全面了解新基建下的5G發(fā)展，并展望了5G新生態(tài)的發(fā)展趨勢。

1 新基建與發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 新基建的提出

2018年年底的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議提出，加快5G商用步伐，加強(qiáng)人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在新型冠狀病毒疫情的影響下，新基建作為重要逆周期調(diào)節(jié)手段，加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度再次被提出。

新基建涉及的主要領(lǐng)域包含7個(gè)方面，即5G基建、人工智能、大數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、城際高速鐵路和城際軌道交通、特高壓和新能源汽車充電樁，其以新發(fā)展理念為引領(lǐng)，以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，以信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，面向高質(zhì)量發(fā)展需要，提供數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級和融合創(chuàng)新等服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施體系。

新基建除了具有傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的公共性、基礎(chǔ)性等特征，還具有以下4個(gè)內(nèi)在特點(diǎn)。

1)泛在連接。新型基礎(chǔ)設(shè)施在推動(dòng)人、機(jī)、物的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化過程中，伴隨著技術(shù)的持續(xù)快速迭代。

2)融合創(chuàng)新。通過物理世界與數(shù)字空間的融合集成、相互映射和全面創(chuàng)新，提供全局性的價(jià)值賦能，實(shí)現(xiàn)全局資源優(yōu)化配置。

3)智能引領(lǐng)。人工智能具有深度學(xué)習(xí)、跨界融合、人機(jī)協(xié)同、融智開放和自主操控等特點(diǎn)，對新基建乃至數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展全局起到引領(lǐng)作用。

4)安全至上。圍繞“自主可控、安全可信”，新基建和應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)安全提出了更高的要求，相關(guān)新技術(shù)、新產(chǎn)品、新模式、新業(yè)態(tài)的安全模式、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則有待建立完善。

1.2 新基建發(fā)展現(xiàn)狀

“新基建”投資因兼顧短期拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)和中長期釋放經(jīng)濟(jì)增長潛力的作用，成為點(diǎn)亮中國經(jīng)濟(jì)未來的新希望。2020—2025年在我國“新基建”建設(shè)涉及的7大產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，城際高鐵和軌道交通領(lǐng)域的總投資規(guī)模最大，投資規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)3.44萬億元；5G基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域，投資規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)2.4萬億元。

5G作為支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化轉(zhuǎn)型的新一代基礎(chǔ)設(shè)施，不僅在助力疫情防控和復(fù)工復(fù)產(chǎn)等方面作用突出[2]，同時(shí)，在穩(wěn)投資、促消費(fèi)、助升級和培植經(jīng)濟(jì)發(fā)展新動(dòng)能等方面潛力巨大，預(yù)計(jì)2025年和2030年，5G將分別帶動(dòng)3.3萬億元和6.3萬億元的直接產(chǎn)出。

我國正處于5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模商用準(zhǔn)備階段，5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造水平全球領(lǐng)先，并圍繞智慧城市、智慧生活、智慧工廠和智慧交通等領(lǐng)域大力培育5G應(yīng)用生態(tài)，未來“5G+”模式將伴隨各行業(yè)互聯(lián)互通和數(shù)字化轉(zhuǎn)型推進(jìn)，形成在全球具有先進(jìn)意義的各類應(yīng)用場景，并進(jìn)一步催生面向新一輪科技變革和產(chǎn)業(yè)革命的動(dòng)力產(chǎn)業(yè)、先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和引致產(chǎn)業(yè)，構(gòu)成現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系和高質(zhì)量發(fā)展的重要基礎(chǔ)[3]。

2 5G技術(shù)與建設(shè)現(xiàn)狀

2.1 5G技術(shù)概述

5G的3大應(yīng)用場景包括：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(Enhance Mobile Broadband，eMBB)，小區(qū)峰值速率達(dá)到10 Gbps以上；低時(shí)延、高可靠通信(Ultra Reliable & Low Latency Communication，uRLLC)，主要服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)場景，在這類場景下，對網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延有很高的需求，如車聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等；海量物聯(lián)網(wǎng)通信(Massive Machine Type Communication，mMTC)，是典型的物聯(lián)網(wǎng)場景，如環(huán)境監(jiān)測和智能抄表等，需要網(wǎng)絡(luò)能夠支持大量終端同時(shí)接入，在一平方公里的面積最多可支持100萬個(gè)連接[4]。

5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)演進(jìn)過程，隨著標(biāo)準(zhǔn)版本的遞增功能不斷提升，當(dāng)前R16版本已經(jīng)于2020年6月完成，重點(diǎn)提升對垂直行業(yè)應(yīng)用，特別是對低時(shí)延高可靠類業(yè)務(wù)的支持。目前，第三代合作伙伴計(jì)劃(3rd Generation Partnership Project,3GPP)已經(jīng)開始了R17版本研究工作，計(jì)劃于2021年底結(jié)束，將重點(diǎn)滿足更高頻率和廣播組播等能力的提升，以及更高精度定位和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality,AR)/虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,VR)等眾多垂直行業(yè)的不同需求。

2.2 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

相對于傳統(tǒng)基于網(wǎng)元的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，5G網(wǎng)絡(luò)采用基于服務(wù)化架構(gòu)(Service Based Architecture,SBA)的模塊化定義，實(shí)現(xiàn)從剛性網(wǎng)絡(luò)向柔性網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變[5]。5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用服務(wù)化架構(gòu)和切片等創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)5G功能的按需定制和靈活組合，并可以獨(dú)立升級演進(jìn)，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖1中，接入及移動(dòng)性管理功能(Access and Mobility Management Function，AMF)完成移動(dòng)性管理、注冊管理、連接管理、安全錨點(diǎn)和安全上下文管理等。會(huì)話管理功能(Session Management Function，SMF)完成會(huì)話管理、UE IP地址分配和管理和用戶面(User Plane,UP)選擇和控制等。統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理功能(Unified Data Management，UDM)對簽約數(shù)據(jù)、鑒權(quán)數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)。認(rèn)證服務(wù)器功能(Authentication Server Function，AUSF)完成用戶接入的身份認(rèn)證。用戶面功能(User Plane Function，UPF)完成不同的用戶面處理，包括用戶數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)、與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)(Data Network,DN)的數(shù)據(jù)交互和用戶平面的QoS處理等。策略控制功能(Policy Control Function，PCF)支持統(tǒng)一策略框架，提供策略規(guī)則。網(wǎng)元數(shù)據(jù)倉庫功能(NF Repository Function，NRF)用來進(jìn)行網(wǎng)元功能實(shí)體NF(Network Function)登記、管理和狀態(tài)檢測，實(shí)現(xiàn)所有NF的自動(dòng)化管理。網(wǎng)絡(luò)開放功能(Network Exposure Function，NEF)使內(nèi)部或外部應(yīng)用可以訪問網(wǎng)絡(luò)提供的信息或業(yè)務(wù)，為不同的使用場景定制化網(wǎng)絡(luò)能力。網(wǎng)絡(luò)切片選擇網(wǎng)元(Network Slice Selection Function，NSSF)，向請求者提供請求的網(wǎng)絡(luò)切片信息，根據(jù)每個(gè)相同跟蹤區(qū)(Tracking Area，TA)為網(wǎng)絡(luò)功能消費(fèi)者提供網(wǎng)絡(luò)切片選擇協(xié)助信息的可用性。

5G網(wǎng)絡(luò)體現(xiàn)統(tǒng)一的服務(wù)化架構(gòu)和接口設(shè)計(jì)理念，將網(wǎng)絡(luò)功能拆分成若干個(gè)自包含、自管理和可重用的網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)，如圖1中的NSSF和NEF等，這些網(wǎng)絡(luò)功能之間相互解耦，支持獨(dú)立升級和獨(dú)立彈性，通過標(biāo)準(zhǔn)接口與其他網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)單元互通，并支持根據(jù)不同的需求通過編排工具編排和實(shí)例化部署。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的這些優(yōu)點(diǎn)，是滿足垂直行業(yè)需求的一個(gè)重要手段。

2.3 5G建設(shè)進(jìn)展

5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)包括基站、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)和機(jī)房建設(shè)等內(nèi)容，其中5G基站的建設(shè)、5G無線信號的覆蓋，是實(shí)現(xiàn)5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第一步。如圖2所示，5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)對基站、天線和芯片等硬件設(shè)備有著硬性需求，隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的全面鋪開，將直接帶動(dòng)通信設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈的加速前進(jìn)和迭代。2020—2023年將是5G網(wǎng)絡(luò)的主要投資期，綜合5G頻譜及相應(yīng)覆蓋增強(qiáng)方案，并根據(jù)4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模進(jìn)行推算，預(yù)計(jì)2021—2023年間，3大運(yùn)營商逐年建設(shè)5G基站的數(shù)量約為80萬個(gè)、110萬個(gè)和85萬個(gè)，到2021年將實(shí)現(xiàn)全國所有地級市室外的5G連續(xù)覆蓋、縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)重點(diǎn)覆蓋和重點(diǎn)場景室內(nèi)覆蓋。

圖2 5G基站建設(shè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有非獨(dú)立組網(wǎng)(Non-standalone，NSA)和獨(dú)立組網(wǎng)(Standalone，SA)兩種組網(wǎng)方式，兩者本質(zhì)差異在于5G基站是否依附于4G基站工作[6]。NSA采用雙連接方式，5G新空口控制面錨定于4G系統(tǒng)，并利用4G核心網(wǎng)EPC(Evolved Packet Core)。如圖3所示，SA引入5G新核心網(wǎng)，與5G基站直接相連，是端到端的5G網(wǎng)絡(luò)，終端連接為單連接方式，只接入5G或4G。SA中，5G NR直接接入5G核心網(wǎng)，不再依賴4G，是完整獨(dú)立的5G網(wǎng)絡(luò)。因此，相比于NSA，SA既可以支持網(wǎng)絡(luò)切片，也可以完美支持邊緣計(jì)算技術(shù)(Mobile Edge Computing，MEC)，在網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、業(yè)務(wù)部署敏捷性和服務(wù)可靠性上，SA組網(wǎng)是5G的必然選擇[7]。

圖3 5G SA組網(wǎng)方式

隨著5G網(wǎng)絡(luò)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要深入研究和解決：1)目前多網(wǎng)并存，頻率碎片化，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)效率和業(yè)務(wù)分流承載能力；2)5G基站設(shè)備成本比較高，功耗為4G的2～3倍，需要進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以及運(yùn)維成本。同時(shí)，需要根據(jù)5G應(yīng)用的發(fā)展完善網(wǎng)絡(luò)的行業(yè)支撐能力，才能更好地賦能垂直行業(yè)。

3 5G應(yīng)用與智慧城市

近年來，人工智能(Artificial Intelligence，AI)、物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算和區(qū)塊鏈等技術(shù)逐步應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，5G以其獨(dú)有的設(shè)計(jì)更容易與新技術(shù)結(jié)合賦能千行百業(yè)，進(jìn)一步提升智能安防、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智慧城市等各領(lǐng)域的工作效率及智能化程度。

3.1 “5G+”新技術(shù)

AI利用算法技術(shù)學(xué)習(xí)人類的智能，在圖像識(shí)別、語音識(shí)別、訓(xùn)練和推理領(lǐng)域計(jì)算效率快速提升。5G網(wǎng)絡(luò)的普及，使得智能設(shè)備終端種類、物聯(lián)網(wǎng)終端種類和數(shù)量激增，這些智能終端將會(huì)產(chǎn)生規(guī)模龐大、種類繁雜的數(shù)據(jù)，為AI訓(xùn)練和建模提供海量優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)。同時(shí)，AI技術(shù)的運(yùn)用讓網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化和智能化，通過AI技術(shù)對天線參數(shù)組合動(dòng)態(tài)適配場景的變化，實(shí)現(xiàn)讓5G網(wǎng)絡(luò)以用戶為中心的服務(wù)理念[8]。AIoT實(shí)現(xiàn)多層面融合，具備終端側(cè)AI、邊緣側(cè)AI和云端AI能力架構(gòu)，同時(shí)，通過智能設(shè)備及解決方案、操作系統(tǒng)OS層及基礎(chǔ)設(shè)施等層級板塊集成服務(wù)后進(jìn)行交付，已廣泛應(yīng)用于以智能家居為代表的物聯(lián)網(wǎng)場景。

IoT，是新基建中實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)和智能化的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，包括通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、水電氣智能表和智能燈桿等。5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，為物聯(lián)網(wǎng)提供堅(jiān)實(shí)的連接服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，5G定義的mMTC應(yīng)用場景和窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)就是針對大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的應(yīng)用[9]。NB-IoT屬于一種低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)，是全球主流運(yùn)營商和通信設(shè)備廠商支持的蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，具備大連接、廣覆蓋、低功耗和高安全的特點(diǎn)， 2020年7月9日，ITU正式批準(zhǔn)NB-IoT成為5G標(biāo)準(zhǔn)，R15已定義NR與NB共存，R16將對NR與NB共部署進(jìn)一步優(yōu)化，技術(shù)的平滑演進(jìn)已支持接入5G核心網(wǎng)，在未來智能場景中有著廣泛的應(yīng)用。

云計(jì)算，是一種基于虛擬化的數(shù)據(jù)中心技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)按需向客戶提供彈性計(jì)算和存儲(chǔ)資源的技術(shù)。結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)大帶寬、高可靠以及云CDN的高效分發(fā)優(yōu)勢，5G云網(wǎng)融合有廣泛的業(yè)務(wù)應(yīng)用場景，并逐漸成為未來的發(fā)展趨勢。線性增長的集中式云計(jì)算能力已經(jīng)無法匹配爆炸式增長的海量邊緣數(shù)據(jù)，基于云計(jì)算模型的單一計(jì)算資源已不能滿足大數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性、安全性和低能耗等需求。在現(xiàn)有以云計(jì)算模型為核心的集中式大數(shù)據(jù)處理的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)基礎(chǔ)上，亟需以邊緣計(jì)算模型為核心，面向海量邊緣數(shù)據(jù)的邊緣式大數(shù)據(jù)處理技術(shù)。云邊融合，應(yīng)用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和邊緣端大數(shù)據(jù)處理，解決萬物互聯(lián)下云計(jì)算不足的問題。

大數(shù)據(jù)，是發(fā)展數(shù)字化中寶貴的資源，更是一種數(shù)據(jù)資產(chǎn)，是支持?jǐn)?shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的核心要素[10]。5G網(wǎng)絡(luò)支持海量機(jī)器物聯(lián)網(wǎng)終端的接入，產(chǎn)生車聯(lián)網(wǎng)、智能制造和無人機(jī)等多維度非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)規(guī)模急劇增長，推動(dòng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)對數(shù)據(jù)處理和分析能力的提升。

邊緣計(jì)算，是構(gòu)筑在邊緣基礎(chǔ)設(shè)施之上的云計(jì)算模式，能夠支持與中心云計(jì)算協(xié)作，在靠近事務(wù)、數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，提供可彈性擴(kuò)展的云服務(wù)能力，具有低時(shí)延、大帶寬和多連接的服務(wù)特點(diǎn)。5G邊緣計(jì)算與5G網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理、QoS架構(gòu)、會(huì)話管理、用戶面路徑優(yōu)選、能力開放和計(jì)費(fèi)等關(guān)鍵技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)密切相關(guān)，邊緣計(jì)算的特點(diǎn)使其在5G網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)需要依賴網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通過特定的配置或信令交互流程提供保障[11]。

5G與新興信息技術(shù)深度融合，可以打造以5G為中心的泛智能基礎(chǔ)設(shè)施，提供全方位滿足用戶需求的差異化定制網(wǎng)絡(luò)與智能服務(wù)。5G賦能垂直行業(yè)硬核能力如圖4所示，基于5G網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)生能力、“5G+”人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和邊緣計(jì)算的融合創(chuàng)新能力形成“5G+”硬核能力體系能力建設(shè)，賦能各行各業(yè)。向行業(yè)開放并共創(chuàng)“5G+”機(jī)器人、無人機(jī)、AR/VR、高清視頻等應(yīng)用通用能力，打造繁榮共生的5G生態(tài)服務(wù)體系，最終實(shí)現(xiàn)多層能力“聚變”反應(yīng)，賦能各行各業(yè)[12]。

圖4 5G賦能垂直行業(yè)硬核能力

3.2 5G典型應(yīng)用

5G網(wǎng)絡(luò)的加快建設(shè)與用戶的快速增長為5G應(yīng)用的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，5G對經(jīng)濟(jì)社會(huì)帶來的巨大影響開始顯現(xiàn)。

3.2.1 智慧工廠/工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬、低時(shí)延和海量連接等特性與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的需求相吻合，必將成為工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。同時(shí)，政府工作報(bào)告指出：“要發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，搭建更多共性技術(shù)研發(fā)平臺(tái)”，加快數(shù)字化發(fā)展，打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)新優(yōu)勢，協(xié)同推進(jìn)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

5G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)及應(yīng)用如圖5所示，5G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)支持車戴設(shè)備、表計(jì)和邊緣網(wǎng)關(guān)等多種終端設(shè)備的交互連接，通過5G與其他制式通信網(wǎng)絡(luò)建立起各類型終端與平臺(tái)之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸鏈路，提供多語言、標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)SDK，幫助海量全域感知設(shè)備的快速接入和集成，并通過建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚、融合、共享和分析，并最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)精細(xì)化行業(yè)的精細(xì)化應(yīng)用。

圖5 5G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)及應(yīng)用

3.2.2 智慧交通

智能交通基于基礎(chǔ)能力、交通大腦和智慧交通系統(tǒng)3層架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)“人-車-路-云”協(xié)同感知、計(jì)算和決策分析?；A(chǔ)能力是智慧交通的根本，包含聰明的車、智慧的路和強(qiáng)大的網(wǎng)3個(gè)關(guān)鍵因素，以車路協(xié)同技術(shù)為紐帶，將3者緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合感知。交通大腦是“司令部”，對城市進(jìn)行宏觀交通管控，針對不同場景，做出整體決策，聰明的車是“流動(dòng)的兵”，聽指揮也能思考。車輛在自身感知決策能力的基礎(chǔ)上，融合路側(cè)信息、協(xié)同應(yīng)用信息和車車協(xié)同信息，從而使其智能性得以增強(qiáng)。

基于全面的道路感知體系、路側(cè)專用短程通信網(wǎng)絡(luò)和協(xié)同管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同，通過路側(cè)部署的智能感知設(shè)備對道路情況、車輛情況等進(jìn)行獲取，利用5G網(wǎng)絡(luò)、邊緣計(jì)算能力將路側(cè)和車端實(shí)時(shí)感知信息在邊緣側(cè)進(jìn)行融合解算，形成決策信息下發(fā)到車端，為自動(dòng)駕駛提供駕駛決策輔助。

3.2.3 智慧工地

通過5G、邊緣計(jì)算與建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)、高清視頻通信等技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，構(gòu)建智慧工地整體平臺(tái)，通過在施工現(xiàn)場安裝智能門禁系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)統(tǒng)計(jì)施工現(xiàn)場人員在場現(xiàn)狀，全局掌控工地人員情況。如圖6所示，結(jié)合5G邊緣計(jì)算技術(shù)的智慧工地平臺(tái)，形成智慧工地本地5G專網(wǎng)，數(shù)據(jù)不出局，保證數(shù)據(jù)安全性，本地化處理保證數(shù)據(jù)處理傳輸?shù)牡蜁r(shí)延及可靠性。搭建塔吊、升降機(jī)和卸料平臺(tái)等特種設(shè)備的三維模型，通過傳感器采集各種終端實(shí)時(shí)模擬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，項(xiàng)目管理人員遠(yuǎn)程便捷清晰掌握設(shè)備，提早預(yù)警各種高危狀態(tài)，施工狀態(tài)更安全。

圖6 5G智慧工地

此外，通過結(jié)合AR實(shí)景監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工地的隨時(shí)隨地可視化協(xié)同指揮和生產(chǎn)管理，監(jiān)管人員、工地現(xiàn)場施工人員和遠(yuǎn)程專家均可以通過工地會(huì)議終端、移動(dòng)端和電腦端多種方式實(shí)時(shí)掌握工地施工狀態(tài)，并隨時(shí)溝通施工方案。

3.2.4 智慧安防

“5G+AI”的結(jié)合，使視頻監(jiān)控正在從看得見向看得清、看得懂轉(zhuǎn)化。智慧安防平臺(tái)利用5G的大帶寬、低延遲的特點(diǎn)，充分融合5G寬帶傳輸、高清視頻回傳等技術(shù)能力，構(gòu)建集中化實(shí)時(shí)安防聯(lián)動(dòng)，利用視頻融合與人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對視頻統(tǒng)一匯聚管理、智能分析輔助決策和可視化指揮等通用應(yīng)用需求，打造“安防監(jiān)控+視頻融合”的智慧安防平臺(tái)，提升區(qū)域安防精細(xì)化管理水平[13]。

智慧安防系統(tǒng)通過5G、AI能力與視頻能力實(shí)現(xiàn)高清視頻回傳、外部人員識(shí)別，自主巡邏、人臉識(shí)別和遠(yuǎn)程執(zhí)法等功能，利用5G機(jī)器人和5G AR眼鏡實(shí)現(xiàn)7×24的不間斷主動(dòng)式巡邏，并且實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)人群監(jiān)控、主動(dòng)式預(yù)警和聯(lián)動(dòng)協(xié)同等功能。

3.2.5 智慧商超

基于5G小站和智慧室分天線，可同時(shí)提供室分故障監(jiān)控、室內(nèi)弱覆蓋分析、室內(nèi)精準(zhǔn)定位和商業(yè)廣告推送等服務(wù)能力。如圖7所示，在本地邊緣計(jì)算平臺(tái)上部署位置應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，結(jié)合新型智慧室分系統(tǒng)和用戶終端設(shè)備為商超客戶提供室內(nèi)店鋪導(dǎo)覽導(dǎo)航、地下停車場定位導(dǎo)航、室內(nèi)資產(chǎn)物料管理和商品推介等應(yīng)用，為顧客提供更方便快捷的購物體驗(yàn)，該產(chǎn)品體系同時(shí)為構(gòu)建“云-邊-端”三位一體的智慧網(wǎng)絡(luò)提供了有力支撐[14]。

圖7 5G智慧室分定位系統(tǒng)架構(gòu)

3.2.6 數(shù)字政務(wù)數(shù)據(jù)存證

“5G+”區(qū)塊鏈的結(jié)合，在數(shù)字金融、智慧政務(wù)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)和智慧城市等多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，5G專網(wǎng)為電子數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)等的傳輸?shù)忍峁┛煽扛咝У木W(wǎng)絡(luò)服務(wù)，區(qū)塊鏈技術(shù)解決了數(shù)據(jù)信任的問題[15]。基于5G、大數(shù)據(jù)、AI和區(qū)塊鏈等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建政務(wù)數(shù)據(jù)目錄區(qū)塊鏈平臺(tái)，將政府各部門開放的數(shù)據(jù)資源維護(hù)行為、授權(quán)審批行為和數(shù)據(jù)共享交換行為數(shù)據(jù)上鏈，利用鏈上數(shù)據(jù)“不可篡改”“全程可追溯”等特性，保證數(shù)據(jù)共享使用過程可信可控可追溯，為政務(wù)數(shù)據(jù)的匯聚共享交換提供可靠支撐。

依據(jù)部門職責(zé)確定數(shù)據(jù)責(zé)任，實(shí)現(xiàn)職責(zé)、數(shù)據(jù)目錄、數(shù)據(jù)的強(qiáng)關(guān)聯(lián)，解決數(shù)據(jù)管理缺位、越位問題，解決數(shù)據(jù)共享授權(quán)審批流轉(zhuǎn)隨意、業(yè)務(wù)協(xié)同無序和審計(jì)困難問題，實(shí)現(xiàn)可信數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)一網(wǎng)通。

3.3 新型智慧城市

從智慧城市到新型智慧城市，城市智慧化建設(shè)更加強(qiáng)調(diào)以人民為中心的人民群眾感受力和獲得感。新型智慧城市建設(shè)是利用5G、AI、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、IoT和區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市治理的精細(xì)化、民生服務(wù)的便捷化及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的數(shù)字化，提升領(lǐng)導(dǎo)的決策力、群眾的感受力和城市的支撐力。

在政務(wù)治理方面，更加強(qiáng)調(diào)以一體化協(xié)同治理的平臺(tái)、融合創(chuàng)新應(yīng)用和領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙建設(shè)為主的數(shù)字政府建設(shè)，實(shí)現(xiàn)政務(wù)數(shù)據(jù)的“連、存、融、算、用”。在民生服務(wù)方面，通過政務(wù)數(shù)據(jù)的打通共享、政務(wù)業(yè)務(wù)流程再造，服務(wù)于自然人和法人的一網(wǎng)通辦和“最多跑一次”的政務(wù)服務(wù)能力提升。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，依托城市開放數(shù)據(jù)平臺(tái)和城市大腦平臺(tái)能力，實(shí)現(xiàn)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，服務(wù)于數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

針對新型智慧城市應(yīng)用的多、亂、小、散，數(shù)據(jù)煙囪壁壘林立，重建設(shè)、輕運(yùn)營的痛點(diǎn)，聚焦“平臺(tái)+應(yīng)用”以平臺(tái)為核心，需要構(gòu)建面向新型智慧城市建設(shè)的智慧城市管理平臺(tái)，新型智慧城市管理平臺(tái)如圖8所示。

圖8 新型智慧城市管理平臺(tái)

以云網(wǎng)融合為基礎(chǔ)，結(jié)合5G/專網(wǎng)/專線和物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備，構(gòu)建智慧城市的基礎(chǔ)設(shè)備，通過構(gòu)建集成平臺(tái)、AI平臺(tái)和數(shù)據(jù)平臺(tái)，為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)拉通和賦能的作用，聚合生態(tài)資源，打造豐富的智慧城市新應(yīng)用。

目前，新型智慧城市已經(jīng)在杭州等地落地，隨著新基建大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新型技術(shù)的爆發(fā)式增長以及5G建設(shè)的加速布局，還將催生新型智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧金融和智慧能源領(lǐng)域的智能化應(yīng)用。因此，5G融合新技術(shù)將會(huì)驅(qū)動(dòng)智慧城市向精細(xì)化、智能化的數(shù)字城市發(fā)展，推動(dòng)智慧城市在民生服務(wù)、城市治理、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)宜居場景應(yīng)用新生態(tài)的發(fā)展和繁榮。

隨著5G技術(shù)融入千行百業(yè)，對新型智慧城市端、連、存、融、算、用等方面都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，主要表現(xiàn)在以下5個(gè)方面。

1)在端側(cè)方面，隨著5G模組的推廣應(yīng)用，XR設(shè)備、手勢互動(dòng)設(shè)備等需要高帶寬、低時(shí)延的設(shè)施設(shè)備在行業(yè)中不斷應(yīng)用，加速移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)向全真互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變，虛擬漫游、全息投影、AR導(dǎo)航和機(jī)器人等場景將加速應(yīng)用。

2)在連側(cè)方面，人與人、人與物和物與物的連接將逐步走向現(xiàn)實(shí)，5G的廣連接特性，將對物的智能化、人的智慧化交互影響，人與機(jī)器人的知識(shí)邊界將逐步模糊。

3)在存?zhèn)确矫妫S著云、邊、超的加速應(yīng)用，普惠計(jì)算將遍布生活的角角落落，真正實(shí)現(xiàn)算力的隨用隨取，萬物云化、線上化。

4)在融側(cè)方面，“5G+”新技術(shù)的融合，城市數(shù)據(jù)的融合，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的融合，算力、算法的融合，將實(shí)現(xiàn)融合創(chuàng)新，催生新概念、新場景和新業(yè)態(tài)的指數(shù)級爆發(fā)。

5)在用側(cè)方面，5G工作、生活和娛樂等方面產(chǎn)生廣泛的應(yīng)用，加速傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化和數(shù)字產(chǎn)業(yè)化，催生5G上下游產(chǎn)業(yè)的不斷成熟發(fā)展。

4 結(jié)語

介紹了5G的技術(shù)優(yōu)勢、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展及5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)現(xiàn)狀。同時(shí)，總結(jié)了新基建環(huán)境下5G與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等新型技術(shù)相結(jié)合的融合發(fā)展趨勢，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧安防等行業(yè)應(yīng)用場景介紹了5G與新技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用。最后，基于新型智慧城市的建設(shè)需求和思路，分析了5G和信息技術(shù)對未來千行百業(yè)發(fā)展方向的賦能和影響，為我國智能化、數(shù)字化發(fā)展提供強(qiáng)有力的基礎(chǔ)支撐。