移動5G在垂直行業的應用探討

唐連雷 王海龍

摘要：5G移動通信網絡主要面向eMBB、mMTC、uRLLC三大應用場景，在垂直行業的融合應用是新生事物，需要對其應用的新模式和新業態進行探索。本篇介紹的垂直行業應用涵蓋工業互聯網、智慧交通、智慧安防、智能電網等諸多領域。

關鍵詞：5G;MEC;網絡切片;智能電網

一、引言

5G是第五代移動通信技術的簡稱，具有高速率、低時延和大連接的特點，是實現人機物互聯的基礎設施。5G在垂直行業中將發揮更廣、更深的應用，推動各行各業的創新與變革，在全社會數字化轉型中肩負著重要使命，其作用是非常值得期待的。

二、應用場景

ITU確定了5G的三大類應用場景：eMBB、mMTC、uRLLC。其中eMBB（增強型移動寬帶），是以“人”為中心的應用場景，超高的傳輸數據速率，廣覆蓋下的良好移動性，極大提升個人在娛樂、社交等領域的用戶體驗，如超高清視頻、VR直播、場館互動等;其中mMTC（海量機器類通信），以傳感和數據采集為基礎，是實現人與物之間的信息交互的應用場景，如智慧樓宇、智能穿戴等;uRLLC（超高可靠與低時延通信），廣泛應用于工業、交通等對時延與可靠性要求較高的特殊行業，如無人駕駛、應急救災等。

三、 5G關鍵技術

（一）MEC

為了改善用戶體驗和節省帶寬資源，將存儲與計算下沉到網絡邊緣節點，為高帶寬和低時延的業務提供支撐。1.數據緩存。MEC可以緩存業務數據到本地網絡節點，在用戶發出業務請求時可以直接推送已緩存的數據，可以節省等待時間，提升用戶感知;2.本地分流。MEC可以將本地業務數據分流到本地網絡，降低經過核心網轉發處理時的業務訪問時延及網絡帶寬消耗，提升用戶感知;3.業務優化。MEC可以實時采集和分析無線網絡側的信息，故可以對業務進行動態的優化調整。MEC服務器可結合業務場景有不同的部署，其中在無線接入側的部署適用于有超低時延業務需求的小范圍覆蓋及本地分流場景;在邊緣DC側的部署比無線接入側的部署會增加一點回傳網絡的時延，范圍比無線接入側的部署要大一些，亦可以提供低時延和大帶寬的業務;在核心網側的部署，適用于對靈活性和傳輸時延要求不高的大帶寬接入場景。

（二）網絡切片

網絡切片是一種按需組網的方式，基于NFV核心技術，在統一的信息基礎設施上根據邏輯概念進行資源重組，從網絡中選取部分特定的功能及特性為某個細分行業或業務場景定制出在邏輯上獨立的虛擬專用網絡，可以根據垂直行業的不同業務需求而量身定制，使5G真正成為各行各業共用的信息基礎設施。

四、典型垂直行業應用

根據預測： 5G連接規模將持續性增長，2025年預計達到17億，而行業應用將占整個蜂窩連接的54%， 5G在垂直行業的應用將為其帶來新的經濟增長點。

（一）5G+工業互聯網

工業互聯網連接的內容包括企業的人、機、物、系統以及全產業鏈、全價值鏈等海量工業大數據，且必須滿足安全、可靠地連接的要求。工業互聯網有效支撐企業實現智能制造，從而實現企業業務目標。

5G應用場景中的低時延高可靠通信（uRLLC）和海量機器類通信（mMTC）兩大場景主要面向工業經濟行業等相關行業，5G技術引入工業互聯網領域，可有效解決現有工業有線技術移動性差、組網方案不靈活、特殊環境網絡搭建困難、連接密度低、數據傳輸能力不足、網絡可靠性等局限。5G+工業互聯網有效滿足海量數據采集和感知與呈現及分析、流程優化、精準操控、遠程控制等工業生產實際需要，助力工業企業實現產品質量提升與上市周期有效縮短、產品性能優化、工業能耗降低、設備運營狀態優化、企業盈利能力提升、用戶體驗滿意度提高等業務目標。

“5G+工業互聯網”的第一批重點應用行業包括電子設備制造業、裝備制造業、鋼鐵行業、采礦行業和電力行業，其典型應用場景包括：

1.協同設計研發：科研或設計人員根據5G回傳的現場情況，遠程完成實驗或者圖紙修改。

2.設備遠程操控：工業設備操作人員根據5G回傳的現場視頻及數據，遠程下發指令精準操控工業設備。

3.設備協同作業：多臺生產設備按需組成生產單元，協同調度，分工合作，提升效率。

4.柔性生產制造：數控機床等工業設備按市場需求重構靈活配置。

5.現場輔助裝配：裝配人員通過AR/VR獲取增加圖像疊加，裝配流程和細節可視化，快速完成復雜精密設備裝配。

6.機器視覺質檢：質檢終端利用云計算等技術，實現產品質量檢測與溯源和殘次品的分揀。

7.設備故障診斷：利用設備運行的全量數據進行數據挖掘，對設備故障進行預測、報警、診斷和定位。

8.廠區智能物流：智能物流系統對物流終端進行調度管理，實現物流終端作業作業自動化。

9.無人智能巡檢：利用巡檢機器人或無人機等智能設備替代傳統的人工巡檢模式，減少人力投入，提升巡檢效率，。

10.生產現場監測：智能檢測系通過實時現場圖像、視頻、聲音等數據采集處理并預警，實現生產現場的全過程安全監測。

“5G+工業互聯網”第二批重點應用行業為：石化化工、建材、港口、紡織、家電，其典型應用場景包括：生產單元模擬、精準動態作業、生產能效管控、工藝合規校驗、生產過程溯源、設備預測維護、廠區智能理貨、全域物流監測、虛擬現場服務、企業協同合作。“5G+工業互聯網”成為5G在垂直行業應用中成效最顯著的領域之一。5G與工業互聯網的深度融合，工業互聯網的發展開啟了新篇章，積極推動工業企業智慧運營新模式和新業態的發展建設。

（二） 5G+智慧交通

通過5G等通信技術實現“人—車—路—云”一體化協同，已成為低時延、高可靠場景中最為典型的應用之一。主要應用于如自動駕駛、遠程控車、編隊行駛、交通管控、智慧公交等場景。5G技術為智慧交通實現奠定了基礎，推動智慧交通商用普及，構建智慧交通出行體系。

（三）5G+智慧安防

5G的技術特點能夠滿足目前智慧安防升級的諸多需求，諸如5G推動了安防行業在視頻采集、覆蓋、感知運用、防控能力等方面的不斷升級，主要應用于如5G視頻監控、5G安防巡檢機器人、5G AR可穿戴設備、5G 網連無人機等場景。

（四）5G+智能電網

電網是工業生產和日常生活中必不可少的組成部分。結合5G網絡技術，5G+智能電網的應用場景：現場輔助裝配、無人智能巡檢、設備控制保護及故障診斷與自動恢復、生產現場監測及智慧用電等。

在發點環節，5G+AR/VR助力于現場輔助裝配，實現效率提升。現場裝配人員佩戴AR眼鏡，可以實時采集和傳送裝配現場的圖像、聲音、視頻等信息，現場輔助裝配系統利用5G網絡實時接收和解讀處理采集的數據信息，產生裝配現場需求的幫助信息，下發到裝配現場的終端設備，在終端設備上實現疊加增強操作步驟圖像、可視化展現裝配環節及細節，指導現場裝配人員解決裝配現場的實際問題，一方面滿足現場人員通過實時接收輔助信息提升裝配能力的需求，另一方面實現裝配效率提升。

在輸變電環節，采用5G+AI技術，可以實現無人機自主巡檢、巡檢圖像實時5G傳輸、數據自動分析、輸變電環境實時監測、缺陷智能識別與定位等應用，減少輸電變電環節運維人力投入，工作效率極大程度提升。

在變電環節，5G+智能變電站機器人實現無人智能巡檢。智能變電站機器人可沿著預設的路線緩緩前進，頭部攝像頭不時轉動，智能識別設備上的開關、壓板、指示燈、儀表等內容，利用5G技術完成高清視頻圖像信息實時回傳監控中心，所需時間低至毫秒級，電網設備巡檢效率得到極大提升，同時節約了人力資源，降低電網維護成本。

在配電環節，智能電網利用5G網絡技術支持實現分布式配電智能化與自動化、實現電力故障診斷與處理過程的全自動運行;同時利用5G的高精度授時和低時延特性，實現配電網絡的差動保護，降低電網的建網成本;利用5G+邊緣計算技術，為電網實現停電故障快速自主恢復、新能源 “隨插隨用”，進而完成配電網絡的數字化、智能化。

在用電環節：5G+智能電表，可實現電網傳統電量計量方式迭代升級及用電環節的現場監測。智能電表疊加大連接特性的5G網絡，一方面可以完全滿足全量智能電表的連接需求，另一方面提高信息采集頻率，不斷優化采集信息范圍和內容，滿足家庭及工商業用戶及時了解與掌握用電量、電價等信息內容，使電力計量需求在傳統計量的基礎上迭代升級演進。

在用電環節：5G+人工智能+智慧視頻監控可實現全面整合供電營業廳、營銷作業現場、充電站等業務場景的監控，實現對營業場所人員排隊、非新能源汽車占用充電位等事項智能捕捉與識別，并形成即時告警處置的閉環管控，增強電企業的營銷服務能力，提升客戶滿意度。

在用電環節：充電汽車的快速發展，使充電樁成為電網不可缺少的延伸組成部分。5G+智能充電樁將5G信號覆蓋、汽車充電、視頻監控、道路照明等功能匯集于一體，可實現一樁多用，既能服務公眾和市政，又能快速創造共享經濟價值，并有效節約土地資源，降低建設成本，助力智慧電網的新型基礎設施建設。

充分利用5G網絡技術和通信業務的管理支撐平臺，可以實現差異化的電力網絡服務，5G網絡技術與電網在發、輸、變、配、用等環節的結合，將有效促進“5G+智能電網”產業高速發展。

（五）5G+智慧礦山

“5G+智慧礦山”可解決礦山領域對無人化及遠程控制的需求，主要應用于如運輸車無人駕駛、器械遠程操作、視頻監控、巡檢機器人等場景，解決了礦山事故率高、效率低的痛點。

（六）5G+遠程醫療

醫療水平發展不均、偏遠地區醫療資源匱乏，是目前我國醫療現狀比較突出和亟待解決的問題。遠程醫療是指通過現代通信技術，以雙向傳送數據、語音、圖像等信息為手段，最終實現不受空間限制的遠距離醫療服務，它是一種緊密集成了信號傳輸、通信技術以及醫學專業技術的新型醫療服務。

通過5G及物聯網技術應用可承載醫療設備和移動用戶的全連接，實現無線監護、移動護理和患者實時位置等數據進行采集與監測，在醫院內業務服務器上進行分析處理，提升醫護效率。主要應用于如遠程手術、遠程視頻會診、遠程醫療健康監護、突發事件應急救援與指揮、遠程超聲、移動醫療車等場景。

遠程手術：5G 的應用將外科醫師的手臂可以延伸至千里之外，助力于優質醫療資源延伸下沉，縮小分級診療水平差距，從一定程度上減輕患者經濟負擔。遠程手術是遠程醫療中重要的組成部分，包含遠程手術示教、遠程手術指導及遠程手術操控幾個發展階段。其中，遠程手術操控是指醫生借助遠程手術控制設備對遠端患者進行異地、實時的手術，手術效果很大程度上取決于數據傳輸時延及質量，5G的應用高速可靠的信號傳輸恰好滿足了這一需求。

遠程會診：5G 通信技術極大提升了信息傳遞的效率，推動從“ 面對面” 會診到視頻遠程會診的轉變，真正實現了患者實地面對醫師與患者視頻中面對醫師同質化。5G的高速、高效特性，可以實現諸如射影像、病理情況、電子病歷、過視頻傳感器采集的高清晰度實時現場視頻畫面等相關醫療數據的快速傳輸及同步調閱。醫生結合癥狀和生命體征，遠程評估患者的病情，并提供診斷、制定治療計劃，指導患者后期康復。

遠程醫療健康監護：通過 5G 通信技術，個人可建立預警模塊，便攜式可穿戴監測儀器的應用可以指導醫院及醫生完成患者的醫療保健工作。比如安裝心臟起搏器的患者，當電池電量即將耗盡時，起搏器會通過改變自身工作節律發出信號，發出的異常信號可被心電圖捕獲，并將向相應監護中心發出告警;利用便攜式可穿戴監測設備，糖尿病患者可將血糖等身體各項生理指標參數傳送至醫療保健監護中心，一旦實現出現告警，可實現及時的診斷與醫療干預。

突發事件應急救援與指揮：當出現重大自然災害、火災、疫情等突發事故和戰場救援等事件時，5G通信技術可以實時、高質量、持續可以移動的視頻溝通，可以幫助急救人員和醫務人員更迅速、更準確地做出更優臨床決策，通過縮短診斷時間，最大限度挽救傷員的生命，發揮其獨特的優勢。

遠程超聲：超聲診斷是一種無創、無痛、方便、直觀的有效檢查手段，被廣泛應用于醫學診斷。超聲診斷得到的是基于時間序列的動態影像，超聲影像在傳輸過程中任何一幀畫面的丟失，都可能造成誤診漏診。超生呈現的動態圖像對遠距離傳輸的圖像連貫性和時延控制有著極高的要求，已遠遠超出了原有4G網絡的傳輸能力。5G通信技術的應用彌補了遠程醫療的遠程超聲這一塊短板，遠程超聲實現了擴大優質醫學覆蓋面。5G+遠程超聲，不僅可以實現遠程超聲會診，也可以實現遠程示范教學通過5G網絡的傳送速度和4K高清畫面的顯示，如同專家面對面進行操作教學。

移動醫療車：移動醫療車與醫院通過5G網絡進行連接，可以實現遠程超聲等遠程操控類，監護儀、心電儀、可穿戴設備等監測類，4K視頻與VR技術相結合等高清視頻類應用。移動醫療車對資源匱乏的地區尤其有重要意義。

“5G+遠程醫療”打破了醫患之間時空的界限，為用戶提供了更方便、更全面的醫學診療服務，使患者能夠隨時隨地地獲取醫療服務，加速了智慧醫療的普及和推廣。

五、面臨的挑戰

5G在垂直行業的應用剛剛開始，各個環節需完善，在應用方面面臨商業模式和產業需求的挑戰。1. 5G在垂直行業的應用還未形成明確的商業模式，由于各行各業在信息化方面基礎不同，產業需求有差異，需分行業逐步探索;2.各行業的新場景及新需求對5G提出了更加成熟的新產品挑戰;3. 5G在垂直行業的網絡建設需結合行業特點制定相關的標準和方案。

作者單位：唐連雷? ? 王海龍? ? 吉林吉大通信設計院股份有限公司