5G网络应用趋势探讨分析

发表时间:2020/9/8   来源:《中国电气工程学报》2020年4期   作者:曹西良
[导读] 在通信快速发展的时代背景下,随着5G时代的到来,5G移动通信技术的研究工作已取得了重大进展
        摘要:在通信快速发展的时代背景下,随着5G时代的到来,5G移动通信技术的研究工作已取得了重大进展,面向5G网络发展,5G网络应用已引起人们的重点关注。如何立足本行业,依据5G网络发展,更好更快应用到行业内部、行业与行业之间,已成为各行各业普遍关心的问题。本文通过对5G网络发展背景、5G网络性能指标分析、5G网络典型应用场景的分析描述为依据,进行5G网络应用趋势分析,为人们如何全面理解5G网络发展应用提供参考。
        关键词:5G网络;应用;场景;趋势;
        引言:2019年6月,工信部正式向中国移动、中国联通、中国电信、中国广电发放5G商用牌照,标志我国正式进入5G商用元年。随首5G网络各运营的大规模建设,进而促进了5G移动通信价值的全面发挥,为其在未来各行各业的应用创建了良好基础与条件。
1、5G网络发展背景
        我国在通信技术领域经历了1G空白、2G跟随、3G突破、4G同步的历程,并有望在5G引领世界发展。全球3G标准于2000年确定,日韩最早2001年商用,欧美2003年商用,中国2009年商用,落后近9年;全球4G标准2008年确定,全球最早于2010年商用,中国2013年开启商用,落后3年;5G在2018年中旬冻结第一版标准,中国计划2018年试商用、2020年商用,首次领先全球进程。
2、5G网络性能指标分析
        5G网络涉及未来人们居住、工作、休闲和交通等各种领域,特别是密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等场景。这些典型场景具有超高流量密度、超高连密度数、超高移动特性,可能对5G系统形成挑战。在这些场景中,考虑增强现实、虚拟现实、超高清视频、云存储、车联网、智能家居、OTT消息等5G典型业务,并结合未来可能的用户分布、各类业务占比及对速率、时延等的要求,因此,5G关键性能指标应包括用户体验速率、连接数密度、端到端时延、流量密度、移动性和用户峰值速率。
3、5G网络典型应用场景
        未来多样化应用场景下的差异化性能指标也对5G带来了新的挑战。随着移动通信渗透到社会各个领域、与行业产生深度融合,5G所提供的移动通信网络要满足各个垂直行业提出多样化的业务需求,面对不同应用场景在用户体验速率、流量密度、时延、能效和连接数方面不同的性能挑战,根据ITU定义,5G移动通信网络三大主要技术应用场景。
        增强型移动宽带(eMBB)是传统移动通信技术的主要应用场景,5G在前代的基础上提出更高的要求标准,其中连续广域覆盖和热点高容量场景主要满足未来移动互联网的业务需求。保证用户在高速移动(如车载、高铁)或大范围覆盖边缘(隧道、山区、林区、水域)的业务连续性和移动性,保持100Mbps以上的用户体验速度;局部人群集中的热点地区(如6人/m2以上超高用户密度的地铁、超高连接数的体育场和集会、大流量密度的办公室)为用户提供1Gbps的极高数据传输速率和数十Tbps/平方公里的极高流量密度。
        超高可靠低时延通信(URLLC)主要面向车联网、工业控制等物联网及垂直行业的特殊应用需求,为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。以高速物联网为代表的特殊行业对于通信的速度和准确性要求极高,目前4G移动通信网络无法达到标准。5G的应用将保证自动驾驶汽车、工业设备等高速物联网终端能够在统一、标准的通信网络实现即时、准确的信息传输。
        海量机器通信(mMTC)主要面向智慧城市、智慧农业、环境监测等以低速物联网为代表的应用场景,业务主要目标是信息传感和数据采集,具有传输数据小、连接数量多、终端功耗低等需求指标,还要求通信网络支持千亿级别的海量连接和100万/平方公里的连接密度。

前几代移动通信网络基本上只满足了增强型移动宽带(eMMB)的需求,构建人与人之间的信息交流通道,而URLLC和mMTC场景是未来移动物联网(包括车联网、工业物联网、智慧城市等)建设的基础设施,将构建人与物、物与物的连接通道,从而将成为5G发展的重要驱动力和技术突破点。因此,多应用场景的5G移动通信技术除了在性能方面实现全面提高以外,还具备更强的灵活性和可扩展性,以实现差异化性能指标、满足多样化用户需求。
4、5G网络应用趋势分析
        根据5G网络性能指标分析,5G网络典型应用场景,5G移动通信技术的应用趋势将主要体现在以下3个方面。
        一是万物互联:从4G开始,智能家居行业已经兴起,但只是处于初级阶段的智能生活,4G不足以支撑“万物互联”,距离真正的“万物互联”还有很大的距离;而5G极大的流量将能为“万物互联”提供必要条件。
        未来数年,物联网的快速发展与5G的即将商用有着密不可分的关系。由于目前网络条件的限制,很多物联网的应用需求并不能得到有效满足,这其中主要包括两大场景:一是大规模物联网连接,规模较大,每终端产生的流量较低,设备成本和功耗水平也相对较低;二是关键任务的物联网连接,要求网络具备高可靠、高可用、高带宽以及低延时的特点。致力于提供更高速率、更短时延、更大规模、更低功耗的5G,将能够有效满足物联网的特殊应用需求,从而实现自动化和交通运输等领域的物联网新应用,加快物联网的落地和普及。事实上,在5G技术研发阶段,各组织机构已经达成共识:物联网将是5G重要的应用场景,也是5G最先部署和落地的应用场。而在5G技术研发阶段,物联网的特殊需求也被各组织重点考虑。
        二是生活云端化:如果5G时代到来,4K视频甚至是8K视频将能够流畅、实时播放;云技术将会更好地被利用,生活、工作、娱乐将都有“云”的身影;另外,极高的网络速率也意味着硬盘将被云盘所取缔;随时随地可以将大文件上传到云端。
        5G的移动内容云化有两个趋势:从传统的中心云到边缘云(移动边缘计算),再到移动设备云。由于智能终端和应用的普及,移动数据业务的需求越来越大,内容越来越多。为了加快网络访问速度,基于对用户的感知,按需智能推送内容,提升用户体验。因此,开放实时的无线网络信息,为移动用户提供个性化、上下文相关的体验。在移动社交网络中,通常流行内容会得到在较近距离范围内的大量移动用户的共同关注。同时,由于技术进步,移动设备成为提供剩余能力(计算、存储和上下文等)的“资源”,可以是云的一部分,即形成云化的虚拟资源,从而构成移动设备云。
        三是智能交互:无论无人驾驶汽车间的数据交换还是人工智能的交互,都需要运用5G技术庞大的数据吞吐量及效率。由于只有1ms的延迟时间,在5G环境下,虚拟现实、增强现实、无人驾驶汽车、远程医疗这些需要时间精准、网速超快的技术也将成为可能。而VR直播、虚拟现实游戏、智慧城市等应用都需要5G网络来支撑。这些也将改变未来的生活。不仅手机和电脑能联网,家电、门锁、监控摄像机、汽车、可穿戴设备,甚至宠物项圈都能够连接上网络。设想几个场景:宠物项圈联网后,一旦宠物走失,找到它轻而易举;冰箱联网后,可适时提醒主人今天缺牛奶了;建筑物、桥梁和道路联网后,可以实时监测建筑物质量,提前预防倒塌风险;企业和政府也能实时监控交通拥堵、污染等级以及停车需求,从而将有关信息实时传送至民众的智能手机;病人生命体征数据可以被记录和监控,让医生更好地了解生活习惯与健康状况的因果关系。
        通过全文的简要分析,5G网络移动通信未来的应用范围越来越广,5G网络应用必定促进各行各业的发展,必定会更加靠近人们生活,也必定会给人们的衣、食、住、行产生深远的影响。
参考文献:
[1]潘锋.探究5G移动通信技术下传输未来发展趋势[J].信息与电脑(理论版),2018(06):138-139+142.
[2]王实.5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].信息通信,2015(12):253-254.
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