5G 应用和用例

哈拉尔-雷默特 Harald Remmert,Digi 国际公司蜂窝解决方案首席技术官
2019 年 11 月 25 日

随着 5G 部署的进行,许多人都对 5G 应用和用例以及推出后的互联生活产生了疑问。事实上,5G 将是一场变革。它将带来许多今天无法实现的新应用,尤其是在城市地区和城市。这一点很重要,因为根据联合国的数据,到 2050 年,全球三分之二以上的人口将生活在城市地区或城市中。


如今,有关 5G 的新闻和炒作层出不穷。作为该行业的思想领袖,我们定期分享有关 5G 部署发展的知识,以及您可以期待的发展,尤其是如果您从事商业和工业IoT 领域的工作。与消费领域相比,商用 5G 走的是一条截然不同但又并行不悖的道路。

以下是我们过去的一些文章:

本文将介绍 5G 的一些预期应用。

5GIoT 应用和用例

随着 5G 的推出,我们将看到哪些新的IoT 应用?更高的带宽和更快的吞吐量将带来哪些 5G 用例?我们熟知的生活会发生改变吗?

是的,5G 及其预期应用将改变生活,但并非无处不在。城市和农村地区之间的网络连接和服务鸿沟将越来越大,因为立即在所有地方部署 5G 是不切实际的。

5G 背后的基本理念是一个能够灵活处理各种不同用例的单一网络。为了兑现 5G 的承诺,移动网络运营商(MNO)必须建设一个密集的网络,其中包含大量网络节点,这些节点将构成 5G 基础设施。


每个节点都需要成本,因此移动网络运营商将首先在城市通过网络升级和密集化投资 5G,因为在城市他们可以接触到更多的付费用户,获得更快的投资回报。在农村地区,5G 的推广速度将放缓。

5G 应用分类

5G 的推广将在三大领域带来好处,这也被称为 "5G 三角":

  • uRLLC:超可靠低延迟通信用例
  • mMTC:大规模机器类型通信 (IoT) 用例
  • eMBB:增强型移动宽带--高速使用案例

图片来源:Samsung.comSamsung.com

uRLLC - 5G 的高可用性、低延迟用例

一旦 5G 全面部署,超可靠低延迟通信(uRLLC)将成为改变游戏规则的最大因素之一。在这里,我们将看到需要几分之一秒响应的新应用。

自动驾驶汽车

自动驾驶汽车是最令人期待的 5G 应用之一。为支持未来的自动驾驶汽车,车辆技术正在飞速发展。车载计算机系统正在不断发展,其计算能力达到了以前只有在数据中心才能看到的水平。

今天,我们听到了关于自动驾驶汽车的消息,很多人都想知道实现这一未来技术的障碍是什么。汽车技术、网络速度、数据吞吐量和机器学习方面的许多不同发展必须结合起来,才能实现完全自动驾驶汽车的未来。

5G 网络将极大地促进自动驾驶汽车的发展,因为它能大幅减少延迟,汽车的响应速度将比目前的蜂窝网络快 10-100 倍。

最终目标是建立一个 "车对万物"(V2X)通信网络。这将使车辆几乎在瞬间对周围的物体和变化做出自动反应。车辆必须能够在几毫秒内发送和接收信息,以便根据路标、危险和横穿马路的人的情况刹车或改变方向。

让我们来比较一下 4G 和 5G 的延迟:假设一辆汽车以每小时 30 英里的速度在路上行驶,需要接收信号以避免撞上物体。目前 4G 的延迟约为 100 毫秒,汽车将行驶约 4 英尺或 1.2 米。而 5G 的延迟时间约为 10 毫秒,汽车只能行驶 5 英寸或 12 厘米。 两者之间的差距非常明显,可能意味着生死。

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智能城市基础设施和交通管理中的 5GIoT

如今,全球许多城市都在部署智能交通系统(ITS),并计划支持联网车辆技术。利用当前的通信系统,这些系统的某些方面相对容易安装,可支持智能交通管理,以处理车辆拥堵和为紧急车辆提供路线。

车联网技术将实现车辆与车辆(V2V)以及车辆与基础设施(V2X)之间的双向通信,从而提高整个交通系统的安全性。目前,智能城市正在每个十字路口安装传感器,以检测移动情况,并促使联网和自动驾驶车辆根据需要做出反应。

支持车联网技术的通信骨干网可在 5G 全面部署之前分阶段部署,从而大大提高行人和车辆的安全性。

注:Digi 提供这些通信系统,目前正与美国各大城市合作部署这些系统,作为交通拥堵和灾难管理战略规划的一部分。Digi WR54 配有 FirstNet™ Ready 选件,旨在支持交通管理和应急响应用例,而预认证的Digi XBee 3 Cellular 模块则部署在交通和停车传感器、计量应用、城市照明等设备中。

美国运输部网站对这一倡议进行了出色的介绍:

美国运输部(USDOT)的 "车联网 "计划正在与各州和地方运输机构、车辆和设备制造商以及公众合作,测试和评估能够让汽车、公共汽车、卡车、火车、道路和其他基础设施以及我们的智能手机和其他设备相互 "对话 "的技术。例如,高速公路上的汽车将使用短程无线电信号相互通信,这样路上的每辆车都能知道附近其他车辆的位置。驾驶员会收到危险情况的通知和警报,例如在接近十字路口时有人要闯红灯,或者在弯道外看不见迎面而来的汽车,为了躲避路面上的物体而转向自己的车道。

5GIoT 在工业自动化中的应用

5G 在工业自动化领域的主要优势在于无线灵活性、降低成本以及当前无线技术无法实现的应用可行性。

如今,工业自动化已得到广泛应用,您很可能已经看过工厂和供应链应用中同步机器人工作的视频。如今,这些应用需要电缆,因为 Wi-Fi 无法提供工业控制所需的范围、移动性和服务质量,而且当今蜂窝技术的延迟太高。有了 5G,工业自动化应用就可以切断线缆,完全采用无线技术,从而实现更高效的智能工厂。

As stated by the 5G ACIA, “Industry 4.0 integrates the IoT and related services in industrial manufacturing, and delivers seamless vertical and horizontal integration down the entire value chain and across all layers of the automation pyramid. Connectivity is a key component of Industry 4.0 and will support the ongoing developments by providing powerful and pervasive connectivity between machines, people and objects.”

For example, with Industry 4.0, humans and robots will be able to interact and work together; a machine can lift heavy parts and the worker can attach them. For this to work, the robot needs to be in constant communication with the factory and its surroundings. It has to be mobile, have complete physical range of motion, and environmental sensors.  These advances will enable symbiotic human-machine partnerships where each plays the role it does best.

增强现实(AR)和虚拟现实(VR)

5G 的低延迟特性将使 AR 和 VR 应用更具沉浸感和互动性。例如,在工业应用中,佩戴 5G AR 护目镜的技术人员可以看到机器的叠加图,从而识别零件、提供维修说明或显示不能安全触摸的零件。支持复杂任务的高响应性工业应用的机会将非常广泛。

在商业环境中,您可以召开 AR 会议,让人感觉两个人坐在同一个房间里,将枯燥的电话会议或 2D 视频会议变成互动性更强的 3D 会议。

体育赛事和体验可能会成为 5G 在消费领域的主要应用。在任何需要对刺激做出快速反应的时候,例如在体育训练应用中,都必须将延迟降到最低。例如,如果两个戴着 4G LTE 护目镜的人试图来回踢足球,就很难正确把握他们的反应时间,因为当他们的大脑接收到球已经到他们面前的输入时,一切都为时已晚。但使用 5G 护目镜时,较低的延迟可使接收器看到球,并在球传过来之前将其踢回。

我们还将在体育场馆中看到更多的 AR 沉浸式体验。如果你有一部 5G 手机和 AR,当你走进场馆时,虚拟球员会欢迎你并为你加油打气。而在比赛过程中,你将能看到比现实更逼真的比赛回放和球员数据。

在娱乐方面,预计会出现更多的全息图艺人和迎宾员。例如,我们将能通过全息图让猫王或帕特西-克莱恩复活。或者,你也可以创建自己的个人 AR 舞伴。

5GIoT 无人机应用

如今,无人机除了用于拍摄和摄影之外,还有越来越多的其他用途。例如,公用事业公司如今正在使用无人机进行设备检查。物流和零售公司正在考虑使用无人机运送货物。这一趋势将继续下去,加上 5G 技术,我们将能够突破无人机目前存在的极限,尤其是在航程和互动性方面。

如今,无人机受限于视线和与控制器的距离。如果你看不到无人机,或者无人机超出了你的控制范围,你就无法看到无人机的去向,也就无法保持对无人机的控制。然而,有了 5G 技术,您就可以戴上护目镜,通过低延迟和高分辨率视频 "看到 "目前的限制之外。5G 还将把控制器的覆盖范围扩展到几公里或几英里以外。这些进步将对搜救、边境安全、监控、无人机送货服务等应用案例产生影响。

5G 的大规模IoT 用例

IoT 即将面临的挑战之一是其爆炸式增长。据Statistica/IHS 预测,到 2025 年,全球每人拥有的IoT 联网设备将从现在的 2 台增加到 10 台。需要数据连接的联网设备的预计数量对通信基础设施(如蜂窝塔)提出了很高的要求。目前,在蜂窝密度相对较高的地区,4G 能够很好地解决这一需求,而随着 5G 的发展,这一需求将得到进一步改善。

IMT-2020 标准(与 5G 相关的标准)的最低要求文件要求每平方公里(约 0.38 平方英里)的最低连接密度为 100 万台设备。相比之下,4G LPWA 标准在相同的覆盖范围内支持 60,680 台设备,与 5G 所能提供的连接密度相去甚远。

受益于大规模IoT 的应用 - 可穿戴设备和移动设备

是什么引发了联网IoT 设备的增长? 可穿戴设备、跟踪器和传感器将成为 5G 大规模IoT 方面的一个巨大市场。 想想看,除了目前已经联网的手机、平板电脑和笔记本电脑外,您每天接触的所有小工具、电器和机器都将通过蜂窝连接直接联网。5G 将使更多设备能够在任何特定区域无缝运行(不会出现感知延迟、信号丢失等问题)。

5G 的高速应用案例

在高速应用案例中,我们将看到一系列目前因速度慢而受阻的应用。固定无线接入(FWA)将为消费者和企业提供超高速互联网。

更高带宽的应用,如 4K 和未来的 8K 流媒体或 360 度视频,将以实时的速度为消费者带来高品质、身临其境的体验。作为观众,您可以控制您想要拍摄的角度。例如,在视频赛车比赛中,你可以环顾四周,看看谁在你旁边或后面。

企业将能够在云中存储更多信息,并通过快速、低延迟的 5G 进行访问,就像在本地存储信息一样。这就减少了对昂贵的本地服务器的需求。在本地渲染信息不再需要快速的笔记本电脑,而是可以在云端渲染,并通过流媒体传输给您。这就像本地一样,但你可以用手机来使用这些高端应用程序。

5G 还将改变企业对业务连接的看法。如今,您可能会使用光纤、DSL 或电缆调制解调器线路来连接您的企业作为主要连接,并使用蜂窝电话作为备份,以防主要连接出现故障。但有了 5G,蜂窝网络凭借其高带宽、高可靠性和低延迟,就可以成为您的主要连接。您不必担心建筑布线和相关安装成本。有了蜂窝网络,您只需接收设备,插上电源即可工作。

摘要

5G 将是一场变革,它将带来许多今天无法实现的新应用,尤其是在城市地区和城市。5G 用例不会局限于某一特定领域:消费者、企业、行业和城市将从 "5G 三角 "的一个或多个方面受益:

  • uRLLC:超可靠低延迟通信
  • mMTC:大规模机器类型通信 (IoT)
  • eMBB:增强型移动宽带

不过,与其等待 5G 全面铺开,我们现在就可以开始利用 4G LTE 技术打造未来,并验证应用和商业模式。当 5G 技术更加普及时,再进行完善和扩展。

 

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