5G技术在智慧园区应用的展望

2020-01-05文锦林

通信电源技术 2020年20期

陈宇，曾鸣，卢真，文锦林

（中国移动通信集团设计院有限公司湖南分公司，湖南长沙 410000）

1 5G智慧园区简介

5G智慧园区是通过建设5G通信网络及5G边缘计算服务器将物联网、大数据以及人工智能等技术融合起来，使得园区信息基础设施和公共服务体系更安全、更便捷、更节能以及更舒适。5G智慧园区利用5G高速率、低时延以及大连接的新特性，实现园区智能化工厂机器、安防设备、小区车辆、消防系统、医疗系统以及家居电器等的网络互连、信息互通、操作互动，将极大地赋能入驻企业、助力招商运营并提升入住住户幸福指数，可实现园区与产业发展以及城市化管理的高度融合。

2 5G+智慧园区必要性

从运营商家角度来看面临两个方面压力，一是随着通信行业的快速发展，ToC市场逐步饱和，人口红利消失，二是5G网络建设的快速推进，带来庞大的建设投资和高企的运营成本压力，这迫使运营商要从原来的“流量”经营转变为“流量+价值”经营。5G的最大价值在ToB市场，目前5G已经在远程医疗、远程控制、视频办公以及智能管理等单项应用方面展现出了强大的能力，但在ToB的应用需要进行系统化的整合才能发挥出智慧生态的超能力。智慧园区聚集了多种产业的应用场景，但目前技术应用场景仍在快速迭代当中，能够在短期内实现降本增效的模式不多，因此在新基建政策牵引和行业数字化转型需求的推动下，智慧园区将成为5G在ToB市场拓展最好的载体，5G+智慧园区规模化落地是5G ToB领域拓展成功的重要一环[1]。

从智慧园区的发展来看，我国正处于从“中国制造”向“中国智造”转型的重要时刻，园区的网络化、数字化、协同化以及智能化是大势所趋，老旧的传统园区面临着升级改造成新型智慧园区的迫切需求。早期智慧园区可实现数字化和智能化，是单纯的系统集成，各企业自身部署小型智能化体系，但缺乏与外界互联，标准不统一，因此数据很难实现有效交互，形成了信息数据孤岛，而且没有协同“智慧”。5G网络的覆盖和5G边缘计算服务器的建设，将使得园区智能化的工厂机器、安防设备、小区车辆、消防系统、医疗系统甚至家居电器等实现网络互连、信息互通以及操作互动，解决传统园区长期面临的体验差、安防弱、效率低以及成本高等痛点[2]。同时，5G边缘计算服务器承载智能化园区管理平台也为园区企业间公共信息发布和产业协同发展提供了更好的交互平台，企业还可通过租赁本地数据中心的方式缓解企业对网络服务的要求，降低企业自建IDC中心的成本。

3 5G智慧园区发展环境与现状

受限于R15标准对垂直行业的支持度，以及5G网络的建设进度，目前终端产业链处于逐步完善和发展阶段，5G智慧园区建设仍处于试点探索阶段。

3.1 5G标准现状

R15标准作为5G的第一个标准版本，在其制定初期，5G只是被认为是4G的补充，服务于热点，主要针对高带宽和高速率的增强移动宽带（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）场景进行定义，而对于低时延、高可靠性业务（Ultra Reliable Low Latency Communications，URLLC）仅仅提供了有限的支持，因此需要通过专用资源的规划来保证URLLC业务的可靠性，对NR车联网业务、企业专网、NR网络定位以及工业互联网等垂直行业应用技术没有针对性的规范。2020年7月3日3GPP宣布5G标准第二版规范R16冻结，R16在垂直行业新能力上有大增强和拓展，实现了从“能用”到“好用”的扩展，使5G具有更好服务行业应用的能力，该标准的冻结也将使垂直行业各领域产业链的发展进一步提速[3]。

3.2 5G网络建设情况

运营商通过一、二期工程建设，2020年10月底各运营商5G基站总数已超7×105，预计年底将达7.9×105。2020年年底，电信和联通合建5G网络与移动5G网络都将实现市城区及重点县城区的连续覆盖，网络将全面支持SA组网。预计2021年移动将在县城持续推进2.6 GHz的连续覆盖，与广电合建的700 MHz网络也将完成乡镇及以上区域的连续覆盖覆盖，市、县城区将形成双网双连续的覆盖网络。此外，电信和联通通过2.1 GHz的频率重耕，也将在市、县城区及重点乡镇构建3.5 GHz+2.1 GHz高低频组合网络，介时5G网络将覆盖各大型园区，网络质量也将更加完善，为园区ToC和ToB业务的发展提供良好的网络基础。

3.3 5G智慧园区产业链发展现状

在2020年8月31日，在华为举办的5G智慧园区合作伙伴沙龙上，各终端厂商已推出80多款CPE，以及近50个5G工业模组。行业终端可通过这些CPE接入园区的5G专网实现远程互联操作，另外无人机、安防监控、自动驾驶车、工厂内的机械臂以及工控机等，可通过内置5G模组使得终端设备出厂直接具备接入5G网络能力，可进一步提升可靠性能，降低设备功耗，节省投资成本，减少维护复杂度。目前，行业终端日趋成熟，涉及的行业应用也与日俱增，如高清视频、移动巡检、AGV调度、AR/VR以及机器视觉等，它将加速推进5G智慧园区的发展。

3.4 5G智慧园区建设现状

受标准、产业链发展以及网络建设进度等因素的影响，目前5G+智慧园区的建设仍在探索与起步阶段。5G技术在智慧园区的推广应用主要集中在5G云信息、5G智能安防、5G智慧出行以及5G智能机器人等。

基于5G网络的云信息平台，可支撑各类终端远程快捷地实现从素材获取到最终发布的全部过程，实现园区公共信息地快速发布，满足园区多媒体企业快速高效生产的需求。5G智能安防主要通过5G提供的高带宽完成海量高清视频流的采集，通过搭建在5G边缘服务器上的管理平台或5G云管理平台进行智能分析，实现园区门禁、停车引导、访客轨迹、活动签到一脸通、安保调度以及园区管理与服务人员的高效调度，全面提升园区的安全防护能力。5G智慧出行利用5G低时延高可靠场景，推出无人巴士和出租车，方便园区公用出行。此外，5G智能机器人通过5G、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、移动边缘计算（Mobile Edge Computing，MEC）、激光导航以及智能识别等技术，以服务机器人形式实现机器人迎宾导航、智能巡检以及无人配送等服务，多方位提升园区智能服务水平。

4 未来5G智慧园区的展望

从宏观背景看，5G+智慧园区正迎来快速发展机遇期。据IDC统计，2019年中国各类园区ICT投资超过2×1011元，未来4年复合年均增长率约为12.7%。目前，全国156家高新区中，已有52个正在推进智慧园区建设，在新基建和加速数字经济发展的顶层设计牵引，以及政府治理需求和企业提质降本增效需求驱动下，园区智慧化升级将进一步加速。从5G技术发展看，R16在垂直行业新能力的拓展，进一步增强了5G更好服务行业应用的能力，标准的冻结也将进一步促进网络、终端产业链以及5G智慧园区应用的发展。未来，在5G技术更替演进下，5G智慧园区将在5G+TSN工业互联、5G虚拟专网、NR车联网、NB-IOT物联网以及NR网络定位等方面拓展更多应用。

4.1 5G+TSN工业互联

R16标准中RAN侧通过下行链路控制信息（Downlink Control Information，DCI）压缩、冗余链路传输配置、免调度资源配置、支持乱序的上行物理共享信道上行物理共享信道（Physical Uplink Shared Channel，PUSCH）调度以及定义不同业务资源抢占规则等一系类的技术提升5G网络的可靠性（可靠性为99.9999%），降低时延（0.5～1 ms空口时延），克服了UE间或UE内URLLC业务和eMBB业务共存而导致的业务性能和频谱效率下降的问题，更好满足工业互联网中时间敏感网络（Time Sensitive Network，TSN）架构的时间同步、低时延传输、高可靠性以及资源管理4大严苛的功能需求，同时5G与TSN融合后，5G NR无线网将替代工厂内的有线网络，让工业生产更加柔性化。

4.2 5G虚拟专网

通过公网专用技术，可满足部分行业用户的区域性无线资源专享和尊享需求，使得行业用户可参与并定制移动通信网络的运营模式，如园区内用户接入本地服务，实现免流量费，根据用户等级授权网络使用权限等。相比传统的WiFi网络，5G网络信号更佳、安全性更高、速度更快且延迟更低。园区可通过非独立和独立两种模式部署专网，非独立组网模式下园区各类终端可通过5G网络切片技术和小区接入组（Cell Access Group）控制技术实现与运营商公网共享网络资源，实现端到端5G业务网络切片的专享。独立部署模式是指从基站到核心网到云平台的整个5G网络，与运营商的5G公网采用不同的网络设备，物理隔离独立部署，这样组网方式使得园区内的设备信息、用户面数据流量、工业流程以及工艺控制信息等都不会出园区，以满足工业领域数据安全、时延敏感以及高度可靠等严苛需求。

4.3 NR车联网（V2X）

R16标准通过增加支持单播/组播、冗余发送次数增加，以及HARQ反馈等技术，V2X业务在一定条件下可以达到时延3 ms，可靠性99.999%，较LTE网络时延20 ms，可靠性95%有大提升，同时支持车辆编队、外延传感器、半自动驾驶以及远程驾驶等更丰富的车联网应用场景，将使园区自动驾驶更快捷、更安全且更智能，应用场景更广。