移动5G在垂直行业的应用探讨

唐连雷 王海龙

摘要：5G移动通信网络主要面向eMBB、mMTC、uRLLC三大应用场景，在垂直行业的融合应用是新生事物，需要对其应用的新模式和新业态进行探索。本篇介绍的垂直行业应用涵盖工业互联网、智慧交通、智慧安防、智能电网等诸多领域。

关键词：5G;MEC;网络切片;智能电网

一、引言

5G是第五代移动通信技术的简称，具有高速率、低时延和大连接的特点，是实现人机物互联的基础设施。5G在垂直行业中将发挥更广、更深的应用，推动各行各业的创新与变革，在全社会数字化转型中肩负着重要使命，其作用是非常值得期待的。

二、应用场景

ITU确定了5G的三大类应用场景：eMBB、mMTC、uRLLC。其中eMBB（增强型移动宽带），是以“人”为中心的应用场景，超高的传输数据速率，广覆盖下的良好移动性，极大提升个人在娱乐、社交等领域的用户体验，如超高清视频、VR直播、场馆互动等;其中mMTC（海量机器类通信），以传感和数据采集为基础，是实现人与物之间的信息交互的应用场景，如智慧楼宇、智能穿戴等;uRLLC（超高可靠与低时延通信），广泛应用于工业、交通等对时延与可靠性要求较高的特殊行业，如无人驾驶、应急救灾等。

三、 5G关键技术

（一）MEC

为了改善用户体验和节省带宽资源，将存储与计算下沉到网络边缘节点，为高带宽和低时延的业务提供支撑。1.数据缓存。MEC可以缓存业务数据到本地网络节点，在用户发出业务请求时可以直接推送已缓存的数据，可以节省等待时间，提升用户感知;2.本地分流。MEC可以将本地业务数据分流到本地网络，降低经过核心网转发处理时的业务访问时延及网络带宽消耗，提升用户感知;3.业务优化。MEC可以实时采集和分析无线网络侧的信息，故可以对业务进行动态的优化调整。MEC服务器可结合业务场景有不同的部署，其中在无线接入侧的部署适用于有超低时延业务需求的小范围覆盖及本地分流场景;在边缘DC侧的部署比无线接入侧的部署会增加一点回传网络的时延，范围比无线接入侧的部署要大一些，亦可以提供低时延和大带宽的业务;在核心网侧的部署，适用于对灵活性和传输时延要求不高的大带宽接入场景。

（二）网络切片

网络切片是一种按需组网的方式，基于NFV核心技术，在统一的信息基础设施上根据逻辑概念进行资源重组，从网络中选取部分特定的功能及特性为某个细分行业或业务场景定制出在逻辑上独立的虚拟专用网络，可以根据垂直行业的不同业务需求而量身定制，使5G真正成为各行各业共用的信息基础设施。

四、典型垂直行业应用

根据预测： 5G连接规模将持续性增长，2025年预计达到17亿，而行业应用将占整个蜂窝连接的54%， 5G在垂直行业的应用将为其带来新的经济增长点。

（一）5G+工业互联网

工业互联网连接的内容包括企业的人、机、物、系统以及全产业链、全价值链等海量工业大数据，且必须满足安全、可靠地连接的要求。工业互联网有效支撑企业实现智能制造，从而实现企业业务目标。

5G应用场景中的低时延高可靠通信（uRLLC）和海量机器类通信（mMTC）两大场景主要面向工业经济行业等相关行业，5G技术引入工业互联网领域，可有效解决现有工业有线技术移动性差、组网方案不灵活、特殊环境网络搭建困难、连接密度低、数据传输能力不足、网络可靠性等局限。5G+工业互联网有效满足海量数据采集和感知与呈现及分析、流程优化、精准操控、远程控制等工业生产实际需要，助力工业企业实现产品质量提升与上市周期有效缩短、产品性能優化、工业能耗降低、设备运营状态优化、企业盈利能力提升、用户体验满意度提高等业务目标。

“5G+工业互联网”的第一批重点应用行业包括电子设备制造业、装备制造业、钢铁行业、采矿行业和电力行业，其典型应用场景包括：

1.协同设计研发：科研或设计人员根据5G回传的现场情况，远程完成实验或者图纸修改。

2.设备远程操控：工业设备操作人员根据5G回传的现场视频及数据，远程下发指令精准操控工业设备。

3.设备协同作业：多台生产设备按需组成生产单元，协同调度，分工合作，提升效率。

4.柔性生产制造：数控机床等工业设备按市场需求重构灵活配置。

5.现场辅助装配：装配人员通过AR/VR获取增加图像叠加，装配流程和细节可视化，快速完成复杂精密设备装配。

6.机器视觉质检：质检终端利用云计算等技术，实现产品质量检测与溯源和残次品的分拣。

7.设备故障诊断：利用设备运行的全量数据进行数据挖掘，对设备故障进行预测、报警、诊断和定位。

8.厂区智能物流：智能物流系统对物流终端进行调度管理，实现物流终端作业作业自动化。

9.无人智能巡检：利用巡检机器人或无人机等智能设备替代传统的人工巡检模式，减少人力投入，提升巡检效率，。

10.生产现场监测：智能检测系通过实时现场图像、视频、声音等数据采集处理并预警，实现生产现场的全过程安全监测。

“5G+工业互联网”第二批重点应用行业为：石化化工、建材、港口、纺织、家电，其典型应用场景包括：生产单元模拟、精准动态作业、生产能效管控、工艺合规校验、生产过程溯源、设备预测维护、厂区智能理货、全域物流监测、虚拟现场服务、企业协同合作。“5G+工业互联网”成为5G在垂直行业应用中成效最显著的领域之一。5G与工业互联网的深度融合，工业互联网的发展开启了新篇章，积极推动工业企业智慧运营新模式和新业态的发展建设。

（二） 5G+智慧交通

通过5G等通信技术实现“人—车—路—云”一体化协同，已成为低时延、高可靠场景中最为典型的应用之一。主要应用于如自动驾驶、远程控车、编队行驶、交通管控、智慧公交等场景。5G技术为智慧交通实现奠定了基础，推动智慧交通商用普及，构建智慧交通出行体系。

（三）5G+智慧安防

5G的技术特点能够满足目前智慧安防升级的诸多需求，诸如5G推动了安防行业在视频采集、覆盖、感知运用、防控能力等方面的不断升级，主要应用于如5G视频监控、5G安防巡检机器人、5G AR可穿戴设备、5G 网连无人机等场景。

（四）5G+智能电网

电网是工业生产和日常生活中必不可少的组成部分。结合5G网络技术，5G+智能电网的应用场景：现场辅助装配、无人智能巡检、设备控制保护及故障诊断与自动恢复、生产现场监测及智慧用电等。

在发点环节，5G+AR/VR助力于现场辅助装配，实现效率提升。现场装配人员佩戴AR眼镜，可以实时采集和传送装配现场的图像、声音、视频等信息，现场辅助装配系统利用5G网络实时接收和解读处理采集的数据信息，产生装配现场需求的帮助信息，下发到装配现场的终端设备，在终端设备上实现叠加增强操作步骤图像、可视化展现装配环节及细节，指导现场装配人员解决装配现场的实际问题，一方面满足现场人员通过实时接收辅助信息提升装配能力的需求，另一方面实现装配效率提升。

在输变电环节，采用5G+AI技术，可以实现无人机自主巡检、巡检图像实时5G传输、数据自动分析、输变电环境实时监测、缺陷智能识别与定位等应用，减少输电变电环节运维人力投入，工作效率极大程度提升。

在变电环节，5G+智能变电站机器人实现无人智能巡检。智能变电站机器人可沿着预设的路线缓缓前进，头部摄像头不时转动，智能识别设备上的开关、压板、指示灯、仪表等内容，利用5G技术完成高清视频图像信息实时回传监控中心，所需时间低至毫秒级，电网设备巡检效率得到极大提升，同时节约了人力资源，降低电网维护成本。

在配电环节，智能电网利用5G网络技术支持实现分布式配电智能化与自动化、实现电力故障诊断与处理过程的全自动运行;同时利用5G的高精度授时和低时延特性，实现配电网络的差动保护，降低电网的建网成本;利用5G+边缘计算技术，为电网实现停电故障快速自主恢复、新能源 “随插随用”，进而完成配电网络的数字化、智能化。

在用电环节：5G+智能电表，可实现电网传统电量计量方式迭代升级及用电环节的现场监测。智能电表叠加大连接特性的5G网络，一方面可以完全满足全量智能电表的连接需求，另一方面提高信息采集频率，不断优化采集信息范围和内容，满足家庭及工商业用户及时了解与掌握用电量、电价等信息内容，使电力计量需求在传统计量的基础上迭代升级演进。

在用电环节：5G+人工智能+智慧视频监控可实现全面整合供电营业厅、营销作业现场、充电站等业务场景的监控，实现对营业场所人员排队、非新能源汽车占用充电位等事项智能捕捉与识别，并形成即时告警处置的闭环管控，增强电企业的营销服务能力，提升客户满意度。

在用电环节：充电汽车的快速发展，使充电桩成为电网不可缺少的延伸组成部分。5G+智能充电桩将5G信号覆盖、汽车充电、视频监控、道路照明等功能汇集于一体，可实现一桩多用，既能服务公众和市政，又能快速创造共享经济价值，并有效节约土地资源，降低建设成本，助力智慧电网的新型基础设施建设。

充分利用5G网络技术和通信业务的管理支撑平台，可以实现差异化的电力网络服务，5G网络技术与电网在发、输、变、配、用等环节的结合，将有效促进“5G+智能电网”产业高速发展。

（五）5G+智慧矿山

“5G+智慧矿山”可解决矿山领域对无人化及远程控制的需求，主要应用于如运输车无人驾驶、器械远程操作、视频监控、巡检机器人等场景，解决了矿山事故率高、效率低的痛点。

（六）5G+远程医疗

医疗水平发展不均、偏远地区医疗资源匮乏，是目前我国医疗现状比较突出和亟待解决的问题。远程医疗是指通过现代通信技术，以双向传送数据、语音、图像等信息为手段，最终实现不受空间限制的远距离医疗服务，它是一种紧密集成了信号传输、通信技术以及医学专业技术的新型医疗服务。

通过5G及物联网技术应用可承载医疗设备和移动用户的全连接，实现无线监护、移动护理和患者实时位置等数据进行采集与监测，在医院内业务服务器上进行分析处理，提升医护效率。主要应用于如远程手术、远程视频会诊、远程医疗健康监护、突发事件应急救援与指挥、远程超声、移动医疗车等场景。

远程手术：5G 的应用将外科医师的手臂可以延伸至千里之外，助力于优质医疗资源延伸下沉，缩小分级诊疗水平差距，从一定程度上减轻患者经济负担。远程手术是远程医疗中重要的组成部分，包含远程手术示教、远程手术指导及远程手术操控几个发展阶段。其中，远程手术操控是指医生借助远程手术控制设备对远端患者进行异地、实时的手术，手术效果很大程度上取决于数据传输时延及质量，5G的应用高速可靠的信号传输恰好满足了这一需求。

远程会诊：5G 通信技术极大提升了信息传递的效率，推动从“ 面对面” 会诊到视频远程会诊的转变，真正实现了患者实地面对医师与患者视频中面对医师同质化。5G的高速、高效特性，可以实现诸如射影像、病理情况、电子病历、过视频传感器采集的高清晰度实时现场视频画面等相关医疗数据的快速传输及同步调阅。医生结合症状和生命体征，远程评估患者的病情，并提供诊断、制定治疗计划，指导患者后期康复。

远程医疗健康监护：通过 5G 通信技术，个人可建立预警模块，便携式可穿戴监测仪器的应用可以指导医院及医生完成患者的医疗保健工作。比如安装心脏起搏器的患者，当电池电量即将耗尽时，起搏器会通过改变自身工作节律发出信号，发出的异常信号可被心电图捕获，并将向相应监护中心发出告警;利用便携式可穿戴监测设备，糖尿病患者可将血糖等身体各项生理指标参数传送至医疗保健监护中心，一旦实现出现告警，可实现及时的诊断与医疗干预。

突发事件应急救援与指挥：当出现重大自然灾害、火灾、疫情等突发事故和战场救援等事件时，5G通信技术可以实时、高质量、持续可以移动的视频沟通，可以帮助急救人员和医务人员更迅速、更准确地做出更优临床决策，通过缩短诊断时间，最大限度挽救伤员的生命，发挥其独特的优势。

远程超声：超声诊断是一种无创、无痛、方便、直观的有效检查手段，被广泛应用于医学诊断。超声诊断得到的是基于时间序列的动态影像，超声影像在传输过程中任何一帧画面的丢失，都可能造成误诊漏诊。超生呈现的动态图像对远距离传输的图像连贯性和时延控制有着极高的要求，已远远超出了原有4G网络的传输能力。5G通信技术的应用弥补了远程医疗的远程超声这一块短板，远程超声实现了扩大优质医学覆盖面。5G+远程超声，不仅可以实现远程超声会诊，也可以实现远程示范教学通过5G网络的传送速度和4K高清画面的显示，如同专家面对面进行操作教学。

移动医疗车：移动医疗车与医院通过5G网络进行连接，可以实现远程超声等远程操控类，监护仪、心电仪、可穿戴设备等监测类，4K视频与VR技术相结合等高清视频类应用。移动医疗车对资源匮乏的地区尤其有重要意义。

“5G+远程医疗”打破了医患之间时空的界限，为用户提供了更方便、更全面的医学诊疗服务，使患者能够随时随地地获取医疗服务，加速了智慧医疗的普及和推广。

五、面临的挑战

5G在垂直行业的应用刚刚开始，各个环节需完善，在应用方面面临商业模式和产业需求的挑战。1. 5G在垂直行业的应用还未形成明确的商业模式，由于各行各业在信息化方面基础不同，产业需求有差异，需分行业逐步探索;2.各行业的新场景及新需求对5G提出了更加成熟的新產品挑战;3. 5G在垂直行业的网络建设需结合行业特点制定相关的标准和方案。

作者单位：唐连雷    王海龙    吉林吉大通信设计院股份有限公司