“新基建”為5G概念帶來新一波熱潮，5G基建成為全國各地的建設(shè)重點，5G概念的基金和產(chǎn)業(yè)園也有遍地開花之勢。5G通訊除了是一項通訊新技術(shù)之外，更矚目的一點是與現(xiàn)在人工智能技術(shù)結(jié)合將產(chǎn)生的顛覆性變化。本期新氦觀察我們總結(jié)了一些關(guān)鍵信息，展望5G賦能AI的創(chuàng)新未來。
在大數(shù)據(jù)爆發(fā)時代，5G的重要性作用在于提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)通訊。5G通訊從性能來看，具備eMBB（增強移動寬帶）、mMTC（大規(guī)模機器類通信）、URLLC（超可靠和低延遲通訊）三大亮點，與4G相比性能全方位都有極大的提升。
5G通信中值得關(guān)注的兩個關(guān)鍵技術(shù)是移動邊緣計算（MEC）和面向應(yīng)用定義的網(wǎng)絡(luò)切片（Network Slicing）。移動邊緣計算，即不需將數(shù)據(jù)傳輸至云端，而是在靠近數(shù)據(jù)源的邊緣地帶完成運算，應(yīng)用、服務(wù)和內(nèi)容被分發(fā)推送到包括基站在內(nèi)的近用戶端，借助5G超低時延、超高帶寬等特性，為用戶提供不間斷的高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)體驗。網(wǎng)絡(luò)切片，就是將一個物理網(wǎng)絡(luò)切割成多個虛擬的端到端的網(wǎng)絡(luò)，每個虛擬網(wǎng)絡(luò)之間，包括網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的設(shè)備、接入、傳輸和核心網(wǎng)，是邏輯獨立的，任何一個虛擬網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障都不會影響到其它虛擬網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)不同應(yīng)用場景形成的不同網(wǎng)絡(luò)切片，結(jié)合移動邊緣計算，能更好地發(fā)揮5G在不同場景的作用。
5G時代正邁著越來越快地步伐來到我們身邊，據(jù)GSMA最新報告顯示，截至2020年3月，全球123個國家和地區(qū)的381家運營商已宣布對5G進行投資，其中40個國家和地區(qū)的70家運營商已經(jīng)推出了一項或多項支持3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G服務(wù)。據(jù)IDC預(yù)計，5G時代到來之后，2025年被創(chuàng)建、采集或復(fù)制的數(shù)據(jù)量將從2019年的40ZB激增至175ZB。愛立信2019年6月發(fā)布的報告中顯示，到2022年，全球通訊設(shè)備接入量將達到290億臺，其中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。下圖展示了基于4G和5G的不同應(yīng)用，在5G時代，疾病警報、實況游戲、多人視頻電話、云辦公將有更好地提升，而自動駕駛、AR/VR及觸覺網(wǎng)絡(luò)將會真正來到我們的現(xiàn)實生活中。通過滿足各種應(yīng)用場景不同的延時和帶寬需求，5G將開啟萬物互聯(lián)時代。
（來源：GSMA,2018）圖1. 基于5G的應(yīng)用
5G將極大地拓寬數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)倪吔?，作為人工智能?xùn)練的養(yǎng)分，大規(guī)模的數(shù)據(jù)輸入，進一步推動了各類機器學(xué)習(xí)算法與計算機視覺、自然語言處理等模型的完善與創(chuàng)新。靈活可靠、高速率低時延和大容量的5G協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，連接多樣化的物聯(lián)終端，海量數(shù)據(jù)導(dǎo)入高級決策和自動化的人工智能平臺，助力各行各業(yè)的數(shù)字化與智能化轉(zhuǎn)型。
5G+AI時代的智慧城市
進入5G+AI時代，城市將會呈現(xiàn)怎樣創(chuàng)新的面貌，我們通過綜合性調(diào)研和深入觀察，選取了幾個主要場景的未來智慧畫像。
圖2. 智慧城市畫像
圖3. 動態(tài)3D虛擬城市平臺示意圖
未來智慧城市的基礎(chǔ)將是結(jié)合一個城市的地理和物聯(lián)終端的數(shù)字信息，以及AI技術(shù)打造的動態(tài)3D虛擬城市平臺，也可稱為數(shù)字孿生平臺。平臺是整個智慧城市的“大腦”，借助部署在全市各個角落的攝像頭、環(huán)境傳感器和無人機等物聯(lián)設(shè)備，實時采集圖像、視頻、大氣、水質(zhì)等豐富的數(shù)據(jù)信息，再結(jié)合GIS（Geographic information system，地理信息系統(tǒng)）與AI技術(shù)，構(gòu)建出包含多層信息架構(gòu)的城市管理系統(tǒng)。通過適當(dāng)?shù)陌踩[私保護，動態(tài)3D虛擬平臺可以為政府、企業(yè)、研究機構(gòu)和公眾提供：
● 虛擬測試與方案構(gòu)建：用于城規(guī)、基建、公共研究的虛擬測試，協(xié)助構(gòu)建智能解決方案；
● 城規(guī)與資源管理：將地理數(shù)據(jù)與建筑物信息結(jié)合，通過分析溫度、光照、風(fēng)力等影響因素，合理規(guī)劃城市建設(shè)與能源調(diào)配；
● 規(guī)劃和決策：用實時數(shù)據(jù)構(gòu)建環(huán)境、人口、交通流量等模型，借助AI推理與預(yù)測能力，協(xié)助有關(guān)部門做出全域智能規(guī)劃和決策。
在新加坡、中國杭州等地已經(jīng)開始有城市平臺項目的搭建和試驗性使用。
頻來源：Smart Nation Singapore
https://www.smartnation.gov.sg/what-is-smart-nation/initiatives/Urban-Living/virtual-singapore
視頻1. 新加坡虛擬城市示例
能源環(huán)保是智慧市政板塊的重要內(nèi)容，通過在城市各處部署大氣傳感器、水質(zhì)傳感器、濕度傳感器、電網(wǎng)檢測設(shè)備等物聯(lián)終端，結(jié)合無人機巡檢，可以獲得各類環(huán)境與能源數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)進入動態(tài)3D虛擬平臺后，平臺運用AI分析，為市政部門展現(xiàn)能源與環(huán)境的可視化數(shù)據(jù)，并給出合理調(diào)配方案。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，及時警報并規(guī)劃解決方案，協(xié)助政府提升管理能力。
公安警務(wù)板塊，通過部署高清雙目攝像頭、麥克風(fēng)和無人機，結(jié)合人臉識別、步態(tài)識別、行人重識別、聲紋識別等技術(shù)，完成對圖像、視頻、聲音和可用生物特征數(shù)據(jù)的實時分析，從而實現(xiàn)嫌疑人識別、犯罪行為預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)安全改善和重大危機預(yù)警與防范等重要功能，提升公安機關(guān)整體管理效率。
未來城市的智慧交通板塊中，超低時延和高可靠性的5G通訊網(wǎng)絡(luò)有助于實現(xiàn)車、路、人的整體互聯(lián)，從而構(gòu)建城市智慧交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。5G通訊提升了車聯(lián)網(wǎng)中高速大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸、邊緣計算和云計算的可靠性，從而實現(xiàn)V2I和V2X，例如根據(jù)城市動態(tài)交通情況對紅綠燈進行調(diào)節(jié)，以及私有車輛、共享車輛和公共交通的全域合理調(diào)配；L4級別的自動駕駛也有了嘗試的可能；還可以為居民提供出行計劃和停車位的智能規(guī)劃，預(yù)計將為每位居民節(jié)省約19.4小時/年的交通時間。智慧交通系統(tǒng)與自動駕駛的實現(xiàn)，能夠顯著提升出行的安全性，同時有利于降低犯罪事件的發(fā)生概率，加強社會穩(wěn)定。
圖4. 智慧交通圖示
在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，通過部署各類傳感器和無人機，智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可以遠程獲取環(huán)境中的空氣溫濕度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、光照強度及視頻圖像等，智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)向管理者推送實時監(jiān)測信息，實現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境的信息化和智能化遠程管理。通過對農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的實時分析，系統(tǒng)可以實現(xiàn)害蟲檢測、智能化灌溉、災(zāi)害預(yù)警等智能識別和決策功能，從而減少人工成本，進行精準(zhǔn)調(diào)控，有效規(guī)避生產(chǎn)風(fēng)險。另外，自動駕駛農(nóng)機也成為新的力量，給這個傳統(tǒng)的領(lǐng)域帶來新的變革。
智慧醫(yī)療板塊，未來大范圍普及的可穿戴設(shè)備能實時監(jiān)測居民的心率、血壓和體溫等身體信息，將信息傳輸至居民智慧醫(yī)療管理系統(tǒng)。系統(tǒng)運用AI技術(shù)分析居民健康數(shù)據(jù)，提出健康保險計劃和預(yù)測性醫(yī)療方案。當(dāng)意外情況發(fā)生時，可穿戴設(shè)備將發(fā)出警報，系統(tǒng)接到警報后能夠自動聯(lián)系醫(yī)療機構(gòu)采取應(yīng)對措施。在醫(yī)院，搭配具備視覺、觸覺功能的機器人使遠程診斷甚至遠程手術(shù)得到大范圍推廣。由于健康管理和遠程醫(yī)療能力的增強，醫(yī)療資源利用率將得到極大提升，每位居民花費在醫(yī)療事務(wù)上的時間將縮短約9.7小時/年。
智慧物流領(lǐng)域中，5G切片網(wǎng)絡(luò)能夠為云化機器人應(yīng)用提供端到端的定制化網(wǎng)絡(luò)支持，實現(xiàn)組織協(xié)同的柔性生產(chǎn)，還能夠在廣泛產(chǎn)業(yè)中優(yōu)化物流，提高資產(chǎn)定位與跟蹤效率，實現(xiàn)成本的最小化。無人機在許多國家與地區(qū)已經(jīng)成為一種有前景、安全快速的貨物運輸工具，5G網(wǎng)絡(luò)能夠支持大量無人機、無人配送機器人等自動化運輸設(shè)備，并允許對其行動路線進行精細協(xié)調(diào)。通過提升無人配送設(shè)備的抗干擾特性，高樓林立、電磁環(huán)境復(fù)雜的城市場景不再是無人機飛行禁區(qū)。
在智慧工業(yè)領(lǐng)域，依賴5G高帶寬的計算機視覺等新技術(shù)將助力需要人工操作的復(fù)雜流程實現(xiàn)自動化，從而提高效率、生產(chǎn)率和產(chǎn)量，同時減少錯誤和停機時間。借助5G高度可靠的低時延連接與工業(yè)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)，具有危險性的工業(yè)任務(wù)可以被委派給由人類專家遠程控制的無人駕駛車輛和機器人，安全無人機還可以在事故發(fā)生前發(fā)現(xiàn)安全隱患，從而提升制造環(huán)境的安全性。通過5G支持的邊緣計算和人工智能系統(tǒng)，可以及時識別性能問題和機械故障指標(biāo)，在故障發(fā)生之前解決問題，將維護從被動變?yōu)橹鲃印?
智慧城市系統(tǒng)中，與居民生活息息相關(guān)的智慧家居就是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事物的管理系統(tǒng)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)，硬件、軟件系統(tǒng)、云計算平臺構(gòu)成一個家庭生態(tài)圈，實現(xiàn)人遠程控制設(shè)備、設(shè)備間互聯(lián)互通、設(shè)備自我學(xué)習(xí)等功能。最后，通過收集、分析用戶行為數(shù)據(jù)為用戶提供個性化的生活服務(wù)，提升家居安全性、便利性、舒適性和藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。
智慧城市的構(gòu)建
圖5. 不同頻段的應(yīng)用
為了滿足不同應(yīng)用場景時延、數(shù)據(jù)量和吞吐量等要求，智慧城市的5G部署需要由多個不同頻段的物聯(lián)網(wǎng)組成。NB-IoT適用于低成本、低能耗、小數(shù)據(jù)量的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，可應(yīng)用領(lǐng)域有智能電表和資產(chǎn)管理等；LTE對應(yīng)寬帶物聯(lián)網(wǎng)，其特點在于低時延、高吞吐量和大數(shù)據(jù)量，可接入的設(shè)備有無人機和VR/AR設(shè)備等；關(guān)鍵性物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)自動化物聯(lián)網(wǎng)需要5G NR的保障，基于時效性網(wǎng)絡(luò)、精確室內(nèi)定位等特點，自動化智能電網(wǎng)、協(xié)作機器人，以及高級自動化和控制等高可靠性和可用性的應(yīng)用場景得以實現(xiàn)。
圖6. 復(fù)合型微基站圖示
要想實現(xiàn)5G+AI時代的智慧城市系統(tǒng)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)就是關(guān)鍵的第一步。呼應(yīng)中央提出的“新基建”概念，復(fù)合微基站和智能道路是新基建中的智能化可行方案。
復(fù)合型微基站是全球通信行業(yè)較為認可的方案，基于5G對基站密集度大的需求，復(fù)合型微基站將選取路燈、監(jiān)控桿等建設(shè)緊密的公共資源，配備多種傳感器、攝像頭、全局定向麥克風(fēng)、控制設(shè)備和5G通信設(shè)備。傳感器用來實時測量環(huán)境指標(biāo)，其原理簡單、體積小、成本低的特點適用于高密度低成本的監(jiān)測點。攝像頭和全局定向麥克風(fēng)結(jié)合，可以針對特定目標(biāo)采集圖像和語音數(shù)據(jù)。結(jié)合邊緣計算芯片，能夠在靠近移動用戶的位置提供信息技術(shù)服務(wù)環(huán)境和邊緣計算能力。此外，微基站還配備有以云架構(gòu)定義的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和邊緣云數(shù)據(jù)中心。
智能道路結(jié)合智能傳感器、特殊材料和數(shù)字技術(shù)，將能實現(xiàn)無線充電、智能照明、V2X通信和智能路面系統(tǒng)，從而促進道路基建的整體智能化。通過在道路下鋪設(shè)發(fā)射器和接收器，實現(xiàn)為汽車進行無線充電，有助于降低電動汽車的電池成本。在攝像頭、傳感器無法檢測車輛的情況下，借助印有數(shù)字信息的地磚，實現(xiàn)自動駕駛和V2V通信。智能照明系統(tǒng)采用的特殊涂料通過白天的太陽能充電，在夜晚實現(xiàn)照明功能，配合IoT系統(tǒng)監(jiān)測汽車和行人的移動情況，及時將車輛前方的照明短時間提升到最大功率，并在車輛經(jīng)過后恢復(fù)到節(jié)能模式。智能路面系統(tǒng)通過使用配備數(shù)字技術(shù)和光纖的預(yù)制混凝土材料，感知車輛位置、重量和速度，還可以即時檢測到事故發(fā)生并自動報警，進一步升級V2I和V2X。
圖7. 智能道路照明系統(tǒng)圖示
5G時代的到來意味著將實現(xiàn)信息與產(chǎn)業(yè)的深度融合，可以預(yù)見的是，5G通訊使得智慧城市中的數(shù)據(jù)傳輸即時、流暢、快速，同時還能實現(xiàn)端與端的互聯(lián)互通。5G加速了AI技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，5G與AI的相輔相成為未來建設(shè)智慧城市打下了強有力的基礎(chǔ)，推動人類進入萬物互聯(lián)的時代。我們期待5G與AI碰撞的絢爛火花，為我們帶來無限創(chuàng)新與巨大機遇。
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