2.4　5G应用

2.4.1　5G应用趋势

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景。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5K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，移动设备成为可以提供剩余能力（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。

2.4.2　5G应用场景

相对于以往的历代移动通信系统，5G不仅满足人和人之间的通信，还将渗透到社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。由于5G需要满足人与人、人与物、物与物的信息交互，应用场景将更加复杂和精细化。为此，我国于2014年发布《5G愿景与需求》，定义了连续广域覆盖、热点高容量、低时延高可靠、低功耗大连接4类主要应用场景。2015年6月，ITU-R 5D完成了5G愿景建议书，定义5G系统将支持增强的移动宽带、海量的机器间通信及超高可靠和超低时延通信三大类主要应用场景。ITU定义的5G主要应用场景如图2.6所示。总体而言，两者分类是一致的，均可分为移动互联网和物联网两大类场景。

2.4.3　5G业务类型及特点

对于移动互联网用户，未来5G的目标是达到类似光纤速度的用户体验。而对于物联网，5G系统应该支持多种应用，如交通、医疗、农业、金融、建筑、电网、环境保护等。其特点都是海量接入。图2.7是5G在移动互联网和物联网上的一些主要应用。

数据流业务的特点是高速率，延时可以为50～100ms，交互业务的延时为5～10ms。现实增强和在线游戏需要高清视频和几十毫秒的延时。到2020年，云存储将会汇集30%的数字信息量，意味着云与终端的无线互联网速率须在光纤级别。

在物联网中，有关数据采集的服务包括低速率业务，如读表；还有高速率应用，如视频监控。读表业务的特点是海量连接、低成本终端、低功耗和小数据包。而视频监控不仅要求高速率，部署密度也会很高。控制类的服务有时延敏感和不敏感的。前者有车联网；后者包括家居生活中的各种应用。

5G的需求列举了如下几大应用场景：密集居住区、办公室、商场、体育馆、大型露天集会、地铁系统、火车站、高速公路和高速铁路。对于每一种应用场景，又有不同的业务类型组合，可以是业务的一种或几种，在各个应用场景中的比例随用户比例而各异。

1.媒体类业务

媒体类业务包括用户熟知的视频类业务以及近10年来逐渐兴起的虚拟现实（Virtual Reality，VR）、增强现实（Augmented Reality，AR）等。在5G环境下，这些业务在移动性、用户体验、性能提升等方面将有新的发展。

（1）大视频业务。

据贝尔实验室咨询部门报告，2012年，移动设备的在线视频观看时长占全球在线视频观看总时长的22.9%；2014年，该比例上升至40.1%；2020年，33%的流量将由5G/4G等无线网络承载，4K超清业务需要50Mbit/s的稳定带宽，平均40Mbit/s的4G网络已无法满足。

5G技术的应用将带来移动视频点播/直播、视频通话、视频会议和视频监控领域的飞速发展和用户体验质的飞跃。

移动高清视频的普及，将由标清走向高清与超高清；高清、超高清游戏将普及，云与端的融合架构成为常态；视频会议在5G时代任何位置的移动终端均可轻松实现且体验更佳，实时视频会议会让用户身临其境。高清视频监控将突破有线网络无法到达或者布线成本过高的限制，轻松部署在任意地点，成本更低，5G时代的无线视频监控将成为有线监控的重要补充而广泛使用。

（2）虚拟现实业务。

虚拟现实技术利用电脑或其他智能计算设备模拟产生一个3度空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，使用户如同身临其境一般。近年来，随着芯片、网络、传感、计算机图形学等技术的发展，虚拟现实技术取得了长足的进步，虚拟现实技术已成功应用于游戏、影视、直播、教育、工业仿真、医疗等领域。

随着5G的发展、万物互联时代的到来，多数机构预测虚拟现实很可能成为下一代互联网时代的流量入口，承载流量整合、软件分发、信息共享等。近年来，一大批初创公司、IT巨头和通信厂商等涌入虚拟现实领域。

主流虚拟现实设备分为连PC式头盔和插手机式头盔两类。连PC式头盔是目前的主流方向，主机完成运算和图像渲染，通过HDMI线缆进行数据传输，预计2020年全球销量达3 990万台，销售收入达210亿美元，主要面向具有深度游戏体验需求的中高端用户，通常需要配置可以感知用户视觉、听觉、触觉、运动信息的传感设备，为了保证用户具有较强的存在感，需要对画面进行精细绘制，头盔与主机间需要传输大量数据，受限于现有无线网络传输速率和传输时延，通常采用HDMI线缆连接，极大地限制了用户的使用范围，影响用户体验。5G较高的数据传输速率、低时延和较大的通信容量，将使用户摆脱线缆的约束，尽情享受虚拟现实游戏带来的快乐。

插手机式头盔定位为入门级虚拟现实产品。该类型设备均价普遍在100美元以下，比较适合具有观影与轻度游戏需求的用户，是未来1～3年市场普及的主流设备。智能手机感知用户头部位姿信息、负责高质量视频渲染，功耗大，很难长时间使用，同时受制于智能手机的计算能力较弱、视频质量不高、有很强的颗粒感并且有一定的时延，体验不佳。在5G环境下，该类型的应用采用云端配合的架构，头盔仅负责获取用户头部位姿信息和显示视频，计算能力要求较高的视频渲染放在云端进行，通过无线网络将渲染好的视频帧传递给头盔进行显示，用户可获得长时间的高质量视频观影体验。

（3）增强现实业务。

增强现实技术是在虚拟现实基础上发展起来的一项技术，借助计算机图形技术和可视化技术将虚拟对象准确叠加在物理世界中，呈现给用户感知效果更丰富的新环境。通信技术的发展、移动智能终端处理能力的增强、移动传感器设备的性能提升为在智能终端上增强现实业务的普及提供了基础，为分层次打造个性化的信息服务提供了必要的支撑条件，也将极大地促进移动互联网在教育、游戏、促销和购物、社交网络、商业统计、旅游等业务的创新。据Digi-Capital预测，至2020年，增强现实/虚拟现实市场份额将达到1 500亿美元。其中，增强现实占1 200亿美元，虚拟现实占300亿美元。目前，增强现实还处于市场启动期。

一个典型的增强现实业务处理流程如图2.8所示。用户开启增强现实应用，通过摄像头采集图像，对图像进行压缩，通过无线网络将其上传到服务端进行图像识别，然后依据识别结果获取虚拟信息，并通过无线网络将其传递给智能终端侧，由跟踪注册模块获取虚拟信息叠加位置，并由渲染模块最终将虚拟信息与真实场景进行融合渲染，展示给用户。较好的用户体验对实时性提出了很高的要求，在5G环境下，可以很好地解决查询图像和虚拟信息传输带来的网络传输时延长的问题，可以将跟踪模块和渲染模块转移到服务端/云端，无线网络将渲染好的图像传递给智能终端，同步解决了增强现实应用导致的手机耗电问题。

2.物联网业务应用

5G将渗透到物联网等领域，与工业设施、医疗器械、医疗仪器、交通工具等进行深度融合，全面实行万物互联，有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的信息化服务需要。

人与物联网的实时交互，会因为5G而更加精彩纷呈。

（1）智能汽车、交通运输和基础设施。

智能汽车、交通运输和基础设施是物联网业务应用，如图2.9所示。

交通行业主要有3个挑战：一是出行效率；二是驾驶安全和联网安全；三是可持续的能源消耗模式。有效应对方案是万物互联+网络协作+信息融合+智能分析决策。在网络本身连接之上，通过多源、异构信息的融合创造出更多的价值，服务于高效、安全的交通出行。

车联网技术属于低时延、高可靠应用场景，通过终端直通技术，可以实现在汽车之间、汽车与路侧设备间的通信，从而实现汽车主动安全控制与自动驾驶。V2X（Vehicle To X）自主安全驾驶，在99.999%的传输可靠性下可将时延缩小到ms级，还支持多种场景的防碰撞检测与告警/车速导引、车车安全和交叉路口协同等。通过车与车、车与路边设备的通信，实现汽车的主动安全，比如紧急刹车的告警、汽车紧急避让、红绿灯紧急信号切换等。在未来，这些会成为汽车自动驾驶业务的关键技术。

车在公路上高速行驶，可将经过的道路有结冰或者有动物/小孩横穿公路的信息可以通过V2I（Vehicle To Infrastructure）发到基础设施上。基础设施可以再通过网络对周边车辆进行提醒，从而提高车辆出行的安全性。

车对车（Vehicle To Vehicle，V2V）的产品，如后面有警车或医疗急救车出现，可以通过车与车的沟通，把信息发送给前方100m范围内同行的汽车，提醒后者紧急事件的发生，加快对应急车辆通行的支撑。

公交枢纽站和公交站台可以把公交汽车、其他汽车、地铁、飞机等交通工具的联网信息整合起来，做成智能出行的指引助手，帮助用户选择用什么方式出行，也可以提供手机实时支付功能，帮助用户购票。

（2）远程设备的关键控制。

远程设备的关键控制也是物联网业务应用，如图2.10所示。

正如巴塞罗那通信展上的远程控制挖掘机，坐在巴塞罗那的会场便可以通过现有的LTE网络远程控制2 500km之外的一台挖掘机。未来，在诸如远程矿山挖掘、矿山运输等对安全有着极高要求的环境里或在危险、有害健康的环境里，5G网络技术可以实现安全作业。

有了5G技术，远程医疗将不再是梦想，超短的时延使医生能实施2 000km的远程诊疗和顺畅的异地远程手术，偏远地区的病患也能享受优质医疗资源。

（3）人与物联网的交互。

人与物联网的交互如图2.11所示。骑自行车的人在经过十字路口或视线不太好的地方时，网络会根据骑行人的位置、方向和周边路况进行适配，判断会不会有相撞的风险，通过头盔的振动来提醒要注意车速、安全等。

在未来的5G时代，万物互联将促进IPv6地址的大规模应用，类似6LoWPAN的低功耗IPv6技术将迎来应用的春天。