今年有必要买5g吗

5G在全球范围已经是最热门话题华为的创始人任正非在接受媒体的采访时表示：“学技术的超前研究不代表社会需求已经产生。如果社会需求没有发展到我们想象的程度我们投入进去意义就没有那么大因此5G可能被炒作过热我不认为现在5G有这么大的市场空间因为需求没有完全产生。如果说无人驾驶需要5G现在能有几台车在无人驾驶？其实轮船、飞机等已经实现了无人驾驶但是如果飞行员不上飞机乘客敢上飞机吗？就是这个道理。系统工程不是有一个喇叭口就能解决的问题。”即便如任正非所说的5G作为4G的延伸在当前确有可能被业界过分地炒作了；但中、美、日、韩和欧盟等国家（区域性组织）都投入了不少的资源以研发5G。

对一个国家而言5G真有那么重要吗？有业者以为5G将推动全人类更快地步入第四次工业革命的时代。迄今为止人类先后经历了三次工业革命。而前三次工业革给世界带来的变革亦让人们明白了一个真理那就是谁在科技、制造等技术革命中占得了先机谁就能成为世界上的强国。

第一次工业革命源起于英国发生在18世纪60年代至19世纪40年代以人类发明并广泛地应用蒸汽机为标志。在第一次工业革命的时代机器取代了人力大规模的工厂化劳动取代了个体工场的手工劳动从而史无前例地解放了人类的生产力从根本上颠覆了传统的生产方式同时还改变了社会的生产关系。当时英国凭借这场工业革命成为了世界上最强的国家。

第二次工业革命发生在19世纪70年代至20世纪初以人类发明了电流磁效应、电磁感应以及直流发电机为先导。伴随着人类的科学技术不断地取得重大的突破电灯、电车、电钻、电焊机等电气产品如雨后春笋般问世汽车、柴油机、内燃机车、远洋轮船、飞机以及新兴的通讯工具和化学工业等也迅速发展起来这在很大的程度上解决了人们的出行和通讯不便等问题人类从“蒸汽机的时代”进入到了“电气化的时代”。第二次工业革命几乎是在西方几个发达国家同时进行的。

第三次工业革命开始于20世纪50年代中期并至今以人类发明和应用电子计算机、生物工程、空间技术等为主要的标志涉及到了新材料、新能源、信息技术、生物技术、海洋技术等。第三次工业革命有许多且重大的成果并没有直接作用于人们的日常生活而是将人类带向了更高级的文明。

第一次工业革命让人类步入到机械化的时代；第二次工业革命让人类步入到电气化的时代；第三次工业革命让人类步入信息化的时代；而第四次工业革命将会让人类进入到前所未遇的时代、即智能化的时代。事实上中国的“中国制造2025”、美国的“AMP”、德国的“工业4.0”都统称为第四次工业革命中、美、德等国都是在利用科技上的突破尤其重大的突破来发展经济产业。

第四次工业革命的时代制造业将转向服务化这是趋势。像今天的淘宝电商模式会被市场淘汰‘；企业内部各环节的信息将实现无缝连接以利于自身的生产效率进一步提高和为客户提供个性化的定制生产；企业将从过去“以产品为中心”向“以产品服务为中心”转变。而第四次工业革命要全方位、最大化地给人类创造出价值显然离不开网络。

5G对于第四工业革命的意义在哪里？网络上有一篇文章其中有这样一段文字：“高性能的无线网络连接工厂内的海量传感器、机器人和信息系统连接产生的海量数据、优质数据不断“喂食”人工智能并将分析、决策反馈至工厂。同时5G广覆盖的物联网络覆盖全球连接广泛分布或跨区域的商品、客户和供应商等保持对整个产品生命周期的全连接。总之未来的工厂是数字虚拟和物理现实相融合ICT技术与现代制造业相融合以提高工业生产的灵活性、可追溯性、多功能性和生产效率为制造业开辟新的商业模式。工厂内部和外部之间的界限也越来越模糊工厂不再是独立的封闭实体而是庞大的价值链和生态系统的一部分这就是所谓的‘虚拟工厂’。”新空口（NR）、网络切片和边缘计算是驱动第四次工业革命的三大具关键性的5G技术。

1、新空口

这里指的是5G的无线连接能力众所周知5G定义了eMMB、URLLC和mMTC三大场景eMMB指高速率连接URLLC指超低时延超可靠连接mMTC指超大规模连接工业4.0里这三大场景均将应用到。

我们以未来工厂的四大典型连接：移动机器人、工厂自动化、新的人机界面和物流为例来看一看它们如何对应5G的三大场景。

移动机器人

移动机器人属于“柔性工厂”的范畴所谓柔性工厂指可以自由的移动机器设备、自由的重装生产工具以保证工厂可以迅速且低成本地在不同种类的产品生产线之间转换生产快速适应改变。

要实现柔性工厂需用无线连接来替换工厂内现有的有线连接只有摆脱了有线的束缚才可以自由的设计、操作和升级互联的机器设备和机器人。

但是众所周知通常无线连接的稳定性逊于有线连接因此这就需要——超高可靠超低延迟的无线连接即5G的URLLC场景。

工厂自动化

在自动化工厂内部为了提高生产线的效率需对各个子部件进行实时监控对生产的产品质量进行实时测量乃至对生产线进行实时优化这就要求具有超低时延超高可靠的无线连接同时视觉控制机器人手臂、3D模型传送、远程数字工厂等应用需要高可靠的高带宽通信因此这就需要同时支持mMTC、eMMB和URLLC三大场景。

新的人机界面（HMI）

早期的人机界面是指工业控制设备中的一些串口通信比如变频器、直流调速器、温控仪表、数采模块等都可以连接HMI来实现人机交互功能。

未来的人机界面应用将发生颠覆性的改变其借助工业智能与大数据的融合使可穿戴工业设备、增强现实（AR）在人机融合中扮演重要角色比如让工人们穿上机器人外骨骼装备利用“可穿戴工业设备+AR技术”将信息与真实世界场景融为一体随时捕捉信息、接收云端指令和操作协助等这需要网络支持eMMB和URLLC两大场景。

物流

在物流方面从智能仓库管理到物流配送均需要广覆盖、深覆盖、低功耗、大连接、低成本的5G物联网连接这对应了5G的mMTC场景。

此外虚拟工厂的端到端整合跨越产品的整个生命周期要连接分布广泛的已售出的商品也需要低功耗、低成本和广覆盖的5G物联网这也对应了5G的mMTC场景。

企业内部/企业之间的横向集成也需要无所不在的、无缝的5G联网。“随时随地设计随时随地生产”是智能工厂的雄心壮志进而要求网络必须适应即时变化的容量和移动性要求乃至能灵活融合各种不同的无线接入技术因此5G网络的包容性和支持业务的多样性不可或缺。

综上未来工厂离不开5G的连接能力但5G网络要一张网络支持eMMB、URLLC和mMTC三大场景离不开另一大关键技术——网络切片。,

2、网络切片

我们应该不止一次解释过网络切片。所谓网络切片就是将一张物理网络切成多张相互独立的、逻辑的切片子网络这些“切片网络”共享物理基础设施分别提供不同的服务类型应对不同的场景。

我们经常把4G网络比喻为高速交通系统你可以把5G网络切片比喻为一个城市综合交通系统有公路、地铁、轻轨、BRT还有人行道、自行车道等等不同的交通系统应对人们不同的需求。

要创建和管理网络切片需要NFV和SDN两大技术。

NFV即网络功能虚拟化其构架在横向分为三层：物理资源层、虚拟化层和服务层纵向是NFV管理编排（MANO）层。

NFV构架

物理资源层指底层的计算、存储、网络等物理资源。

虚拟化层是指用于部署和执行网络功能的一组虚拟资源它通过对底层物理资源虚拟化以虚拟机（VM）的形式共享底层物理资源一个虚拟机可包含一定数量的计算和存储资源。

服务层由一系列由虚拟资源构建的VNF（虚拟网络功能单元）组成VNF可以理解为是对应网络中现有物理网元的模块化的软件功能实体。

以上三层由MANO负责编排管理MANO根据需求分配资源为NF（网络功能）配置物理和虚拟资源。

NFV负责各种网元的虚拟化它将传统电信设备软硬件解耦而SDN主要负责将每一个网络节点的控制面和数据面分离并将控制面抽取出来组成一个独立的、集中的控制器（SDNController）这个控制器相当于网络的中枢大脑它从更高的层次俯视整个网络并下发指令统一管理网络中的多层转发控制信令不再是口口相传而是集中智能管理。打个比方如果把网络比喻为人体人身上的眼、耳、鼻、手、足等这些人体器官对应不同的NF（网络功能）那么SDN就相当于大脑控制各个器官协调工作。

网络切片原理

基于NFV/SDN技术一张5G物理网络“切”成多个逻辑网络服务于工业4.0的不同场景。

网络切片还有一个关键特征——端到端的QoS保障。传统的无线服务主要以“尽力而为”的方式提供每个人共享网络和无线资源但工业应用要求更严苛的QoS（网络服务质量）网络切片不但能提供端到端的QoS保障还能隔离不同服务满足未来工厂不同的服务需求。

当运营商为工业4.0创建了个性化的网络切片之后每个网络切片满足不同的用例和行业特定需求这就打开了全新的、定制化的网络切片即服务（NSaaS）的服务模式也未来传统制造商向综合产品服务提供商转型引入新的商业模式和商业生态奠定了基础。我们将看到未来更多的网络切片、网络子切片应用于工业4.0。

以上关于网络切片的介绍有点抽象我们来举一个应用案例。

以定制化制药为例。假设某家制药厂在全球分布有10家分厂每一家分厂内的制药流程都是一样的即通过控制安装在机器手臂上移液器来分配药品的药物成分。与以往制药过程不同现在叫“定制化制药”即根据不同类型的患者来分配药物成分的类型和数量为此这10家分厂均要通过5G网络连接到云端云端存储海量的患者信息数据并通过大数据分析和人工智能确定针对不同类型患者的药物成分在生产过程中机器手臂需实时通过5G网络连接到云端并根据云端的指令实时的进行配药。

这一案例对应了5GURLLC场景需依靠具备端到端QoS保障的5G网络切片才能实现。同时在生产过程中工人们利用可穿戴设备、AR技术等新的人机界面（HMI）来监视生产过程并实时增强显示来自云端的视频以及生产线上安装无数传感器来实现自动化流程等这些场景还需要其他的5G网络切片来实现。

为了保障端到端的QoS在应对工业4.0中的超低时延超高可靠场景时另一大关键技术非常重要——边缘计算。

3、边缘计算

边缘计算指将云端的计算和存储能力下沉到网络边缘使之更接近用户端不仅可降低网络时延和负荷还能基于本地部署新的应用。

边缘计算是工业4.0的基石也是催化剂主要表现在以下几个方面：

低时延

边缘计算部署在本地意味着可提供超低时延非常适合于工厂自动化环境这不必多言。低时延的另一大好处是可以激发出创新应用比如我们前面讲的利用新的人机界面引入异地协同增强现实等。

安全性

工业4.0通过网络将工厂内的机器、资产等连接并通过网络连接到外部云端这提高了工厂灵活性和自动化水平但这也意味着受到网络攻击的可能性更大而边缘计算将尽可能多的数据存储和处理于边缘不必发送到云端可降低安全风险。

集成性

边缘计算不仅无需将所有数据发送到远端云它还能在本地与工厂车间的数据、ERP系统等无云集成从而实现工厂纵向集成。

低成本

智能制造从联网的传感器中收集、分析数据并作出实时决策和预测性维护这些数据量越来越大给数据传输、计算、存储都带来了巨大的成本压力边缘计算可智能收集数据过滤无用数据从而降低成本。

此外未来工厂的一些设备功能可以通过虚拟实体的方式部署于边缘计算进一步提升工厂灵活性和可扩展性。

5g未来应用场景是多样性的也值得我们憧憬的我相信会给我们带来无限美好生活。

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