物联网对 5G 的指标要求 | 带你读《5G时代的承载网》之九

简介: 未来移动互联网主要面向以人为主体的通信,注重提供更好的用户体验,进一步改变人类社会信息交互方式,为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清视频、云端办公、休闲 娱乐等更加身临其境的极致业务体验。

第 2 章 5G 的行业应用

2.2.4 5G 时代的应用场景

2.2.5 物联网对 5G 的指标要求

图 2-1 给出了中国 IMT-2020(5G)推进组于 2014 年 5 月发布的《5G 愿 景与需求白皮书》中描述的未来 5G 总体愿景,可以看出,未来移动互联网主要面向以人为主体的通信,注重提供更好的用户体验,进一步改变人类社会信息交互方式,为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清视频、云端办公、休闲 娱乐等更加身临其境的极致业务体验。为了保证未来人们在各种应用场景,如 体育场、露天集会、演唱会等超密集场景,以及高铁、快速路、地铁等高速移 动环境下获得一致的业务体验,5G 在对上下行传输速率和时延有更高要求的同 时,还面临着超高用户密度和超高移动速度带来的挑战。
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物联网进一步扩大了移动通信的服务范围,从人与人之间的通信延伸到物 与物、人与物之间的智能互联,促使移动通信渗透到工业、农业、医疗、教育、 交通、金融、能源、智能家居、环境监测等领域。未来,物联网在各类行业领 域将进一步推广应用,将会促使各种具备差异化特征的物联网业务应用爆发式 增长,将有数百亿物联网设备接入网络,真正实现“万物互联”。为了更好地支 持物联网业务推广,5G 需要满足海量终端连接以及各类业务的差异化需求(低 时延、低能耗、低成本、高可靠等)。
前面我们已经提过,在 3GPP 会议上定义了 5G 的三大场景:eMBB、mMTC 和 uRLLC。eMBB:3D/ 超高清视频等大流量移动宽带业务;mMTC:大规模物 联网业务;uRLLC:如无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务。
2017 年,全球移动宽带论坛(Global Mobile Broadband Forum)上,华 为无线应用场景实验室(Wireless X Lab)发布“5G 十大应用场景白皮书”, 首次面向业界给出未来的十大应用场景。
华为白皮书从两个维度出发,分析多个 5G 未来应用场景,给出 Top10 应 用场景的名单和排序。第一个维度是应用场景对 5G 技术的依赖性。这种依赖 性指的是对网络带宽和时延的要求。不同的应用场景对网络带宽和时延的要求 不同。例如,云 VR/AR 对网络带宽和时延的要求最严格,需要最高 9.4Gbit/s 的带宽和低于 5ms 的时延才能保证优质的体验。目前的移动通信技术只有 5G 才能实现云 VR/AR。第二个维度是场景的商业价值。这种价值体现在运营商及 垂直行业在该领域的市场空间大小。这也是业务发展的驱动力所在。如云 VR/ AR 业务,华为白皮书预测,到 2025 年其市场空间将达到 2920 亿美元。这对 于运营商及垂直行业来说无疑是一个巨大的机遇。
华为白皮书在分析多个场景对 5G 的依赖性和商业价值后,给出十大应用场 景的排序,分别是云 VR/AR、车联网、智能制造、智慧能源、无线医疗、无线 家庭娱乐、联网无人机、社交网络、个人 AI 助手和智慧城市(如图 2-2 所示)。
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华为白皮书还分析了各个场景的商业模式,这对于发展业务也非常关键。 如云 VR/AR,白皮书指出其有 3 种商业模式。其一是广告经营模式,具体为用 户向 VR 内容付费,广告公司向平台付费;其二是基于用户订阅模式,用户可 以向平台方付费订阅,VR 平台与内容生产者收入分成;其三是基于用户使用量 模式,用户按照次数或下载量付费,而平台方可以与内容生产者收入分成。不 同的公司可以选择符合自身特点的模式发展业务。但对用户而言,不管哪种模式都无须再购买昂贵的处理设备,只需要购买 VR/AR 终端和内容即可,使用 成本将大幅降低,这对于业务的普及非常关键。
按照华为白皮书设想,未来通过 VR/AR 看超高清赛事直播、自动驾驶或 远程驾驶、远在千里之外进行医疗诊断、无线连接的智慧家庭、超高清的视频 直播、辅助个人的 AI 设备等,在 5G 网络下都将成为现实。
在 2018 年 6 月 27 日上海举办的世界移动大会上,大唐发布了《5G 业务 应用白皮书》。白皮书围绕 5G 三大典型应用场景,选取与 5G 结合点较强的十 大应用领域进行研究,其中包括赛事 / 大型活动、教学培训、景点导览、视频 监控、网联智能汽车、智能制造、智慧电力、无线医疗、智慧城市和产业园区等; 分别从四大维度展开,阐述大唐对 5G 业务价值和商业模式的理解,打造 5G 业 务落地的示范效应,为 5G 在垂直行业的应用指明发展方向。
大唐白皮书提到,在 5G 应用的初期阶段,将主要延续 4G 的业务发展路线, 提升下载速率和系统容量,预计于2019年下半年最先推出增强型移动宽带服务。 如赛事 / 大型活动、教学培训、视频监控等应用,将催生更大数据流量的使用, 进一步促进高清视频、虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等业务的发展。在 5G 应用的成熟阶段,行业关注点将转向低时延、高可靠的网络特性,包括网联 智能汽车、智能制造和产业园区等高价值应用。
同时,大唐白皮书也提到,5G 在商业模式上有多种突破和创新。针对增强 移动宽带场景下,面向特定场所可以采用推出专属的流量套餐,或是向商户按 年 / 月来收取增值服务费、广告费等多种方式。针对低功耗大连接、低时延高 可靠的场景,除了有条件的企业可考虑申请专用频段、自建专网外,大多数企 业可考虑以租代建的方式使用运营商的 5G 网络,以按照软硬件流量整体打包 的方式,给运营商缴纳功能服务费(月 / 年)。对于物联网的前端监控设备、智 能传感终端,可采用按卡收费等方式进行收费。
综上所述,5G 将是以人为中心的通信和机器类通信共存的时代,各种各样 具备差异化特征的业务应用将同时存在,这些都将为未来 5G 网络带来极大的 挑战。表 2-1 所示为 5G 最为相关的主要用例的总结,这些用例主要的性能指 标(KPI)如下。
可用性:指在一定地理区域内,用户或通信链路能够满足体验质量(QoE) 的百分比。
连接密度:指在特定地区和特定的时间段内,单位面积可以同时激活的终 端或用户数。
用户体验速率:单位时间用户获得的(去除控制信令)MAC 层的数据速率。
流量密度:指在考量区域内所有设备在预定时间内交换的数据量除以区域面积和预设时间长度。
时延:指数据在空中接口 MAC 层的参数。有两个相关的时延定义:单程 时延(OTT)和往返时延(RTT)。单程时延是数据分组从发送端到接收端的 时间,往返时延是发送端从数据分组发送,到接收到从接收端返回的接受确认 信息的时间。
可靠性:指在一定时间内从发送端到接收端成功发送数据的概率。
安全性:通信中的安全性非常难以量化,可能要通过有经验的黑客接入信 息内容需要的时间来衡量。
成本:成本一般来自基础设施、最终用户和频谱授权 3 个方面。一个简单 的模型可以是基于运营商的总体拥有成本和基础设施节点的个数、终端的个数以及频谱的带宽来估算。
能量消耗:在城市环境中通常是指每信息比特消耗的能量,在郊区和农村地区通常是指每单位面积覆盖消耗的功率。
表 2-1 归纳了主要的挑战性需求和每一个用例的特点。
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