董振江1衛，董昊1，韋薇1，杜守富1，劉明1，吉鋒，

（1．中興通訊股份有限公司，江蘇南京2.10012：2．江蘇省大數據存儲及應用重點實驗室，江蘇南京210012）

摘  要：5G相關技術已經成為國內外移動通信領域的研究熱點。對5G環境下的業務應用形態、相關技術及發展趨勢進行研究。在媒體類業務、物聯網業務、云計算和人工智能技術等幾個方面，分別從對移動帶寬的需求、當前的業務限制以及5G環境下業務發展和趨勢等多個維度進行分析和闡述。

關鍵詞：5G;業務應用；發展趨勢 中圖分類號：TN929 

doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2016181

1  引言

 5G作為2020年以后順應移動通信需求而發展的新一代移動通信系統，已經成為國內外移動通信領域的研究熱點。國際電信聯盟(ITU)近年開展5G需求愿景、技術趨勢等方面的研究，提出未來IMT-2020系統的總體框架、目標、能力以及后續研究方向，并對外發布了IMT-2020工作計劃。韓國和中國分別成立了5G技術論壇和IMT-2020(5G)推進組，分別發表了5G Forum White Paper_5G ServiceRoadmap 2022、5G概念白皮書和5G愿景與需求白皮書。5G具備低成本、低能耗、安全可靠的特點，相對4G網絡，傳輸速率提升10~100倍，峰值傳輸速率達到10 Gbit/s，端到端時延達到ms級，連接設備密度增加10~100倍，流量密度提升1 000倍，頻譜效率提升5~10倍，能夠在500 km/h的速度下保證用戶體驗。

 媒體類業務、物聯網和移動互聯網的蓬勃發展是5G移動通信的主要驅動力，而云計算環境下的云端互動對5G移動通信系統提出了更高的傳輸質量與系統容量要求。本文擬研究未來5G網絡環境下的業務應用及發展趨勢，從媒體類業務、物聯網業務、云計算幾個方面探討5G環境下的業務形式、用戶體驗、關鍵技術和未來發展趨勢。

2媒體類業務

 媒體類業務包括用戶熟知的視頻類業務以及近10年來逐漸興起的虛擬現實(virtual reality，VR)、增強現實(augmented reality，AR)等。在5G環境下，這些業務在移動性、用戶體驗、性能提升等方面將有新的發展。

2.1  大視頻業務

 據貝爾實驗室咨詢部門報告，2012年移動設備的在線視頻觀看時長占全球在線視頻觀看總時長的22.9%，2014年，該比例就上升至40.1%，預計2016年將達到52.7%，2017年達到58.1%。到2020年，33%的流量由5G/4G等無線網絡承載，4K超清業務需要50Mbit/s的穩定帶寬，平均40 Mbit/s的4G網絡已無法滿足。

 5G技術的應用將帶來移動視頻點播／直播、視頻通話、視頻會議和視頻監控領域的飛速發展和用戶體驗質的飛躍。

 ·移動高清視頻的普及，將由標清走向高清與超高清。

 ·高清、超高清游戲將普及，云與端的融合架構成為 常態。

 ·視頻會議在5G時代任何位置的移動終端均可輕松實現且體驗更佳，實時視頻會議會讓用戶身臨其境。

 ·高清視頻監控中的應用：突破有線網絡無法到達或者布線成本過高的限制，輕松部署在任意地點，成本更低，5G時代的無線視頻監控將成為有線監控的重要補充而廣泛使用。

2.2虛擬現實與增強現實業務

2.2.1  虛擬現實業務

 虛擬現實技術利用電腦或其他智能計算設備模擬產生一個3度空間的虛擬世界，提供用戶關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶如同身臨其境一般。近年來，隨著芯片、網絡、傳感、計算機圖形學等技術的發展，虛擬現實技術取得了長足的進步，虛擬現實技術已成功應用于游戲、影視、直播、教育、工業仿真、醫療等領域。

 隨著5G的發展、萬物互聯時代的到來，多數機構預測虛擬現實很可能成為下一代互聯網時代的流量人口，承載流量整合、軟件分發、信息共享等。近年來一大批初創公司、IT巨頭和通信廠商等涌人虛擬現實領域。

 主流虛擬現實設備分為連PC式頭盔和插手機式頭盔兩類，連PC式頭盔是目前的主流方向，主機完成運算和圖像渲染，通過HDMI線纜進行數據傳輸，預計2020年全球銷量達3 990萬臺，銷售收入達210億美元，主要面向具有深度游戲體驗需求的中高端用戶。通常需要配置可以感知用戶視覺、聽覺、觸覺、運動信息的傳感設備，為了保證用戶具有較強的存在感，需要對畫面進行精細繪制，頭盔與主機間需要傳輸大量數據，受限于現有無線網絡傳輸速度和傳輸時延，通常采用HDMI線纜連接，這極大地限制了用戶的使用范圍，影響用戶體驗。5G較高的數據傳輸速率、低時延和較大的通信容量，將使用戶擺脫線纜的約束，盡情地享受虛擬現實游戲帶來的快樂。

 插手機式頭盔定位為人門級虛擬現實產品，該種類型設備均價普遍在100美元以下，比較適合具有觀影與輕度游戲需求的用戶，是未來1～3年市場普及的主流設備，預計2016年國內銷量將超過100萬臺。智能手機感知用戶頭部位姿信息、負責高質量視頻渲染，功耗大，很難長時間使用，同時受制于智能手機的計算能力較弱、視頻質量不高、有很強的顆粒感并且有一定的時延，體驗不佳。5G環境下，該類型的應用采用云端配合的架構，頭盔僅負責獲取用戶頭部位姿信息和顯示視頻，計算能力要求較高的視頻渲染放在云端進行，通過無線網絡將渲染好的視頻幀傳遞給頭盔進行顯示，用戶可獲得長時間的高質量視頻觀影體驗。

2.2.2增強現實業務

 增強現實技術是在虛擬現實基礎上發展起來的一項技術，借助計算機圖形技術和可視化技術將虛擬對象準確疊加在物理世界中，呈現給用戶感知效果更豐富的新環境。通信技術的發展、移動智能終端處理能力的變強、移動傳感器設備的性能提升為在智能終端上增強現實業務的普及提供了基礎，為分層次打造個性化的信息服務提供了必要的支撐條件，也將極大地促進移動互聯網在教育、游戲、促銷和購物、社交網絡、商業統計、旅游等業務的創新。據Digi-Capital預測，至2020年，增強現實／虛擬現實市場份額將達到1500億美元，其中，增強現實占1200億美元，虛擬現實占300億美元，目前增強現實還處于市場啟動期。

 一個典型的增強現實業務處理流程如圖1所示，用戶開啟增強現實應用，通過攝像頭采集圖像，對圖像進行壓縮，通過無線網絡將其上傳到服務端進行圖像識別，然后依據識別結果獲取虛擬信息，并通過無線網絡將其傳遞給智能終端側，由跟蹤注冊模塊獲取虛擬信息疊加位置，并由渲染模塊最終將虛擬信息與真實場景進行融合渲染，展示給用戶。較好的用戶體驗對實時性提出了很高的要求.5G環境下，可以很好地解決查詢圖像以及虛擬信息傳輸帶來的網絡傳輸時延長的問題，可以將跟蹤模塊和渲染模塊轉移到服務端／云端，無線網絡將渲染好的圖像傳遞給智能終端，同步解決了增強現實應用導致的手機耗電問題。

3物聯網業務應用

 5G將滲透到物聯網等領域，與工業設施、醫療器械、醫療儀器、交通工具等進行深度融合，全面實行萬物互聯，有效滿足工業、醫療、交通等垂直行業的信息化服務需要。

 交通行業的車聯網、無人駕駛：遠程設備的關鍵控制，如重型機械的遠程控制、遠程手術等：人與物聯網的實時交互，因為5G而更加精彩紛呈。

3.1  智能汽車、交通運輸和基礎設施

 如圖2所示，物聯網業務應用之一為智能汽車、交通運輸和基礎設施。

 交通行業主要有3個挑戰：一是出行效率：二是駕駛安全和聯網安全；三是可持續的能源消耗模式。有效應對方案是萬物互聯+網絡協作+信息融合+智能分析決策。在網絡本身連接之上，通過多源、異構信息的融合創造出更多的價值，服務于高效、安全的交通出行。 

車聯網技術屬于低時延、高可靠應用場景，通過終端直通技術，可以實現在汽車之間、汽車與路側設備間的通信，從而實現汽車主動安全控制與自動駕駛。V2X (vehicle to X)自主安全駕駛，在99.999%的傳輸可靠性下可將時延縮小到ms級，還支持多種場景的防碰撞檢測與告警／車速導引、車車安全和交叉路口協同等。通過車與車、車與路邊設備的通信，實現汽車的主動安全，比如緊急剎車的告警、汽車緊急避讓、紅綠燈緊急信號切換等，在未來，這些會成為汽車自動駕駛業務的關鍵技術。

 ·車在公路上高速行駛，即將經過的道路有結冰或者有動物／小孩橫穿公路，類似這樣的信息可以通過V21(vehicle to infrastructure)發到基礎設施上�；�礎設施可以再通過網絡對周邊車輛進行提醒，從而提高車輛出行的安全性。

 ·車對車(vehicle to vehicle，V2V)的產品，比如后面有警車或醫療急救車出現，可以通過車與車的溝通，把它的信息發送給前方100 m范圍內同行的汽車，提醒后者緊急事件的發生，加快對應急車輛通行的支撐。

 ·公交樞紐站和公交站臺可以把公交汽車、其他汽車、地鐵、飛機等交通工具的聯網信息整合起來，做成智能出行的指引助手，幫助用戶選擇用什么方式出行，也可以提供手機實時支付功能，幫助用戶購票。

3.2遠程設備的關鍵控制

 如圖3所示，物聯網業務應用之二為遠程設備的關鍵控制。

 正如巴塞羅那通信展上的遠程控制挖掘機，坐在巴塞羅那的會場便可以通過現有的LTE網絡遠程控制2500km之外的一臺挖掘機。未來，在諸如遠程礦山挖掘、礦山運輸等對安全有著極高要求的環境里或在危險、有害健康的環境里，5G網絡技術可以實現安全作業。

 有了5G技術，遠程醫療將不再是夢想，超短的時延使醫生能實施2 000 km的遠程診療和順暢的異地遠程手術，偏遠地區的病患也能享受到優質醫療資源。

3.3人與物聯網的交互

 如圖4所示，物聯網業務應用之三為人與物聯網的交互。騎自行車的人在經過十字路口或視線不太好的地方時，網絡會根據騎行人的位置、方向和周邊路況進行適配，判斷會不會有相撞的風險，通過頭盔的振動來提醒要注意車速、安全等。

 在未來的5G時代，萬物互聯將促進IPv6地址的大規模應用，類似6LoWPAN的低功耗IPv6技術將迎來應用的春天。

4 5G下的CDN架構變化與智能運維

 未來5G將帶來一個全連接、深融合、高智能的世界，全連接引發海量的數據處理，傳統CDN架構如何滿足低時延的用戶體驗？海量跨界連接以及各種垂直應用需要更智能化的網絡，如何對5G網絡業務進行數字化、智能化管理？

4.1  從云計算到邊緣計算

 現在正在流行的云計算(cloud computing)，是把大量數據放到“云”里計算或存儲。在5G時代，隨著物聯網(Io T)的成長、越來越多4K/8K高清視頻的消耗和越來越豐富的業務（如車載通信、虛擬現實、增強現實）的出現，對網絡的時延帶來很高的要求，單純依靠5G提高網絡性能、降低時延，很難滿足未來業務的要求，邊緣計算(edgecomputing)將是解決這一問題的重要途徑。

 所謂邊緣計算，也有指霧計算(fog computing)，它將應用、數據和服務從中心化模式的云計算移向了位于網絡末端、離用戶更近、更為分散的地方，而不是單獨依賴云端的服務器，這是網絡與典型的云計算原理結合來創造去中心化和分布式的云平臺。萬物互聯的數據、高清的視頻數據被越來越多地在靠近網絡邊緣的地方進行存儲、處理、分析和執行。

 5G網絡存儲和內容分發向用戶端下沉，下沉到接入網，核心網用戶面功能將下沉到基站。ETSI提出的MEC(mobile edge computing，移動邊緣計算)是基于5G演進架構，將基站與各種業務深度融合的一種技術，具有低時延、臨近用戶、高寬帶、實時了解無線網絡信息和位置識別的特性。聯網汽車、電子醫療、工業自動化、增強現實、智能視頻加速、游戲以及Io T服務等應用從移動網絡邊緣計算中獲益�；�于MEC的邊緣云(edge cloud)將助力ICT融合的各種業務，如圖5所示。

 在5G時代，集中式云計算與RAN側部署的分布式邊緣計算的結合能有效減少網絡時延，為物聯網、大視頻、AR/VR等多種業務提升用戶體驗。

4.2基于人工智能使得5G網絡更加智能

 2016年是人工智能誕生60周年，目前產業界關于人工智能的討論非�；馃�，普遍認為將引發產業結構的深刻變革，可以在國防、醫療、工業、農業、金融、商業、教育、公共安全等領域得到廣泛應用，催生新的業態和商業模式。對于5G時代的網絡結構和各種5G業務，產業界基本達成共識，人工智能／機器學習將成為5G時代的一項基礎支撐技術，特別地，給5G網絡的自組織組網(SON)、故障修復、網絡管理、網絡規劃、網絡優化等帶來便利。

 人工智能、機器學習、大數據挖掘分析等技術可以使無線網絡變得更方便、智能，重點實現5G上下文感知增強，支撐如下幾類感知業務：位置相關感知，實現無線網絡下高精度定位、軌跡預測并考慮移動性管理與優化，如網絡切換下參數優化等；業務相關的感知，DPI業務識別、高清視頻Q oE /Q oS評價模型與網絡參數調整等：用戶行為習慣的感知，實現對單個用戶進行畫像；智能運維感知，如智能化的性能檢測、故障原因監控與預測等。在MWC2016,日本KDDI實驗室聯合HP、Brocade等推出基于AI輔助的5G網絡智能運維系統原型。針對SDN/NFV的網絡架構,NFV平臺中嵌入AI監控模塊，能夠自動監控網絡異常，并進行自動恢復，預計準確率超過90%，且效率是傳統監控方式的5倍。

5結束語

 5G移動通信技術帶來的高速率傳輸、低時延特征，給媒體類業務、物聯網和移動互聯網業務的業務形態和用戶體驗都帶來質的變化。除此之外，未來5G網絡與云計算、人工智能技術的結合，將出現云無線接入網絡、移動邊緣計算等新的技術特征，改變了原來的業務流程和交付形式，為用戶提供了智能化和極致體驗的業務和應用。在未來爆炸性的移動數據流量增長、海量的設備連接、不斷涌現的各類新業務和應用場景中，5G移動通信技術為構建以用戶為中心的信息生態系統提供了支撐。