《5G移動(dòng)通信技術(shù)》 課件 項(xiàng)目二任務(wù)一 5G的發(fā)展需求和發(fā)展愿景

項(xiàng)目二任務(wù)一

5G的發(fā)展需求和發(fā)展愿景學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)1：能夠舉例個(gè)人移動(dòng)通信業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)性能的需求與愿景。知識(shí)點(diǎn)2：能夠舉例說明智慧工廠對網(wǎng)絡(luò)性能的需求與愿景。移動(dòng)通信的演進(jìn)人類的欲望一直都在驅(qū)使著我們?nèi)ヌ剿骱蛣?chuàng)新。為了滿足對更好生活的渴望，我們不斷地研發(fā)新的技術(shù)，不斷地改進(jìn)我們的生產(chǎn)與生活方式。從最初的石器時(shí)代，到現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和人工智能，科技在不斷地提升我們的生活質(zhì)量。現(xiàn)如今云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)都在加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型。數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要高速、可靠、智能的網(wǎng)絡(luò)支持，5G網(wǎng)絡(luò)的高速率、大帶寬和低延遲特性可以滿足這一需求，為各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了強(qiáng)有力的支持。“”本次任務(wù)舉例了一些5G的應(yīng)用場景，這些業(yè)務(wù)和應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)的需求各不相同，要求網(wǎng)絡(luò)能夠提供多樣化的服務(wù)，同時(shí)還需要網(wǎng)絡(luò)具備更高的安全性和可靠性。5G網(wǎng)絡(luò)可以提供更加靈活、智能和安全的服務(wù)，滿足不同業(yè)務(wù)和應(yīng)用的需求。”知識(shí)儲(chǔ)備:未來的5G移動(dòng)通信系統(tǒng)將滲透到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中，以用戶為中心構(gòu)建全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)。5G將使信息突破時(shí)空限制，提供極佳的交互體驗(yàn)，為用戶帶來身臨其境的信息盛宴。通過無縫融合的方式，便捷地實(shí)現(xiàn)人與萬物的智能互聯(lián)。5G將為人們提供接近“零”時(shí)延的使用體驗(yàn)，同時(shí)提供千億設(shè)備的連接能力，超高的流量密度，最終實(shí)現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。（1）帶寬類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)場景

現(xiàn)如今，我們經(jīng)常聽到AR、VR、MR、XR等術(shù)語，但是它們究竟代表什么意思呢？它們之間又有什么區(qū)別呢？日常生活中你都接觸到哪個(gè)R？

VR（VirtualReality）：虛擬現(xiàn)實(shí)，是指通過計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)與真實(shí)世界完全不同的三維（3D）虛擬環(huán)境，讓用戶能夠沉浸到其中，感受到虛擬的視覺、聽覺、觸覺等。例如，人們通過頭戴設(shè)備，可以進(jìn)入虛擬的游戲、電影等場景。VR對網(wǎng)絡(luò)性能的需求見表2-1-1。01AR（AugmentedReality）：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，是指通過計(jì)算機(jī)技術(shù)將虛擬信息疊加到真實(shí)世界中，讓用戶能夠感知到虛實(shí)結(jié)合的場景。例如，通過智能手機(jī)或頭戴設(shè)備，可以在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中看到虛擬的導(dǎo)航、標(biāo)識(shí)、角色等。如果要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的AR體驗(yàn)，如高清晰度視頻流、實(shí)時(shí)交互等，需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬可能在200Mbps以上。同時(shí)，由于AR應(yīng)用需要與現(xiàn)實(shí)場景進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，因此對網(wǎng)絡(luò)延遲的要求也非常嚴(yán)格，通常需要低于5ms的延遲以保證良好的用戶體驗(yàn)。MR（MixedReality）：混合現(xiàn)實(shí)，是指將真實(shí)世界和虛擬世界融合在一起，讓用戶能夠在真實(shí)環(huán)境中與虛擬物體進(jìn)行交互。例如，通過頭戴設(shè)備或透明屏幕，可以在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中操控虛擬的工具、模型、人物等。具體來說，如果要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的MR體驗(yàn)，如高清晰度視頻流、實(shí)時(shí)交互等，需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬可能在100Mbps以上。同時(shí)，由于MR應(yīng)用需要與現(xiàn)實(shí)場景進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，因此對網(wǎng)絡(luò)延遲的要求也非常嚴(yán)格，通常需要低于10ms的延遲以保證良好的用戶體驗(yàn)。另外，隨著MR技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用場景的多樣化，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求也可能會(huì)有所增加。例如，如果要在更大的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)MR體驗(yàn)，或者需要支持更多用戶同時(shí)參與，那么對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求就可能更高。XR包括三種技術(shù):AR、VR、MR。AR(AugmentedReality)即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，該技術(shù)通過計(jì)算機(jī)算法將文字、圖像、3D模型、視頻等虛擬信息疊加到真實(shí)世界的環(huán)境中，用戶可以借助鏡片等介質(zhì)“觀看”其所處的世界，從而擁有“超現(xiàn)實(shí)”的感官體驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)世界的“增強(qiáng)”作用。如果要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的XR體驗(yàn)，如高清晰度視頻流、實(shí)時(shí)交互等，需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬可能在500Mbps以上，通常需要低于20ms的延遲以保證良好的用戶體驗(yàn)。當(dāng)然對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求，具體取決于應(yīng)用場景和體驗(yàn)質(zhì)量的要求。綜上所述，對于AR、VR、MR、XR應(yīng)用來說，業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的帶寬、高速傳輸和低延遲特性的要求是非常重要的。而當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)理論峰值速率為100Mbit/s至150Mbit/s,平時(shí)用戶體驗(yàn)速率大概為30-50Mbit/s,顯然4G網(wǎng)絡(luò)無法支持以上業(yè)務(wù)。為了保證良好的用戶體驗(yàn)，需要在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下提供足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬和低延遲的網(wǎng)絡(luò)連接。（2）工業(yè)領(lǐng)域場景當(dāng)前全球工業(yè)正處于第四次工業(yè)革命時(shí)期，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化已成為發(fā)展主流，以5G為代表的新一代信息通信技術(shù)成為工業(yè)發(fā)展的技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)力。工業(yè)生態(tài)體系變革帶動(dòng)了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化升級(jí)，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)正由傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線向工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)進(jìn)行演進(jìn)。5G技術(shù)作為新一代的通信平臺(tái)，其技術(shù)特性充分匹配工業(yè)實(shí)時(shí)、可靠、安全的通信要求，5G技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的有機(jī)融合將進(jìn)一步激發(fā)工業(yè)界的創(chuàng)新動(dòng)力。5G技術(shù)的低時(shí)延、超可靠、大連接特性，解決了工業(yè)領(lǐng)域傳統(tǒng)短距離無線通信的痛點(diǎn)：覆蓋范圍小、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、終端連接率不足等方面的問題，使得5G無線技術(shù)有能力承載工業(yè)現(xiàn)場的各類通信業(yè)務(wù)。行業(yè)相關(guān)機(jī)構(gòu)研究報(bào)告指出工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場份中無線業(yè)務(wù)繼續(xù)以24%的速度快速增長，無線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已擁有7%的市場份額。未來5G無線業(yè)務(wù)將在工廠全面落地，從園區(qū)監(jiān)測、智能物流、智能控制等生產(chǎn)環(huán)節(jié)到工業(yè)自動(dòng)化核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場存在大量移動(dòng)設(shè)備(諸如隨行夾具、機(jī)器人抓手、輸送設(shè)備等)，現(xiàn)有有線組網(wǎng)復(fù)雜、線路布放相對雜亂，無法有效兼容數(shù)據(jù)采集、AR、機(jī)器視覺等非實(shí)時(shí)IT業(yè)務(wù)，工業(yè)現(xiàn)場需引入5G通信技術(shù)解決當(dāng)前難題，進(jìn)而帶動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新變革。5G帶來三個(gè)方面的改變:一是去掉有線束縛，解決不便于有線連接的移動(dòng)類場景，同時(shí)減少移動(dòng)造成的通信故障。二是智能融合組網(wǎng)，5G提供IT非實(shí)時(shí)與OT實(shí)時(shí)多業(yè)務(wù)共用一張網(wǎng)的能力，網(wǎng)絡(luò)的扁平化架構(gòu)可以解決業(yè)務(wù)兼容問題。三是工業(yè)控制應(yīng)用，5G與工業(yè)的融合將加速機(jī)器人應(yīng)用落地，為工廠的智能化柔性生產(chǎn)夯實(shí)基礎(chǔ)。工業(yè)現(xiàn)場實(shí)時(shí)控制對5G網(wǎng)絡(luò)提出低時(shí)延與高可靠性的要求，在網(wǎng)絡(luò)扁平化的同時(shí)，要求工業(yè)5G具備eMBB和URLLC等特性的多業(yè)務(wù)能力。5G超可靠低延遲通信(URLLC)特性不斷成熟，相關(guān)應(yīng)用從單鏈路的人機(jī)遠(yuǎn)程操控，逐步開始進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化控制的人機(jī)界面控制與現(xiàn)場實(shí)時(shí)控制。

任務(wù)實(shí)施步驟1：請說明AR、VR、MR、XR為什么需要5G網(wǎng)絡(luò)提供支撐，同時(shí)談?wù)勆磉呥@類業(yè)務(wù)中哪些可以使用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。步驟2：請簡述5G通信網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢以及你認(rèn)為工業(yè)領(lǐng)域中哪方面可以有效的利用5G網(wǎng)絡(luò)。

任務(wù)實(shí)施評價(jià)本次任務(wù)實(shí)施評價(jià)見表2-1-2。任務(wù)自我評價(jià)團(tuán)隊(duì)評價(jià)教師評價(jià)20分50分30分團(tuán)隊(duì)協(xié)作

獨(dú)立思考

紀(jì)律觀念

完成時(shí)間

工作態(tài)度

學(xué)習(xí)主動(dòng)性

任務(wù)完成質(zhì)量

得分小結(jié)

得分合計(jì)

學(xué)習(xí)過程遇到哪些困難？

如何解決遇到的問題。

自己在完成任務(wù)中哪些方面有提高？

在完成任務(wù)中存在哪些不足？

教學(xué)活動(dòng)自我評分小組評分共享（15分）

貢獻(xiàn)（15分）

傾聽（15分）

協(xié)作（15分）

問題解決（20分）

決策（15分）

其他（5分）

任務(wù)總結(jié)本次任務(wù)總結(jié)見表表2-1-3請列舉出本次課你學(xué)習(xí)到哪些知識(shí)？

請談?wù)劚敬握n學(xué)習(xí)的內(nèi)容可以應(yīng)用哪些方面？

發(fā)揮你的想象力，本次課知識(shí)除了常規(guī)的應(yīng)用，還能在哪些方面可以運(yùn)用？

請你談?wù)勁c本次內(nèi)容相關(guān)或相近的5G時(shí)訊

任務(wù)拓展汽車制造是國家經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè),當(dāng)下正處在數(shù)字化轉(zhuǎn)型、新能源生產(chǎn)線創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，5G與人工智能、大數(shù)據(jù)分析等新技術(shù)融合，將有效激發(fā)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新動(dòng)力，支撐汽車制造行業(yè)構(gòu)建柔性化智能產(chǎn)線，助力產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。汽車的制造工藝主要有沖壓、焊裝、涂裝、總裝，也就是俗稱的“四大工藝”。焊裝和總裝車間的各種設(shè)備連接和操作均具有典型性，包括機(jī)器人、轉(zhuǎn)臺(tái)、滑臺(tái)、車型識(shí)別系統(tǒng)(ID)、皮帶輥床等設(shè)備，能夠覆蓋大部分的典型場景，可以代表汽車行業(yè)產(chǎn)線的典型特征。如今汽車市場中消費(fèi)者個(gè)性化需求增加，為了搶占市場，需建立面向多車型快速上線的柔性生產(chǎn)，而現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)存在以下問題:信息采集采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，使用多種類型的總線網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致協(xié)議接口眾多。網(wǎng)絡(luò)采用硬線銅纜，數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制都進(jìn)行