陳 宇，曾 鳴，盧 真，文錦林

（中國移動通信集團設計院有限公司 湖南分公司，湖南 長沙 410000）

1 5G智慧園區(qū)簡介

5G智慧園區(qū)是通過建設5G通信網(wǎng)絡及5G邊緣計算服務器將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及人工智能等技術(shù)融合起來，使得園區(qū)信息基礎設施和公共服務體系更安全、更便捷、更節(jié)能以及更舒適。5G智慧園區(qū)利用5G高速率、低時延以及大連接的新特性，實現(xiàn)園區(qū)智能化工廠機器、安防設備、小區(qū)車輛、消防系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)以及家居電器等的網(wǎng)絡互連、信息互通、操作互動，將極大地賦能入駐企業(yè)、助力招商運營并提升入住住戶幸福指數(shù)，可實現(xiàn)園區(qū)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及城市化管理的高度融合。

2 5G+智慧園區(qū)必要性

從運營商家角度來看面臨兩個方面壓力，一是隨著通信行業(yè)的快速發(fā)展，ToC市場逐步飽和，人口紅利消失，二是5G網(wǎng)絡建設的快速推進，帶來龐大的建設投資和高企的運營成本壓力，這迫使運營商要從原來的“流量”經(jīng)營轉(zhuǎn)變?yōu)椤傲髁?價值”經(jīng)營。5G的最大價值在ToB市場，目前5G已經(jīng)在遠程醫(yī)療、遠程控制、視頻辦公以及智能管理等單項應用方面展現(xiàn)出了強大的能力，但在ToB的應用需要進行系統(tǒng)化的整合才能發(fā)揮出智慧生態(tài)的超能力。智慧園區(qū)聚集了多種產(chǎn)業(yè)的應用場景，但目前技術(shù)應用場景仍在快速迭代當中，能夠在短期內(nèi)實現(xiàn)降本增效的模式不多，因此在新基建政策牽引和行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求的推動下，智慧園區(qū)將成為5G在ToB市場拓展最好的載體，5G+智慧園區(qū)規(guī)?；涞厥?G ToB領域拓展成功的重要一環(huán)[1]。

從智慧園區(qū)的發(fā)展來看，我國正處于從“中國制造”向“中國智造”轉(zhuǎn)型的重要時刻，園區(qū)的網(wǎng)絡化、數(shù)字化、協(xié)同化以及智能化是大勢所趨，老舊的傳統(tǒng)園區(qū)面臨著升級改造成新型智慧園區(qū)的迫切需求。早期智慧園區(qū)可實現(xiàn)數(shù)字化和智能化，是單純的系統(tǒng)集成，各企業(yè)自身部署小型智能化體系，但缺乏與外界互聯(lián)，標準不統(tǒng)一，因此數(shù)據(jù)很難實現(xiàn)有效交互，形成了信息數(shù)據(jù)孤島，而且沒有協(xié)同“智慧”。5G網(wǎng)絡的覆蓋和5G邊緣計算服務器的建設，將使得園區(qū)智能化的工廠機器、安防設備、小區(qū)車輛、消防系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)甚至家居電器等實現(xiàn)網(wǎng)絡互連、信息互通以及操作互動，解決傳統(tǒng)園區(qū)長期面臨的體驗差、安防弱、效率低以及成本高等痛點[2]。同時，5G邊緣計算服務器承載智能化園區(qū)管理平臺也為園區(qū)企業(yè)間公共信息發(fā)布和產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展提供了更好的交互平臺，企業(yè)還可通過租賃本地數(shù)據(jù)中心的方式緩解企業(yè)對網(wǎng)絡服務的要求，降低企業(yè)自建IDC中心的成本。

3 5G智慧園區(qū)發(fā)展環(huán)境與現(xiàn)狀

受限于R15標準對垂直行業(yè)的支持度，以及5G網(wǎng)絡的建設進度，目前終端產(chǎn)業(yè)鏈處于逐步完善和發(fā)展階段，5G智慧園區(qū)建設仍處于試點探索階段。

3.1 5G標準現(xiàn)狀

R15標準作為5G的第一個標準版本，在其制定初期，5G只是被認為是4G的補充，服務于熱點，主要針對高帶寬和高速率的增強移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）場景進行定義，而對于低時延、高可靠性業(yè)務（Ultra Reliable Low Latency Communications，URLLC）僅僅提供了有限的支持，因此需要通過專用資源的規(guī)劃來保證URLLC業(yè)務的可靠性，對NR車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務、企業(yè)專網(wǎng)、NR網(wǎng)絡定位以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)應用技術(shù)沒有針對性的規(guī)范。2020年7月3日3GPP宣布5G標準第二版規(guī)范R16凍結(jié)，R16在垂直行業(yè)新能力上有大增強和拓展，實現(xiàn)了從“能用”到“好用”的擴展，使5G具有更好服務行業(yè)應用的能力，該標準的凍結(jié)也將使垂直行業(yè)各領域產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展進一步提速[3]。

3.2 5G網(wǎng)絡建設情況

運營商通過一、二期工程建設，2020年10月底各運營商5G基站總數(shù)已超7×105，預計年底將達7.9×105。2020年年底，電信和聯(lián)通合建5G網(wǎng)絡與移動5G網(wǎng)絡都將實現(xiàn)市城區(qū)及重點縣城區(qū)的連續(xù)覆蓋，網(wǎng)絡將全面支持SA組網(wǎng)。預計2021年移動將在縣城持續(xù)推進2.6 GHz的連續(xù)覆蓋，與廣電合建的700 MHz網(wǎng)絡也將完成鄉(xiāng)鎮(zhèn)及以上區(qū)域的連續(xù)覆蓋覆蓋，市、縣城區(qū)將形成雙網(wǎng)雙連續(xù)的覆蓋網(wǎng)絡。此外，電信和聯(lián)通通過2.1 GHz的頻率重耕，也將在市、縣城區(qū)及重點鄉(xiāng)鎮(zhèn)構(gòu)建3.5 GHz+2.1 GHz高低頻組合網(wǎng)絡，介時5G網(wǎng)絡將覆蓋各大型園區(qū)，網(wǎng)絡質(zhì)量也將更加完善，為園區(qū)ToC和ToB業(yè)務的發(fā)展提供良好的網(wǎng)絡基礎。

3.3 5G智慧園區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展現(xiàn)狀

在2020年8月31日，在華為舉辦的5G智慧園區(qū)合作伙伴沙龍上，各終端廠商已推出80多款CPE，以及近50個5G工業(yè)模組。行業(yè)終端可通過這些CPE接入園區(qū)的5G專網(wǎng)實現(xiàn)遠程互聯(lián)操作，另外無人機、安防監(jiān)控、自動駕駛車、工廠內(nèi)的機械臂以及工控機等，可通過內(nèi)置5G模組使得終端設備出廠直接具備接入5G網(wǎng)絡能力，可進一步提升可靠性能，降低設備功耗，節(jié)省投資成本，減少維護復雜度。目前，行業(yè)終端日趨成熟，涉及的行業(yè)應用也與日俱增，如高清視頻、移動巡檢、AGV調(diào)度、AR/VR以及機器視覺等，它將加速推進5G智慧園區(qū)的發(fā)展。

3.4 5G智慧園區(qū)建設現(xiàn)狀

受標準、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展以及網(wǎng)絡建設進度等因素的影響，目前5G+智慧園區(qū)的建設仍在探索與起步階段。5G技術(shù)在智慧園區(qū)的推廣應用主要集中在5G云信息、5G智能安防、5G智慧出行以及5G智能機器人等。

基于5G網(wǎng)絡的云信息平臺，可支撐各類終端遠程快捷地實現(xiàn)從素材獲取到最終發(fā)布的全部過程，實現(xiàn)園區(qū)公共信息地快速發(fā)布，滿足園區(qū)多媒體企業(yè)快速高效生產(chǎn)的需求。5G智能安防主要通過5G提供的高帶寬完成海量高清視頻流的采集，通過搭建在5G邊緣服務器上的管理平臺或5G云管理平臺進行智能分析，實現(xiàn)園區(qū)門禁、停車引導、訪客軌跡、活動簽到一臉通、安保調(diào)度以及園區(qū)管理與服務人員的高效調(diào)度，全面提升園區(qū)的安全防護能力。5G智慧出行利用5G低時延高可靠場景，推出無人巴士和出租車，方便園區(qū)公用出行。此外，5G智能機器人通過5G、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、移動邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）、激光導航以及智能識別等技術(shù)，以服務機器人形式實現(xiàn)機器人迎賓導航、智能巡檢以及無人配送等服務，多方位提升園區(qū)智能服務水平。

4 未來5G智慧園區(qū)的展望

從宏觀背景看，5G+智慧園區(qū)正迎來快速發(fā)展機遇期。據(jù)IDC統(tǒng)計，2019年中國各類園區(qū)ICT投資超過2×1011元，未來4年復合年均增長率約為12.7%。目前，全國156家高新區(qū)中，已有52個正在推進智慧園區(qū)建設，在新基建和加速數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的頂層設計牽引，以及政府治理需求和企業(yè)提質(zhì)降本增效需求驅(qū)動下，園區(qū)智慧化升級將進一步加速。從5G技術(shù)發(fā)展看，R16在垂直行業(yè)新能力的拓展，進一步增強了5G更好服務行業(yè)應用的能力，標準的凍結(jié)也將進一步促進網(wǎng)絡、終端產(chǎn)業(yè)鏈以及5G智慧園區(qū)應用的發(fā)展。未來，在5G技術(shù)更替演進下，5G智慧園區(qū)將在5G+TSN工業(yè)互聯(lián)、5G虛擬專網(wǎng)、NR車聯(lián)網(wǎng)、NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)以及NR網(wǎng)絡定位等方面拓展更多應用。

4.1 5G+TSN工業(yè)互聯(lián)

R16標準中RAN側(cè)通過下行鏈路控制信息（Downlink Control Information，DCI）壓縮、冗余鏈路傳輸配置、免調(diào)度資源配置、支持亂序的上行物理共享信道上行物理共享信道（Physical Uplink Shared Channel，PUSCH）調(diào)度以及定義不同業(yè)務資源搶占規(guī)則等一系類的技術(shù)提升5G網(wǎng)絡的可靠性（可靠性為99.9999%），降低時延（0.5～1 ms空口時延），克服了UE間或UE內(nèi)URLLC業(yè)務和eMBB業(yè)務共存而導致的業(yè)務性能和頻譜效率下降的問題，更好滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中時間敏感網(wǎng)絡（Time Sensitive Network，TSN）架構(gòu)的時間同步、低時延傳輸、高可靠性以及資源管理4大嚴苛的功能需求，同時5G與TSN融合后，5G NR無線網(wǎng)將替代工廠內(nèi)的有線網(wǎng)絡，讓工業(yè)生產(chǎn)更加柔性化。

4.2 5G虛擬專網(wǎng)

通過公網(wǎng)專用技術(shù)，可滿足部分行業(yè)用戶的區(qū)域性無線資源專享和尊享需求，使得行業(yè)用戶可參與并定制移動通信網(wǎng)絡的運營模式，如園區(qū)內(nèi)用戶接入本地服務，實現(xiàn)免流量費，根據(jù)用戶等級授權(quán)網(wǎng)絡使用權(quán)限等。相比傳統(tǒng)的WiFi網(wǎng)絡，5G網(wǎng)絡信號更佳、安全性更高、速度更快且延遲更低。園區(qū)可通過非獨立和獨立兩種模式部署專網(wǎng)，非獨立組網(wǎng)模式下園區(qū)各類終端可通過5G網(wǎng)絡切片技術(shù)和小區(qū)接入組（Cell Access Group）控制技術(shù)實現(xiàn)與運營商公網(wǎng)共享網(wǎng)絡資源，實現(xiàn)端到端5G業(yè)務網(wǎng)絡切片的專享。獨立部署模式是指從基站到核心網(wǎng)到云平臺的整個5G網(wǎng)絡，與運營商的5G公網(wǎng)采用不同的網(wǎng)絡設備，物理隔離獨立部署，這樣組網(wǎng)方式使得園區(qū)內(nèi)的設備信息、用戶面數(shù)據(jù)流量、工業(yè)流程以及工藝控制信息等都不會出園區(qū)，以滿足工業(yè)領域數(shù)據(jù)安全、時延敏感以及高度可靠等嚴苛需求。

4.3 NR車聯(lián)網(wǎng)（V2X）

R16標準通過增加支持單播/組播、冗余發(fā)送次數(shù)增加，以及HARQ反饋等技術(shù)，V2X業(yè)務在一定條件下可以達到時延3 ms，可靠性99.999%，較LTE網(wǎng)絡時延20 ms，可靠性95%有大提升，同時支持車輛編隊、外延傳感器、半自動駕駛以及遠程駕駛等更豐富的車聯(lián)網(wǎng)應用場景，將使園區(qū)自動駕駛更快捷、更安全且更智能，應用場景更廣。

4.4 NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)

NB-IoT技術(shù)正式成為5G標準，成為5G低功耗廣域網(wǎng)場景應用首選，這將加速NB-IoT生態(tài)和應用在全球的大發(fā)展。它將涉足園區(qū)抄表（水/氣/電/熱）、智能水務、智能消防、智能路燈、智能停車、城市垃圾桶管理、公共安全、門禁、智能HVAC以及煙感/火警檢測等各領域，提升園區(qū)智能化。

4.5 NR網(wǎng)絡定位

R16利用5G大帶寬（時間分辨率高）和多波束（角度信息）的特點，引入了多種5G空口定位技術(shù)，定位精度相比4G提高10倍以上，達到米級，將有效解決室內(nèi)區(qū)域定位問題，實現(xiàn)樓宇內(nèi)的資產(chǎn)追蹤和智能導航。

5 結(jié) 論

如今，5G智慧園區(qū)從終端、網(wǎng)絡、平臺到應用都日趨成熟，在5G新基建潮流，以及“中國制造”向“中國智造”產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的推動下，5G智慧園區(qū)規(guī)?；渴饘⒏斓絹?。