到目前為止，智慧手機(jī)用戶似乎對5G並不十分感興趣。但另一方面，一些工廠、辦公大樓、遠(yuǎn)端辦公室等，卻高度關(guān)注該技術(shù)的現(xiàn)況與應(yīng)用發(fā)展。
第五代移動通信系統(tǒng)，也就是通常所說的5G。日本市場從2020年3月開始，由軟銀、NTT DoCoMo、KDDI等電信運(yùn)營商，在全國範(fàn)圍內(nèi)提供服務(wù)和基礎(chǔ)建設(shè)。 5G的主要特點是，可高速傳送和接收大量資料，例如實現(xiàn)高解析視訊直播和線上醫(yī)療領(lǐng)域。
此外，由於通信延遲可以減少到4G的1/10左右，因此，也預(yù)計會被應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械和工業(yè)機(jī)器人等，需要即時通信的遠(yuǎn)距控制應(yīng)用。再加上基地臺到終端設(shè)備的通信機(jī)制比4G簡單，更允許同時連接大量終端的特性，相信可以物聯(lián)網(wǎng)上被大量導(dǎo)入。
到目前為止，智慧手機(jī)用戶似乎對5G並不十分感興趣。但另一方面，一些工廠、辦公大樓、遠(yuǎn)端辦公室等，卻高度關(guān)注該技術(shù)的現(xiàn)況與應(yīng)用發(fā)展。
在德國巴伐利亞的Bosch Rexroth工廠中，被設(shè)計有輪子的機(jī)器人，不斷地在製造設(shè)備和機(jī)器人手臂之間來回移動，而這些新一代的具有移動能力的機(jī)器人，都內(nèi)建了5G數(shù)據(jù)機(jī)(MODEM)。在這先進(jìn)的製造設(shè)備部門，已經(jīng)將5G視為未來的主要趨勢，根據(jù)Bosch的資料顯示，在工廠內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸量，與傳輸速度已經(jīng)超越了普通應(yīng)用時遊戲和電影的下載量。因此Bosch Rexroth開發(fā)了一條基於5G的通訊網(wǎng)路的模組化生產(chǎn)線，將工廠內(nèi)製造設(shè)備的所有零件、和其他高精度電動工具、機(jī)器人等連接起來(圖1)。
| 圖1 : Bosch Rexroth的機(jī)器人，都內(nèi)建了5G數(shù)據(jù)機(jī)。(Source：Bosch) |
|
延伸到工業(yè)應(yīng)用的Private 5G與Local 5G
這樣的變化是有充分的背景演變。首先，5G的下載速度高達(dá)10 Gbps，這比目前的網(wǎng)路快上20倍，雖然號稱可在智慧電話等的行動設(shè)備上，實現(xiàn)虛擬實境（VR）等等的巨量數(shù)據(jù)傳輸，但是5G的超高速傳輸能力，僅能在某些特殊規(guī)格的基地臺上運(yùn)轉(zhuǎn)，這使得全球各大電信運(yùn)營商，需要花費(fèi)相當(dāng)長的一段時間來建立網(wǎng)路。
換句話說，在基地臺建設(shè)這個階段內(nèi)，雖然眾多的消費(fèi)者都使用相同5G智慧手機(jī)，但是會因為所在的區(qū)域差異而出現(xiàn)速率有所不同的現(xiàn)象。
5G通訊的應(yīng)用與普及在面對這樣瓶頸下，就有研發(fā)人員設(shè)想，小區(qū)域範(fàn)圍的工廠或倉庫中，如果可以使用5G通訊技術(shù)，建立起專用無線網(wǎng)路，提高接收和傳輸能力，將通訊的延遲時間從目前50毫秒，獲得大幅度的改善，最短可達(dá)到的1毫秒，此外，因為高度的可靠性，能夠同時連接成千上萬的設(shè)備，維持設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。藉此不僅成為智慧工廠推動的最大助力，更有機(jī)會讓5G通訊應(yīng)用普及，不必受到因為基礎(chǔ)建設(shè)因素而推遲。在這樣背景之下，Private 5G與Local 5G的技術(shù)觀念就被提出。
目前大多的企業(yè)都是透過Wi-Fi技術(shù)在有限的區(qū)域內(nèi)建設(shè)通訊網(wǎng)路，但是在速度與安全性上都有相當(dāng)大的瓶頸與漏洞。
而Private 5G與Local 5G則是採用了一種名為訊息交遞(Handover)的技術(shù)，在大範(fàn)圍的區(qū)域內(nèi)，達(dá)到可以比Wi-Fi更快速、強(qiáng)大、高安全性與穩(wěn)定的通訊能力。
日前日本各大通訊業(yè)者正積極開發(fā)「私有5G(Private 5G)」，基本上這是一種5G技術(shù)的應(yīng)用，私有5G是透過網(wǎng)路切片(Network Slicing)技術(shù)，為每個公司和地方政府分別構(gòu)建獨(dú)立性的私人網(wǎng)路系統(tǒng)。
網(wǎng)路切片是一種用於虛擬分割（Slice）網(wǎng)路，以提供更有效滿足用戶要求的網(wǎng)路環(huán)境的技術(shù)。例如，具有更高的通信速度和容量的超高速、大容量切片，和具有通信延遲到極限的「超低延遲切片」等。
私有5G與Local 5G一樣，都是在企業(yè)在廠區(qū)內(nèi)建設(shè)符合需求的私人5G網(wǎng)路。但不同的是私有5G不需要取得無線電臺許可。
Local 5G的技術(shù)優(yōu)勢與頻段使用權(quán)
Local 5G是透過企業(yè)內(nèi)專網(wǎng)中使用高品質(zhì)的5G，目前已經(jīng)開始陸續(xù)被導(dǎo)入企業(yè)和地方政府。除了能將工廠具備高速無線通訊能力外，並通過網(wǎng)路連結(jié)機(jī)器人和生產(chǎn)設(shè)備、中央控制系統(tǒng)，使傳統(tǒng)生產(chǎn)線提升成更加高效率的智慧工廠。不僅製造業(yè)，Local 5G的應(yīng)用也可延伸到體育場館的視訊傳送、建築工地的遠(yuǎn)距施工等。
傳統(tǒng)上公用5G是電信業(yè)者所提供給法人或個人用戶所使用的開放性通信系統(tǒng)，需要在城市等地區(qū)分階段進(jìn)行通訊設(shè)備的建設(shè)，所以在使用的區(qū)域上還是有限制性的。而Local 5G並非是電信業(yè)者在某一區(qū)域所建設(shè)5G私人網(wǎng)路，而是一般企業(yè)就可以自行規(guī)劃建設(shè)，所以即使在沒有公共5G的地區(qū)，也可以也可以透過這個技術(shù)達(dá)到5G通信的速度與傳輸能力(圖2)。
| 圖2 : Local 5G並非是電信業(yè)者在某一區(qū)域所建設(shè)5G私人網(wǎng)路，而是一般企業(yè)就可以自行規(guī)劃建設(shè)。(source：NEC；智動化整理) |
|
另外，與公共區(qū)域所使用公共5G系統(tǒng)不同的是，Local 5G不太會受到其他區(qū)域通信問題或網(wǎng)路擁堵的影響，更進(jìn)一步的，由於資料可以與外部網(wǎng)路隔絕，因此在資料的發(fā)送和接收安全性相當(dāng)高。因此Local 5G已經(jīng)是被認(rèn)為是智慧工廠的理想選擇通訊技術(shù)，企業(yè)在廠區(qū)內(nèi)建設(shè)私人網(wǎng)路絡(luò)，實現(xiàn)機(jī)器人的自動操作和遠(yuǎn)距操控。
就技術(shù)規(guī)格來看，5G比起現(xiàn)有的無線解決方案更為可靠。例如，在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時，可以快速尋找遺失的封包；或避免網(wǎng)路瓶頸和發(fā)送數(shù)據(jù)的方法。目前的市場上有一些針對工廠應(yīng)用，所開發(fā)的無線通訊解決方案，但是大多數(shù)都是透過Wi-Fi進(jìn)行連接，這在可靠度方面還是不足夠。在辦公室或家庭的應(yīng)用，丟失某些數(shù)據(jù)封包可能不是太大問題，但是對於機(jī)器人或生長設(shè)備來說，可能會丟失操作指令，甚至突然停止，在最壞的情況下，甚至可能導(dǎo)致生產(chǎn)暫停的損失。
所以日本針對工廠和小區(qū)域工業(yè)應(yīng)用的Local 5G概念（特定區(qū)域的第五代移動通信系統(tǒng)）和法規(guī)就被提出來討論。
頻段被定義在28.2-28.3GHz的Local 5G，提供通訊設(shè)備製造商、通訊業(yè)者、機(jī)關(guān)單位、大學(xué)等單位申請許可，並於2020年2月發(fā)出了第一張Local 5G執(zhí)照。雖然這個頻段的傳輸速度較快，但穿透障礙物能力較低，因此在傳輸距離方面也相對較短。對於這個問題，日本總務(wù)省計畫新增28.3GHz-29.1GHz、4.6GHz-4.8GHz（室內(nèi)）、4.8-4.9GHz（室內(nèi)/室外）的頻段。
此外，Local 5G具有強(qiáng)大的安全性，不必共用頻寬，以及進(jìn)行加密，來對發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，所以製造業(yè)者可以透過購買頻率使用權(quán)的方式，建設(shè)獨(dú)立於無線通訊業(yè)者之外的工廠內(nèi)部自有網(wǎng)路。
全球各大企業(yè)陸續(xù)展開Local 5G先導(dǎo)性實驗
富士通利用Local 5G開發(fā)私有無線雲(yún)端服務(wù)
富士通發(fā)表了連接到4.7GHz頻段獨(dú)立5G基站的Local 5G計畫。這個計畫，將服務(wù)將分為兩類：一類是「私有無線託管服務(wù)」，提供概念驗證（PoC）和無線電牌照申請、無線電波測量、設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)維等服務(wù)；另一類是「私有無線雲(yún)端服務(wù)」，提供自管無線系統(tǒng)（基站、核心網(wǎng)、SIM）的通信功能及其管理，服務(wù)費(fèi)為每月40萬日元起（需要100萬日元的初始費(fèi)用）。並透過IA伺服器來降低成本，讓使用戶可以較低的成本享受到5G通信大容量、高密度和低延遲的優(yōu)點(圖3)。
| 圖3 : 富士通對客戶的數(shù)位化轉(zhuǎn)換提供私有無線通訊服務(wù)。(source：富士通；智動化整理) |
|
同時，富士通已在其COLMINA平臺上，利用Azure IoT Edge進(jìn)行了整合視覺化的驗證，並確認(rèn)了其有效性。計畫內(nèi)容是利用Azure IoT Edge分析人的運(yùn)動資料、無人車的高解析影像，以及實驗室中攝影鏡頭、行動終端和伺服器的資料，在富士通的上集中視覺化。未來還將在大山工廠進(jìn)行驗證，並推進(jìn)到商業(yè)化。包括日本微軟在內(nèi)的10多家公司已經(jīng)簽署了富士通的Local 5G合作計畫(圖4)。
| 圖4 : 對客戶的數(shù)位化轉(zhuǎn)換提供私有無線通訊服務(wù)。(source：富士通；智動化整理) |
|
新日鐵開始驗證Local 5G的應(yīng)用
另一家日本大型製造業(yè)者「新日鐵」也計畫導(dǎo)入Local 5G。新日鐵是透過旗下的日鐵Solutions，來為新日鐵的室蘭工廠布建Local 5G/私有LTE的自營無線網(wǎng)路服務(wù)，並取得自營及其他BWA（Broadband Wireless Access）相關(guān)許可證。
日鐵Solutions的計畫是，在第一階段是利用4G進(jìn)行驗證。包括無線區(qū)域的設(shè)計、牌照申請的支援、系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)，並採用芬蘭的諾基亞作為無線設(shè)備。
| 圖5 : 新日鐵透過自建的Local 5G無線網(wǎng)路，來確保廠區(qū)列車的遠(yuǎn)端駕駛與安全機(jī)制。(source：新日鐵；智動化整理) |
|
透過自建的無線網(wǎng)路，能夠在規(guī)範(fàn)的區(qū)域達(dá)到高速無線通訊，實現(xiàn)無限的資料量傳輸，並且獨(dú)立於外部通信網(wǎng)路，來確保安全。
這個應(yīng)用驗證計畫被稱為「安全守護(hù)者」平臺，日鐵Solutions在村蘭工廠中的柴油電車上安裝了高解析4K攝影機(jī)，並設(shè)置以4G技術(shù)為基礎(chǔ)的自控BWA基地臺，將4K攝影機(jī)所拍攝到的高解析影像進(jìn)行無線傳輸和分析。以此作業(yè)來確認(rèn)遠(yuǎn)端操作的技術(shù)要求，和4G的應(yīng)用技術(shù)。此外，也將高精度定位（RTK定位）應(yīng)用於柴油電車來完成位置視覺化系統(tǒng)，進(jìn)一步的提高車輛顯示位置的準(zhǔn)確性，達(dá)到確保區(qū)域內(nèi)工作人員的安全。
未來，將更進(jìn)一步的建立各種資訊綜合平臺，並加強(qiáng)對接近工人的報警等附加功能。同時對整個區(qū)域進(jìn)行無線電波傳播分析，來解無線電波的傳播方式，和鋼鐵工廠特有的傳送速率，做為未來應(yīng)用於多個無線網(wǎng)路在生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用的準(zhǔn)備。
第二階段，就正式利用Local 5G建立遠(yuǎn)距操作的傳輸技術(shù)，推動工廠的數(shù)位化雙胞胎和智慧工廠，達(dá)到在生產(chǎn)現(xiàn)場利用5G網(wǎng)路實現(xiàn)數(shù)位化轉(zhuǎn)型。
最後將室蘭事業(yè)所取得成果的基礎(chǔ)上，推廣到其他鋼鐵廠和新日鐵集團(tuán)各公司的生產(chǎn)基地。
KONICA MINOLTA將開發(fā)影像物聯(lián)網(wǎng)和5G整合應(yīng)用
KONICA MINOLTA與KDDI、NEC在位大阪高槻的KONICA MINOLTA 「創(chuàng)新園OSAKA中心」建立了「Hybrid的5G」基地臺實驗室，來進(jìn)行Local 5G的相關(guān)服務(wù)開發(fā)。
這座實驗室將配備日本少見的5G和Local 5G的混合開發(fā)環(huán)境，並模擬一般辦公環(huán)境、工廠等製造現(xiàn)場、室內(nèi)外支援作業(yè)等，來開發(fā)5G服務(wù)相關(guān)的技術(shù)和應(yīng)用，並將研究結(jié)果提供業(yè)界企業(yè)、大學(xué)和其他研究機(jī)構(gòu)。
KONICA MINOLTA將透過這座實驗室開發(fā)「高解析影像的高速AI處理」，來結(jié)合影像物聯(lián)網(wǎng)和5G，在辦公、製造現(xiàn)場、醫(yī)養(yǎng)、農(nóng)業(yè)、娛樂等多個領(lǐng)域提供高價值性服務(wù)。而NEC則將建立一個可以實際體驗和驗證Local 5G的環(huán)境，更進(jìn)一步的支援KONICA MINOLTA及其客戶業(yè)務(wù)的DX(數(shù)位化轉(zhuǎn)型)。
日本以外，如德國的BMW、VolksWagen和Lufthansa等現(xiàn)階段已經(jīng)開始進(jìn)行Local 5G的測試。以及瑞典的Sandvik 集團(tuán)也積極佈建利用5G技術(shù)來進(jìn)行遠(yuǎn)端設(shè)備的控制
結(jié)語
但並非所有的產(chǎn)業(yè)都對Local 5G技術(shù)有高度的興趣。最大的考量點是，是否值得需要支出額外的費(fèi)用來使用Local 5G通訊，無論是在頻譜可用性，還是在服務(wù)成本方面。例如DHL正展開可行性的研究，來瞭解5G在其設(shè)備中的好處，不僅要確定5G技術(shù)與4G和LTE相比的優(yōu)勢性，還要確定建設(shè)成本，及採用該技術(shù)所需的費(fèi)用。
數(shù)位化轉(zhuǎn)型(DX)是企業(yè)在數(shù)位時代生存的必要條件，而5G在促進(jìn)DX方面發(fā)揮了重要作用。預(yù)計5G將大量擴(kuò)及應(yīng)用在遠(yuǎn)程生產(chǎn)，使企業(yè)運(yùn)營更順暢、效率更高，加速在次世代的工業(yè)領(lǐng)用，使得遠(yuǎn)距操控、自動化等技術(shù)的需求會越來越大，而工作人員在現(xiàn)場作業(yè)的需要性也愈來愈少。
