自動運転、ニューメディア、農業、エネルギー、医療、工業などの垂直産業における 5G の重要な役割をシンプルかつ深く理解するにはどうすればよいでしょうか。

先日開催された2018年上海世界モバイル大会で、中国移動は2020年までに5Gネットワ​​ークの正式な商用利用を実現する計画を発表した。

では、新世代のモバイル通信技術は私たちの生活にどのような変化をもたらすのでしょうか?

浙江移動は2018年杭州マラソンで、国内最大のスポーツイベントの「5G HDライブ放送」を制作した。5G通信設備と高解像度カメラを搭載した大型ドローンから提供されるライブ放送画像を通じて、各選手の表情や汗までもがはっきりと見えた。

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この明確なライブ放送に加えて、業界は5Gの将来の応用シナリオを次のように説明しています。世界の5Gの応用分野は、自動運転、公共交通、ニューメディア、農業、エネルギー、医療、工業など、さまざまな垂直分野をカバーし、「より多くの業界と深く融合できるようになります。」CCIDコンサルティングの予測によると、中国の5G業界の全体的な市場規模は1兆1500億元に達し、4G業界の全体的な市場規模より約50％増加します。

傍観者である私には、その理由が理解できないかもしれません。5G は 4G のアップグレードにすぎないのではないですか? 速度の高速化と画像の鮮明化以外に、5G はこれらの垂直産業に本当に画期的な変化をもたらすことができるのでしょうか? 自動運転や新メディアなどの垂直アプリケーションで、5G テクノロジーはどのような中心的な役割を果たすことができるのでしょうか? たとえば、エネルギーの場合、5G がそれにどう関係するのか、どれだけ頑張ってもわかりません。

私は議論を刺激するためにこの記事を書きました。馬化騰氏は、消費者向けインターネットから産業用インターネットへと変革する必要があり、5G はキラーになる可能性があると述べました。

1. 4Gと比較した5Gの特徴

4Gと比較すると、5Gは人と人の間のつながりだけでなく、人とモノ、モノとモノの間のつながりの要件も十分に考慮しています。たとえば、主に速度を追求する4Gと比較すると、5Gは速度、遅延、接続密度など、より多くの主要なパフォーマンス指標に重点を置いています。つまり、5Gはパフォーマンスにおいてより多くの次元を追求しています。

無線速度を単一次元で向上させるだけでは、応用シナリオが限られる可能性がありますが、レイテンシや接続密度などの次元が追加されると、ビッグデータの多次元性と同様に、まったく異なる無線ネットワークの世界の体験が生まれ、応用シナリオの充実に向けた強固な基盤が築かれます。

5G と 4G の主な比較指標は次のとおりです。

速度: 4G*100、ホットスポット(コーヒーショップなど)のピーク速度は1Gbpsを超える

遅延: 4G*1/5、1ms に達する可能性があります。将来的には、4G ネットワークで赤い封筒を奪うことは決してできなくなります。

接続密度: 4G*10、巨大なセンサーがあなたと私をつなぎ、真のモノのインターネットの世界を形成します

わが国のIMT-2020（5G）推進グループは、5Gの特性を踏まえ、モバイルブロードバンドのシナリオを、モバイルインターネットとモバイルモノのインターネットという2つの主要シナリオのさらに4つのサブシナリオに分類しました。

モバイルインターネット（eMBB-連続広域カバレッジ）：ビデオ/音声/インターネット/ビデオ通話、20Mbpsでの4K高解像度体験、高速道路/鉄道/村/郊外/遠隔地

モバイルインターネット（eMBBホットスポット大容量）：FTP/ダウンロード/3Dビデオ/VR/AR、100Mbpsの体感速度、ピーク速度は1Gbpsを超える、ホットスポット/屋内/カフェ/オフィス/スタジアム）

モバイル IoT (mMTC - 低消費電力、高接続密度): 監視、センサー、スマート シティ、低消費電力、低コスト、1 平方メートルあたり 100 万接続

モバイル IoT (URLLC - 低遅延、高信頼性): 車両のインターネット、産業用制御、遠隔医療、1 ミリ秒の遅延、ほぼ 100% の信頼性

2. 5Gと自動運転

自動運転は主にセンサーシステム（カメラ、レーダー、ライダー）に基づいて情報を収集します。データ融合技術により、さまざまなセンサー（レーダー、カメラ、ライダーなど）からのデータがインテリジェントに合成され、さまざまな情報源の補完性、冗長性、連携が実現され、より優れた安全な意思決定が可能になります。

例えば、カメラは色を識別できる（標識や道路標識を識別できる）という利点があるものの、悪天候や光の影響を受けやすいという欠点があります。一方、レーダーは距離測定や雨や霧を透過するといった利点があります。両者を補完的に統合することで、より正確で信頼性の高い評価や判断が可能になります。

現在、多くの人が話題にしている自動運転は、車上のローカルセンサーとデータ融合に基づいて意思決定を行います。しかし、このローカル実装方法には何らかの制限があると考えたことはありますか?

下の図のように、運転中に前方の大型トラックに視界が遮られ、追い越したい場合、自動運転システムは左から高速で来る車を予測できるでしょうか？

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簡単に言えば、ローカルセンシングシステムにより、車は「全方向を見る」ことができますが、自動運転には「全方向を聞く」ことも必要です。ここで V2X が登場します。

V2Xは、レーダーやライダーなどの他のセンサーとは異なり、通信チャネルを通じて車両同士が情報を共有できるワイヤレスセンサーシステムソリューションと見なすことができます。隠れた脅威を検出し、自動運転の認識範囲を拡大し、次に何が起こるかを予測できるため、自動運転の安全性、効率性、快適性がさらに向上します。 V2X は自動運転を実現する重要な要素の 1 つと考えられています。

5G V2Xは、低遅延かつ信頼性の高いV2Xサービスをサポートするために機能をさらに強化します。5Gのほぼリアルタイムの高解像度ビデオ伝送に基づいて、自動運転は「全方向を監視する」だけでなく「全方向を聞く」こともでき、100％の安全性を実現します。

5G は、シェアリングカー、遠隔操作、自律運転、協調運転などの将来の接続要件を満たし、既存の接続技術を置き換えたり補完したりする統合接続技術になる可能性があります。車両が完全な自動運転を実現する前に、5G は次のユースケースをサポートします。

（１）隊列走行トラックやバンの自動隊列走行は、人間の運転手よりも安全である可能性があります。車両同士の距離が近くなるため、燃料が節約され、貨物輸送がより効率的になります。隊列は柔軟性があり、車両は高速道路に入るときに自動的に隊列を形成し、高速道路を出るときに解散します。

2～3台の車両が隊列を組み、隣接する車両同士が直接または車車間通信を行うことができます。フォーメーションが長くなると、情報の伝播に時間がかかります。ブレーキと同期には低遅延のネットワーク通信が必要です。3台以上の車両編成の場合は5Gネットワ​​ークが必要です。

（２）リモコン・遠隔操作による運転車両は、車内の人間ではなく、遠隔操作センターの運転手によって運転されます。遠隔運転は、高度なコンシェルジュ サービスの提供に使用でき、乗客は移動中に仕事や会議に参加できます。また、タクシー サービスも提供でき、運転免許証を持っていない人や、病気や飲酒などの理由で運転に適さない人にも適しています。システムが人間が知覚する速度で命令を受信して​​実行できるようにするには、RTT 遅延を 10 ミリ秒未満にする必要があります。これにはすべて 5G ネットワークが必要です。

3. 5Gと新しいメディア

ここでは主にAR/VRにおける5Gの重要な価値についてお話しし、まずはVRとARの本質についてお話します。

VR は仮想技術の略で、仮想環境とも呼ばれ、コンピューターシミュレーションを使用して 3 次元の仮想世界を作成し、視覚などの感覚のシミュレーションをユーザーに提供することで、ユーザーがその場にいるかのように感じ、3 次元空間内のものを瞬時に制限なく観察できるようになります。

下の写真は映画「レディ・プレイヤー1」で、男女の主人公たちが入り込む3次元仮想世界の模式図です。

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下の写真は主人公が装着しているVR機器です。

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ARとは、拡張現実（Augmented Reality）の略で、カメラ映像の位置や角度、画像解析技術などを利用して、ディスプレイ画面上の仮想世界と現実世界の風景を融合し、相互作用させる技術を指します。簡単に言えば、画像処理技術を利用して現実世界に仮想オブジェクトを追加することです。

次の例は、昨年人気のあった「ポケモン」ゲームからのもので、漫画のモンスターが携帯電話の画面を通して現実世界に現れるように見えます。

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実際、ARは遠隔車両メンテナンスなど、さまざまな場面で活用できます。自動車整備の初心者が問題に遭遇した場合、経験豊富な技術者が現場にいる必要はありません。代わりに、AR技術に基づいて仮想操作指示を画像に直接重ね合わせることができ、下のビデオに示すように、操作方法を学ぶだけで済みます。

AR/VRの特徴は、多数のインタラクション、画像再構成、リアルタイム伝送であり、人々が没入型体験を楽しみ、現実感を要求することであることがわかります。これには、大量のデータ伝送、ストレージ、コンピューティングが伴います。これらのデータとコンピューティング集約型のタスクをクラウドに転送すると、クラウドサーバーのデータストレージと高速コンピューティング機能を活用できますが、これを実現できるのは5Gだけです。

VR と AR は、従来の人間とコンピューターのインタラクション コンテンツを完全に覆す変革的なテクノロジーです。その変化は消費者分野だけでなく、多くの商業市場や企業市場にも反映されています。想像力は無限です。

4. 5Gとヘルスケア

5Gは遠隔医療にとって大きな意義を持ちます。 5Gネットワ​​ークは遅延が少ないため、医師はロボットを使用して1,000マイル離れた患者に手術を行うことができ、遠隔地に住む人々は5Gネットワ​​ークの助けを借りて専門家の診断を受けることができるようになります。

例えば、超音波検査を行う際、医師が現場にいなくて遠隔操作する必要がある場合、ネットワークには2つの要件があります。1つは高速であることで、遠隔で伝送された超音波画像をより鮮明に見ることができます。もう1つは低遅延です。医師がロボットアームを遠隔操作するたびに、スムーズな操作を確保するためにリアルタイムの応答が得られなければなりません。このアプリケーションは、4G時代には実現が困難です。下の図は、世界インターネット会議でのChina Mobileの5G技術に基づく遠隔B超音波検査の図解です。

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人口の高齢化と山岳地帯や農村部での医療へのアクセスの難しさは、どちらも高品質の医療資源を必要としています。5Gを介してAI医療支援システムに接続することで、医療業界はパーソナライズされた医療相談サービスを提供する機会を得ることができます。人工知能医療システムは、病院のコールセンター、在宅医療相談補助デバイス、地元の医師クリニック、さらには現場の医療スタッフがいない移動診療所に組み込むことができます。

スマートヘルスケア市場への投資は、2025年に2,300億ドルを超えると予想されています。5Gはスマートヘルスケアに必要な接続性を提供し、この市場の見通しは非常に広いです。

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5. 5Gと産業

第19回党大会報告は「製造強国の建設を加速し、先進製造業の発展を加速し、インターネット、ビッグデータ、人工知能と実体経済の深い融合を推進する」ことを提案した。

2018年の政府活動報告では、「製造強国の構築を加速する」と明記されている。集積回路、第5世代移動通信、航空機エンジン、新エネルギー車、新素材などの産業の発展を促進し、主要な短絡設備の特別プロジェクトを実施し、インテリジェント製造を推進し、産業インターネットプラットフォームを開発し、「中国製造2025」モデルゾーンを構築します。将来の産業インターネットには、6つの典型的な特徴が必要です。

（１）インテリジェントな認識：産業用インターネットは、センサー、無線周波数識別（RFID）などのセンシング方法を使用して、人員、機械、原材料、プロセスフロー、環境などの産業資源の状態に関する情報を含む、産業のライフサイクル全体にわたるさまざまな次元の情報データを取得します。

（２）ユビキタス接続：産業資源が有線または無線手段を介して相互またはインターネットに接続され、機械間、機械と人間、機械と環境間の接続の幅と深さが拡大します。

（３）デジタルモデリング：デジタルモデリングは、産業資源をデジタル空間にマッピングし、仮想世界で産業生産プロセスをシミュレートし、デジタル空間の強力な情報処理能力を活用して、産業生産プロセスのすべての要素の抽象的なモデリングを実現し、産業インターネットの物理的な産業チェーンの運用に効果的な意思決定を提供します。

（4）リアルタイム分析：知覚された産業資源データは、技術的な分析方法を通じてデジタル空間でリアルタイムに処理され、仮想空間と現実空間の産業資源状況の本質的なつながりを取得し、抽象的なデータをさらに視覚化および可視化し、外部の物理的実体へのリアルタイムの応答を完了します。

（５）精密制御：産業資源の状態認識、情報の相互接続、デジタルモデリング、リアルタイム分析のプロセスを経て、仮想空間で行われた決定が産業資源実体が理解できる制御コマンドに変換され、実際の操作が実行され、産業資源の精密な情報相互作用とシームレスな連携が実現されます。

（6）反復最適化：産業インターネットシステムは、産業資源データを処理、分析、保存することで継続的に学習し、改善し、効果的で継承可能な知識ベース、モデルライブラリ、リソースライブラリを形成します。

その中で、産業用通信ネットワークは重要な基盤として、人、物、データ、プロセスを接続する遍在するブロードバンドネットワークを必要とします。産業用インターネットの現在の開発状況を見ると、産業用ネットワークリンクは主にフィールドバスと産業用イーサネットに基づいています。無線技術は、主にWiFi、Zigbee、Bluetoothなどの技術の能力（安定性や低速性など）によって制限されており、産業用インターネットでは広く普及できません。

インダストリアル インターネットでは、基盤となるインテリジェント ネットワークの帯域幅、レイテンシ、インテリジェンス (オンデマンドのスライシング/パラメータ選択など) に対して非常に高い要件が課せられます。産業用インターネットには、管理と制御、データ収集、情報インタラクションのサービスがあります。各サービス タイプには、ネットワークに対するパフォーマンス要件が異なります。たとえば、ベアラ制御サービスでは、ネットワークに低遅延 (エンドツーエンドの遅延はミリ秒単位、遅延ジッターはマイクロ秒単位)、高信頼性 (データ転送成功率 99.999%)、および高同期精度 (数百ナノ秒) が必要です。

5Gの高速、低遅延、大規模接続の特性により、ワイヤレスネットワーク接続を介して産業用閉ループ制御アプリケーションを適用できます。高性能ワイヤレスネットワークは、工場内の大量のセンサー、ロボット、情報システムを接続します。接続によって生成された大量かつ高品質のデータは、継続的に人工知能に「フィード」され、分析と意思決定を工場にフィードバックします。同時に、5Gの広範囲に及ぶモノのインターネットネットワークは世界をカバーし、広く分散または地域を越えた商品、顧客、サプライヤーを接続し、製品のライフサイクル全体にわたって完全な接続性を維持し、工場内外で垂直統合、水平統合、エンドツーエンドの統合を実現します。

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今後、工場内と工場外の境界はますます曖昧になり、工場は独立した閉鎖的な存在ではなく、巨大なバリューチェーンやエコシステムの一部となります。これがいわゆる「バーチャルファクトリー」です。

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応用事例はこちらです。カスタマイズされた医薬品製造を例に挙げてみましょう。ある製薬工場が世界中に 10 か所の支店を持ち、各支店での製薬プロセスは同じで、ロボットアームに取り付けられたピペットを制御して医薬品の薬剤成分を分配しているとします。従来の医薬品製造プロセスとは異なり、現在は「カスタマイズ医薬品製造」と呼ばれ、さまざまなタイプの患者に応じて薬剤成分の種類と量を割り当てることを意味します。このために、これら10のブランチは5Gネットワ​​ークを介してクラウドに接続する必要があります。クラウドは大量の患者情報データを保存し、ビッグデータ分析と人工知能を通じてさまざまなタイプの患者に対する薬剤成分を決定します。製造プロセス中、ロボットアームは5Gネットワ​​ークを介してリアルタイムでクラウドに接続し、クラウドからの指示に従ってリアルタイムで薬を分配する必要があります。

6. 5Gと物流

まず下の写真をご覧ください。

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大規模な物流倉庫では、数百台のロボットがさまざまな荷物を背負って床の上を整然と移動し、目的地に向かう途中で他のロボットや他の障害物を自動的に回避し、バッテリーが切れる前に近くの電源を探して充電し、インテリジェントな高速仕分けネットワークを形成します。

一方では、人工知能などの技術の応用により、多くのロボットがよりスマートになり、周囲の環境の変化を感知し、自動的にインテリジェントな決定を下せるようになりました。一方、スマート倉庫管理から物流配送まで、広いカバレッジ、深いカバレッジ、低消費電力、大規模な接続、低コストの5G IoT接続が必要です。そうでないと、ロボットの接続と相互作用が多すぎるとネットワークがバーストし、5G mMTCシナリオに対応します。

最近、Cainiao Networkがドローンを使って商品を配達するシナリオを示すビデオを見ました。これには、ドローンの正確な遠隔制御など、5Gが重要な役割を果たすことになります（下の写真を参照）。

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7. 5Gとエネルギー

さまざまなエネルギー事業の急速な成長に伴い、電力網設備、電力端末、電気利用者は、爆発的に増大する通信ニーズを満たすために、高度な通信技術とシステムサポートを緊急に必要としています。

5G技術はエネルギー分野のインフラのインテリジェント化をサポートし、双方向のエネルギー分配と新しいビジネスモデルをサポートして、限られたエネルギー資源の生産、配送、使用、調整の効率を向上させます。再生可能エネルギー、電気自動車、グリッド通信、スマートグリッドなどの分野は、エネルギー業界における5Gの主要な応用シナリオになります。

スマートグリッドを例にとると、インテリジェントな分散配電自動化、ミリ秒レベルの精密負荷制御、低電圧電力消費情報収集、分散電源は、将来のスマートグリッドにおける5G技術の最も代表的な4つの応用シナリオです。ここでは、インテリジェントな分散配電自動化について紹介します。

配電自動化は、コンピュータ技術、データ伝送、制御技術、最新の設備と管理を統合した総合的な情報管理システムです。その目的は、電力供給の信頼性を高め、電力品質を改善し、ユーザーに高品質のサービスを提供し、運用コストを削減し、オペレーターの労働強度を軽減することです。物流自動化の発展は、大きく分けて以下の2つの方法に分けられます。

最後の段階は、自動開閉器の調整に基づく配電自動化段階です。主な機器は、再閉路器とセクションスイッチなどです。通信ネットワークとコンピュータシステムを構築する必要はありません。主な機能は、障害発生時に自動切替装置の連携により障害箇所の分離と健全なエリアへの電力供給の回復を実現することです。自動化の度合いは低く、現在でも広く使用されています。

配電自動化システムの第2段階は、通信ネットワーク、フィーダー端末ユニット、バックグラウンドコンピュータネットワークに基づく配電自動化システムであり、配電ネットワークの動作状態を監視し、配電ネットワークが正常に動作しているときに遠隔で動作モードを変更し、タイムリーに障害を検出することもできます。ディスパッチャは障害のあるエリアをリモートで隔離し、正常なエリアに電力を復旧できます。

現在主流のソリューションは、集中型配電自動化ソリューションを採用しています。信頼性の高い電力供給に対する要件が徐々に高まるにつれて、高信頼性電力供給エリアでは、中断のない継続的な電力供給を実現し、事故隔離時間をミリ秒単位に短縮し、地域的な中断のない電力供給サービスを実現することが求められています。これにより、集中型配電自動化におけるマスターステーションの集中処理能力と待ち時間に対して、より深刻な課題が生じています。

そのため、インテリジェント分散型配電自動化は、配電網自動化の今後の発展の方向とトレンドの1つになっています。その特徴は、元のマスターステーションの処理ロジックが分散され、インテリジェント配電端末にシンクされていることです。端末間のピアツーピア通信を通じて、インテリジェントな判断、分析、障害箇所の特定、障害の分離、非障害エリアの電源復旧を実現し、障害処理プロセスの完全な自動化を実現し、障害による停電の時間と範囲を最小限に抑え、配電網の障害処理時間を数分から数ミリ秒に改善します。

現在、インテリジェントな分散型フィーダー自動化システムでは、接続を提供するために光ファイバーケーブルが必要です。5G は、必要な専用ネットワークスライスを含め、10 ミリ秒のネットワーク遅延とギガビットのスループットを提供できるため、より高速で正確なグリッド制御を実現するための代替手段として使用できます。以下は、将来のスマートグリッドのリアルタイムディスパッチの図です。

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8. 5Gと農業

スマート植え付け、スマート畜産、ドローン運用など、農業は5G商用利用において最も重要な分野の1つになると予想されています。

（1）スマート農業：5Gはセンサーを使用して湿度や光など作物の成長に影響を与える要因をリアルタイムで監視し、収集したデータをクラウドにアップロードしてリアルタイムで分析・診断することで、灌漑や施肥のために農業機械をタイムリーかつ正確に制御することを可能にします。

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（２）スマート畜産：5Gはセンサーを使って家畜の生理状態や位置などの情報を随時収集し、人工知能と組み合わせて家畜の健康状態や安全を検知・分析します。これには、低消費電力で接続密度の高い5G IoT技術が必要です。

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（３）ドローン運用：５Gネットワ​​ークを活用して飛行範囲を拡大し、種子や農薬の散布、家畜の監視や捜索などの大規模な農作物管理、さらには農業機械の精密な自動制御も可能となる。

下の図に示すように、ドローンのマルチスペクトルカメラを使用して農場をスキャンします。5Gモバイルネットワークを介して、大きなデータファイルがすぐに農業機械のタスクカードに送信され、処理されます。農業機械は受信したリアルタイム情報に基づいて正確に操作されます。データのアップロードプロセスには大きな帯域幅のサポートが必要であり、ドローンで収集された画像をリアルタイムで送信できるように5Gのサポートが必要です。衝撃的！

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実際のところ、5Gのアプリケーションをすべて列挙することは不可能ですが、普遍性の原則から始めて、高速、低遅延、高接続密度という5Gの3つの基本特性を理解し、連続した広域カバレッジ、大容量ホットスポット、低消費電力、高接続密度、低遅延、高信頼性という4つの主要なアプリケーションタイプを思い浮かべることができれば、より多くのアプリケーションシナリオを想像することができます。5Gは将来の指揮をとる高みです。

12月7日、チャイナモバイルは「2018年チャイナモバイルグローバルパートナーカンファレンス」を開催した。チャイナモバイルの尚兵会長は「5G産業エコシステムの構築とより良い未来への接続」と題した基調講演を行い、「5Gアプリケーションは時間と空間の制限をさらに打ち破り、遠隔インタラクション、スマート交通、文化娯楽などの分野に広い空間をもたらし、人々のより良い生活のニーズを満たすだろう。5Gアプリケーションはまた、業界との統合を深め、総要素生産性を向上させ、あらゆる分野のネットワーキング、デジタル化、インテリジェント開発を促進し、新しいネットワークインフラ構築ニーズと垂直産業情報サービスニーズの解放を加速するだろう」と述べた。

おそらく私の記事は、このスピーチの意味を理解するのに役立つでしょう。