5G使能人工智能釋放巨大潛能

3G帶領(lǐng)我們進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。5G 現(xiàn)在代表著更具革命性的轉(zhuǎn)型和對(duì)未來的飛躍。5G 正在開啟萬物互聯(lián) (IoE) 時(shí)代，釋放人工智能 (AI) 的力量，利用不同設(shè)備產(chǎn)生的海量云數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)相互順暢通信。AI 應(yīng)用程序的力量將始終取決于其網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度。如此一來，5G的高帶寬、低時(shí)延、增強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度，無疑將以更大的力量助力人工智能。5G 將在推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的不斷發(fā)展方面發(fā)揮巨大作用。我們可以期待甚至已經(jīng)開始體驗(yàn)5G將在城市生活、醫(yī)療保健和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域帶來的一些變化。通過5G與AI的結(jié)合，自動(dòng)駕駛汽車和無人機(jī)的應(yīng)用將發(fā)生革命性的創(chuàng)新。本文描繪了龐大而復(fù)雜的5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖景，讓讀者更清楚地了解5G對(duì)未來的真正意義。

什么是 5G？

5G指的是第五代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。新的全球無線標(biāo)準(zhǔn)遵循 1G、2G、3G 和 4G 網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)。它使用全新的無線基礎(chǔ)設(shè)施提供比 4G 快 20 倍的峰值下載速度。它還有望消除幾乎所有的滯后時(shí)間。5G技術(shù)將正式開啟物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，數(shù)十億機(jī)器、設(shè)備和傳感器將以低成本互聯(lián)。

5G具有三大組網(wǎng)能力：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（高帶寬）、群機(jī)通信（海量連接）、高可靠通信（低時(shí)延）。

高帶寬：峰值下載速度達(dá)到20Gbps，而4G僅提供1Gbps。滿足了用戶在安防監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、產(chǎn)品檢測(cè)等領(lǐng)域?qū)Ω邤?shù)據(jù)速率的需求。

海量連接：5G三大特性驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展，創(chuàng)造了網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)感知能力要求較低、終端密度要求較高的局面。這將廣泛應(yīng)用于公用事業(yè)、制造、農(nóng)業(yè)、交通、發(fā)電和配電等領(lǐng)域。

低延遲：5G將基站和終端之間的延遲時(shí)間縮短到只有0.5毫秒。這種能力真正將 5G 與其他網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分開來，使其具有多功能性，適用于對(duì)可靠性要求更高的領(lǐng)域，例如醫(yī)療和交通。例如遠(yuǎn)程設(shè)備控制（遠(yuǎn)程手術(shù)）和安全監(jiān)控（城市公共安全監(jiān)控）。

5G和4G的區(qū)別

4G的峰值帶寬速度為1Gbps，可以滿足高清圖片、視頻等常見的使用需求。4G延遲性能遠(yuǎn)不如5G，這也解釋了為什么需要5G通信網(wǎng)絡(luò)來解決4G無法支持無縫實(shí)時(shí)游戲的問題。

4G使用無線電波（頻段為1880MHz～1900MHz、2320MHz～2370MHz、2575MHz～2635MHz），而5G使用毫米波（3300MHz～3400MHz——基本上只供室內(nèi)使用——3400MHz～ 3,600MHz 和 4,800MHz 至 5,000MHz）。這表明 5G 和 4G 使用的頻段不同。雖然 4G 網(wǎng)絡(luò)的頻段在 1.8GHz 至 2.6GHz 范圍內(nèi)，但 5G 使用的頻段更高，其范圍的下限在 3GHz 以上。這就要求所有將使用 5G 的設(shè)備都必須重新配置。

5G與人工智能的連接與交互

5G與AI的互聯(lián)互通體現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片五個(gè)領(lǐng)域。

物聯(lián)網(wǎng)：這是一種由各種類型的信息傳感設(shè)備互連而成的網(wǎng)絡(luò)，其中傳感器捕獲信息，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)處理信息并使用人工智能技術(shù)管理與傳感器和終端的連接，以顯示信息并運(yùn)行應(yīng)用程序.

云計(jì)算：提供海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算，以及多用戶數(shù)據(jù)聚合和共享的能力。云計(jì)算為物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)存儲(chǔ)和計(jì)算能力，為人工智能算法提供強(qiáng)大的計(jì)算能力。

大數(shù)據(jù)：這是通過專用云服務(wù)器處理大量數(shù)據(jù)以優(yōu)化工作流程。大數(shù)據(jù)的真正意義不在于其海量的信息，而在于對(duì)所有這些有意義的數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)化處理。5G 最大的潛在好處在于新數(shù)據(jù)的生成，各種設(shè)備都連接到相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。大數(shù)據(jù)堪稱人工智能的核心組成部分，正在推動(dòng)人工智能新時(shí)代的發(fā)展。5G 將提供人工智能成功所需的基礎(chǔ)設(shè)施和海量數(shù)據(jù)。

邊緣計(jì)算：5G將基站和終端之間的時(shí)延縮短到只有0.5毫秒。這創(chuàng)建了低延遲的特性。一方面，5G結(jié)合移動(dòng)邊緣計(jì)算可以有效降低數(shù)據(jù)吞吐量，只傳輸經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)充分處理的數(shù)據(jù)和信息。這為人工智能應(yīng)用用戶提供了本地化的快速處理和分析，可以匹配用戶需求并減少訪問延遲。另一方面，5G的優(yōu)勢(shì)可以讓智能終端數(shù)據(jù)的采集更加廣泛，可以在終端和邊緣利用AI技術(shù)進(jìn)行信息分析和處理。數(shù)據(jù)匯總到相應(yīng)的數(shù)據(jù)平臺(tái)上，經(jīng)過計(jì)算和處理后可以快速反饋。全面的，邊緣計(jì)算會(huì)將云存儲(chǔ)和云計(jì)算能力向邊緣移動(dòng)，更接近用戶，使邊緣計(jì)算和云計(jì)算可以攜手并進(jìn)。邊緣存儲(chǔ)和處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，云端存儲(chǔ)和處理共享的批量數(shù)據(jù)，從而避免將大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)處理而造成的帶寬浪費(fèi)和延遲。

網(wǎng)絡(luò)切片：網(wǎng)絡(luò)切片是指將共享的物理網(wǎng)絡(luò)切分成多個(gè)虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)切片能夠擁有其獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)資源，同時(shí)在不同切片之間建立完全隔離。因此，如果單個(gè)切片發(fā)生故障，不會(huì)影響其他切片。在5G應(yīng)用場(chǎng)景中，運(yùn)營商可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型定義不同的切片，以滿足用戶在時(shí)延、吞吐量、容量等方面的不同需求。5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是全虛擬云架構(gòu)，無需為每臺(tái)服務(wù)器單獨(dú)搭建網(wǎng)絡(luò)，將大大節(jié)省成本。

5G會(huì)給AI帶來哪些變化？

本節(jié)討論的示例說明了由于 5G 的三大網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，AI 領(lǐng)域有望發(fā)生什么樣的變化。5G將提升AI對(duì)語言和上下文的理解能力：5G的高速數(shù)據(jù)傳輸和多設(shè)備數(shù)據(jù)互聯(lián)將使AI模型保持持續(xù)學(xué)習(xí)和動(dòng)態(tài)模式。舉個(gè)例子，下面的具體場(chǎng)景：

某創(chuàng)新公司正在開發(fā)的智能語音通話軟件，可以在通話過程中將通話記錄實(shí)時(shí)顯示在客戶的屏幕上。然后人工智能可以進(jìn)行情緒分析并回答客戶的問題。它的很多功能目前只能在臺(tái)式機(jī)上使用。一旦 5G 的引入使所有用戶都可以使用 5G 級(jí)連接，該公司將開始在移動(dòng)設(shè)備上提供這些功能。借助5G技術(shù)，移動(dòng)終端將瞬間具備電腦連接超高速網(wǎng)絡(luò)的所有功能。

在5G和智能家居方面，家中將放置不同類型的基于AI的語音控制設(shè)備。其中包括內(nèi)置智能開關(guān)、智能語音控制恒溫器和濕度監(jiān)控器、智能揚(yáng)聲器、智能鬧鐘和智能電視。越來越多的家庭終端設(shè)備將配備遠(yuǎn)程AI語音控制和家庭聯(lián)網(wǎng)功能。5G智能家居將通過覆蓋全場(chǎng)景的語音控制功能和覆蓋全屋的協(xié)同語音控制功能，適應(yīng)不同的生活場(chǎng)景，滿足未來不斷增長的智能生活需求。

5G對(duì)數(shù)字城市的影響

5G時(shí)代的到來，將使智慧城市中所有智能設(shè)備同時(shí)入網(wǎng)，海量數(shù)據(jù)成為可能（圖1）。它將支持設(shè)備的虛實(shí)交互和毫秒級(jí)快速響應(yīng)的可能性。這將推動(dòng)多場(chǎng)景人工智能服務(wù)的牢固建立。

圖 1：5G 允許智慧城市中所有智能設(shè)備及其數(shù)據(jù)的同時(shí)網(wǎng)絡(luò)訪問。（來源：美國國家儀器公司）

以下是智慧城市的一些應(yīng)用場(chǎng)景示例：

智能用水：通過在濾水器上安裝連接 5G 的傳感器，制造商可以監(jiān)控哪些濾水器已過期，或者房主可以查看哪些管道漏水。

智能安防：這有助于警方監(jiān)控城市的公共安全。當(dāng)高清攝像頭捕捉到可疑人員的圖像時(shí)，攝像頭會(huì)將信息發(fā)送到城市的智能計(jì)算機(jī)，向附近的無人機(jī)發(fā)出跟蹤可疑人員的請(qǐng)求。

實(shí)時(shí)響應(yīng)自動(dòng)駕駛汽車：通過5G網(wǎng)絡(luò)，將自動(dòng)駕駛汽車收集的車輛位置、周邊環(huán)境、運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)返回到邊緣計(jì)算和云計(jì)算平臺(tái)。通過5G V2X通信系統(tǒng)和遠(yuǎn)程智能調(diào)度監(jiān)控平臺(tái)，可發(fā)揮車路一體化定位、精準(zhǔn)泊車、自主避障等功能。

5G V2X 的含義及其工作原理
5G V2X是指連接車與萬物——車與網(wǎng)，包括車對(duì)車（V2V）、車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車對(duì)網(wǎng)絡(luò)（V2N）和車對(duì)車。 -行人（V2P）。4G時(shí)代還沒有建立互聯(lián)互通來實(shí)現(xiàn)不同車輛之間的通信，因此無法真正實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景自動(dòng)駕駛。例如，特斯拉Autopilot系統(tǒng)可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，因?yàn)樗腔谌斯ぶ悄艿臎Q策，利用傳感器、雷達(dá)和攝像頭輸入的各種信息進(jìn)行決策。然而，它仍然有一些主要的局限性。這包括 AI 模型無法在夜間、雨、雪、霧等惡劣天氣條件下以及道路交叉口和彎道等情況下做出 100% 準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

V2X可以看作是一個(gè)大的共享傳感器，通過與周圍車輛、道路和基礎(chǔ)設(shè)施的通信，可以捕獲比單個(gè)車輛更多的信息，從而大大增強(qiáng)對(duì)周圍環(huán)境的感知。5G網(wǎng)絡(luò)的超高帶寬和超低時(shí)延，能夠?qū)崟r(shí)采集和傳輸更精準(zhǔn)的環(huán)境信息。例如，路邊紅綠燈信息、行人信息、周邊車輛信息等，都可以實(shí)時(shí)發(fā)送給車輛，為車輛的自動(dòng)駕駛能力提供更好的支持。

V2X 需要傳輸和共享的不是最終的決策或命令，而是周圍車輛和環(huán)境的狀態(tài)信息。車輛本身的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可以通過使用云計(jì)算和人工智能算法生成的模型做出自己的駕駛決策。

注意，V2X需要傳輸?shù)男畔▊鞲衅鲾?shù)據(jù)和周圍車輛的行駛狀態(tài)。

遠(yuǎn)程醫(yī)療的發(fā)展

同樣受益于 5G 的低延遲和高帶寬，實(shí)驗(yàn)性 5G 遠(yuǎn)程手術(shù)——對(duì)仔豬進(jìn)行肝葉切除——取得了成功。該手術(shù)由華為、福建聯(lián)通和北京301醫(yī)院聯(lián)合承辦。這次手術(shù)中的病人和醫(yī)生相距 50 公里，并使用了基于 5G 的遠(yuǎn)程控制機(jī)器人。協(xié)同操作的各個(gè)環(huán)節(jié)無縫銜接，延遲僅為0.1秒左右。

下圖說明了5G在遠(yuǎn)程手術(shù)中的應(yīng)用過程（圖2）。醫(yī)生需要在手術(shù)過程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出結(jié)果，云資源中存儲(chǔ)了大量數(shù)據(jù)供醫(yī)生參考。正在進(jìn)行的手術(shù)中新生成的數(shù)據(jù)可以發(fā)送到云資源。使用 5G 核心網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)將其發(fā)送到邊緣位置進(jìn)行分析。在邊緣計(jì)算中心分析數(shù)據(jù)并使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)做出預(yù)測(cè)后，結(jié)果將返回給醫(yī)生。

圖 2：該圖說明了 AI 和 5G 技術(shù)如何在遠(yuǎn)程手術(shù)中相互作用。（來源：作者）

智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用

簡單來說，5G在農(nóng)業(yè)中的作用就是提供大量的農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)，并與現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)場(chǎng)景相結(jié)合。然后，這將提供分析和預(yù)測(cè)，并通過計(jì)算機(jī)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)。

由于5G的高速率和低時(shí)延，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者可以構(gòu)建完整的監(jiān)控系統(tǒng)，從而對(duì)農(nóng)作物的健康和生長進(jìn)行精確、科學(xué)、高效的管理。這是通過提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和提供快速?zèng)Q策的人工智能模型的互連來實(shí)現(xiàn)的。例如，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可用于采集大氣、土壤、農(nóng)作物、病蟲害等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，隨時(shí)隨地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。智慧農(nóng)業(yè)將利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使所有使用的農(nóng)業(yè)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

結(jié)論

5G技術(shù)將推動(dòng)人工智能的快速發(fā)展，從而為萬物互聯(lián)和前所未有的數(shù)據(jù)共享時(shí)代奠定基礎(chǔ)。當(dāng)機(jī)器可以在沒有人為控制的情況下順利地相互通信時(shí)，真正的數(shù)據(jù)共享、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析/預(yù)測(cè)和解決方案分析就會(huì)發(fā)生。例如，自動(dòng)駕駛汽車將根據(jù)安裝的實(shí)時(shí)捕捉路況的攝像頭提供的即時(shí)預(yù)測(cè)做出改變路線的決定。5G的應(yīng)用前景是無限的，必將滲透到每個(gè)行業(yè)，甚至是我們?nèi)粘Ｉ畹拿總€(gè)角落。它將為未來各領(lǐng)域互聯(lián)互通、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、構(gòu)建智能社會(huì)貢獻(xiàn)力量。

王靜，機(jī)器學(xué)習(xí)算法工程師，目前從事汽車檢測(cè)領(lǐng)域。她熱衷于撰寫技術(shù)文章，希望自己的文章能引起讀者對(duì)人工智能的興趣，并激發(fā)更多專業(yè)人士將人工智能與云技術(shù)和大數(shù)據(jù)相結(jié)合，讓生活更安全、更便捷。

審核編輯黃宇