5G让AI的潜能充分发挥
作者 Wang Jing
人工智能的应用离不开网络的支持，5G的高带宽、低时延、强信号毋庸置疑会为人工智能注入强动力。5G将在推动不断增长的物联网中发挥巨大作用，到2025年，预计将在全球范围内安装超过754.4亿个互联设备。我们可以期待甚至感受到5G在改变我们的城市生活，医疗保健，农业发展等等各个领域，甚至与人工智能结合起来，为自动驾驶汽车以及无人机带来前所未有的创新。作者试图用简易的语言描绘庞大复杂的5G网络体系，通过阅读您将会对5G有清晰的了解。
本文将在以下几个方面展开叙述：
A、什么是5G
B、5G与4G的差别
C、5G与AI的关联和互动性
D、5G将会为人工智能带来什么改变?
1）提高人工智能语言、语境的理解力
2）对数字化城市的影响
3）自动驾驶的实时响应
4）遥控医疗的发展
5）智慧农业中的应用
E、总结
什么是5G
5G是第五代移动网络。它是继1G，2G，3G和4G网络之后新的全球无线标准。它使用全新的无线基础架构，峰值的下载速度速度比4G快20倍，并有望消除差不多任何延迟。5G技术将启动物联网（IoT）时代，以低成本连接数十亿台机器，设备和传感器。
5G 具有三大网络能力：
增强型移动宽带（高带宽）、海量机器通信（大连接）及低时延高可靠通信（低时延）。
高带宽：5G的峰值下载速度达到20 Gbps ，4G只有1 Gbps。满足用户对高数据速率的业务需求，用于安防监控、环境监测、产品检验等方面。
大连接：5G 三大能力中面向物联网（IoT）业务的能力，对网络感知实时性要求低，但对终端密集程度要求高。广泛应用于公用事业、工业、农业、交通运输和电力等行业。
低时延：5G的这一突破实现了基站与终端间 0.5 毫秒的时延。这一点是 5G 区别于其他三代网络的差异化能力，广泛应用于医疗、交通等对可靠性要求较高的应用场景，如远程设备操控（远程手术）和安全监控（城市安全监控）等。
5G与4G的差别
带宽方面：4G的峰值速度为1Gbps，带宽可以满足人们的使用需求，比如呈现高清图片和视频。延时性能4G也远远低于5G，这也解释了为什么5G通信网络解决了4G网络不能持续实时玩游戏的情况。
4G使用无线电波（频率和频段是：1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz），而5G使用毫米波（3300-3400MHz / 原则上限室内使用、3400-3600MHz和4800-5000MHz）。 5G和4G使用的频段是完全不同的，4G的网络频段在1.8-2.6GHz上，而5G网络使用的频段会更高，最低也会在3GHz频段以上，这就造成了所有5G设备需要重新建设的需要。
5G与AI的关联和互动性
二者的关联和互动性体现在物联网、云计算、大数据和边缘计算，网络切片五个方面。
1、物联网：是将各种信息传感设备互联起来形成的网络，其中传感器采集信息，物联网专网传输信息，物联网平台通过人工智能技术处理信息、管理连接和传感器，终端呈现信息与应用。
2、云计算：提供海量数据存储与计算、多方数据汇聚共享能力。云计算为物联网平台和大数据提供基础的存储和计算能力，为人工智能算法提供强大的计算能力。
3、大数据：通过专门云端服务处理海量数据，对工作流程进行优化。大数据技术的意义不在于庞大的数据信息，而在于对这些含有意义的数据进行专业化处理。5G最大的潜力在于将所有设备连接到相连的网络以进行数据生成。而大数据使得人工智能时代得以发展，可以说数据是人工智能领域的核心， 5G提供了AI成功所需的基础设施和大量数据。
4、边缘计算：5G的这一突破实现了基站与终端间 0.5 毫秒的时延。实现基础即为低时延这一特征。一方面，5G加上移动边缘计算能够有效降低数据传输量，仅通过网络传输处理完成的数据信息，为AI应用使用方提供本地化快速处理分析，能更好地匹配用户诉求，降低访问时延。另一方面，依托5G网络优势，能够广泛采集智能终端数据，并在终端边缘通过AI，人工智能技术进行信息分析处理，汇聚到相应数据平台，计算处理完成后，实现快速反馈。总的来说，边缘计算将远离用户的云端存储并将计算能力向用户边缘迁移，边缘计算与云计算协同工作，边缘计算存储处理实时数据，云计算存储处理共享的海量数据，避免大量数据传送到核心网处理所带来的带宽浪费和延迟。
5、网络切片
图片来源：National Instruments
网络切片是将一个共享的物力网络切割成多个虚拟的端到端网络，每个切片都可以拥有独立的网络资源，并且各个切片之间是完全隔离的。其中一个切片出现故障并不会影响其他切片。结合5G的应用场景，运营商可以根据不同业务类型定义不同的切片，满足不同用户对延迟、吞吐量以及容量不同的需求。 5G切片网络的技术是全面虚拟化的云端架构，不需要为每一个服务建设一个专用网络，这项研究极大地节省了成本。
5G将会为人工智能带来什么改变
下面举例说明，基于5G的三个网络特征，人工智能领域会发生什么改变。
1.提高人工智能对语言、语境的理解力
5G的数据高速传输，多机器的数据互联，实现AI模型持续学习并保持动态模式。
举个具体的例子：某新型公司正在研发的智能语音通话软件，打电话的用客户在屏幕上可以看到实时对话记录，人工智能随后进行情感分析并提返回客户问题的答案。目前的许多功能仅适用于台式机用户，但是随着5G的推出，一旦用户具有5G级别的连接性，该公司就可以开始将所有这些功能推向移动设备，通过使用5G技术，移动端将具有计算机连接到超高速网络时所具有的所有功能。
5G智能家居。在家庭里设置不同基于AI的语音终端，例如嵌入式智能开关面板，智能语音温度计，湿度计，智能扬声器，智能闹钟，电视。更多终端将具有远距离AI语音和家庭联网功能。5G智能家居将通过全场景语音覆盖和全屋协调语音控制来适应不同的生活场景，从而满足未来智能生活不断增长的需求。
2.对数字化城市的影响
5G时代的到来，可满足智能城市海量智能设备的同时接入，以及设备之间虚实互动，体验毫秒级响应，进而推动多场景AI应用落地。
智慧城市的应用场景举例：
a、智慧用水，通过5G滤芯装载传感器，实时告诉厂家，哪一户的滤芯到期了，或者哪些水管是漏水的。
b、智慧安全，帮助警察检查城市安全。当高清摄像头看到一个嫌疑人时，摄像头会将信息传递给城市智慧大脑，城市大脑就会通知附近的无人机追踪嫌疑人。
但是要将5G应用到城市建设中，除了5G网络的基础建设有待完善，建设成智慧城市的难点在于政府数据的打通和使用。
3.自动驾驶的实时响应
利用 5G 网络，无人驾驶车采集的位置、车辆环境、车辆工作状态等数据，回传到边缘计算和云计算平台，进一步通过 5G V2X 通信系统和远程智能调度监控平台，实现车路融合定位、精准停靠、自主避障等功能。
5G V2X的含义及作用：
就是把车连到网或者把车连成网,包括汽车对汽车（V2V）、汽车对基础设施（V2I）、汽车对互联网（V2N）和汽车对行人（V2P）。
在4G时代，车辆之间就不会互相进行连接，无法真正的实现全场景自动驾驶。如当前特斯拉自动驾驶系统，基于传感器、雷达和摄像头的各种信息输入，通过人工智能技术决策，车在一定程度上即可以自动驾驶。但是其本身也有很大的局限性，例如在晚上、雨雪天，雾天等恶劣天气下，在交叉路口、拐弯处等场景，人工智能模型无法实现百分之百的精确预判，导致摄像头无法精准监控路况，发生致命交通事故。
V2X可以看作是与各个车辆交互作用的 “传感器”，通过和周边车辆、道路、基础设施的通讯，获取比单车能得到的更多的信息，大大增强对周围环境的感知。5G网络本身具有的超大带宽超低时延特性，可以实时搜集传输更多更精确的环境信息，例如：路侧的红绿灯信息、行人信息、周边车辆信息可实时传送至车辆，为车辆自动驾驶提供更好的辅助。
V2X需要传递和交互的不会是最终抉择指令，只会是周边车辆与环境的状态信息，车辆本身自动驾驶的决策可以通过云端化的计算能力以及人工智能算法训练的模型得到。
注：需要V2X传递的信息包括：传感器信息和周边车辆驾驶操作状态信息。
4.遥控医疗的发展
同样得益于5G的低时延高带宽，由华为、中国联通福建分公司、北京 301 医院等共同展开的5G远程手术（对一只小猪进行了切除肝小叶手术）获得极大的成功，该手术对象在 50 公里以外，利用 5G 网络远程操控机器人进行，各个方面的配合几乎完成同步，时延只有 0.1 秒左右。
上图描绘了5G应用于远程手术的过程。医生手术的时候需要对数据进行分析并得到结果，could resource里存储了大量的数据供医生参考，医生的手术新数据也可以传到云资源(cloud resource)，根据5G 网络的核心网络并结合网络切片技术，然后通过网络分发到边缘站点进行分析（边缘计算中心运用人工智能以及机器学习技术对数据分析预测后，将结果返回给医生）。
5. 智慧农业中的应用
5G对农业应用的理解，通俗地说，就是5G为农业领域提供大量的数据，并融合现有的农业场景，通过人工智能分析预测，通过电脑平台对农业生产领域进行监控。
依赖5G的高速度、低延迟的特点，农业生产者可以搭建整体的监测控制系统，根据物联网设备的互相连接，实时采集的数据，通过人工智能模型迅速做出相应决策，最终实现精准、科学、高效的管理农作物健康生长。譬如，可以利用设备收集大气、土壤、作物、病虫害等多方面的数据，来随时随地指导农业生产。智慧农业必须依托于物联网技术，让所有的农业生产设备能够实现互联互通。
总结
本文清晰地介绍了5G的概念以及与4G相比的优势，5G和AI的关联和互动性，以及5G将会为人工智能带来什么改变，最后通过五个实例来说明5G的应用领域（提高人工智能对语言/语境的理解力，对数字化城市的影响，自动驾驶的实时响应，遥控医疗的发展，智慧农业中的应用），让读者更加深刻地体会5G对我们生活已产生的以及将要产生的深远影响。
5G时代的到来意味着通信技术进入到了一个新的时代，网络不单单是手机上网那么简单，设备终端都可以实现互相的通信，人类将做好准备迎接下一个科技革命。当下5G也仍然存在一些待改进之处，比如信号不稳定，容易受天气影响等等。尽管如此，5G普及的目标指日可待，其发展空间也备受瞩目。
任何一项给人类生活带来便捷的发明都是有长远发展利益的，5G通信技术也不例外。凭借5G人工智能注入的强大动力，在很大程度上推动了世界的发展，对于构建一个更加高效和安全的网络时代有着深远的意义，越来越多的国家重视这项技术，为全球实现真正意义上的万物互联这一终极目标不断努力。
