5G(5th-generation mobile networks)是第五代移动通信技术,也是对现有的2G、3G、4G、WiFi等无线接入技术的延伸。

作为最新一代移动通信技术,5G依托全新的网络架构,具备高速率、低延时、高可靠性、大带宽等优势,不仅将满足“人与人”之间的多元化通信需求,还将逐步渗透至物联网、工业自动化、无人驾驶等领域,解决“人与物”、“物与物”的通信连接问题。

终端设备数量不断增长是物联网行业发展的重要特点,而5G技术可实现100万个设备/km2连接密度,相比4G技术提升10倍,为物联网发展提供核心技术支撑。

国际标准化组织3GPP为5G应用场景定义了三大应用场景,“科普中国 智慧农民”平台专家认为5G具有三大特点或三大优势:包括增强型移动宽带(eMBB)、超高可靠低时延通信(uRLLC)、海量机器通信(mMTC)。

我们看看5G技术以及5G时代到来,对于农业会有什么影响?尤其是农业无人化技术。

一、增强型移动宽带(eMBB)

按照罗兰贝格的说法,增强型移动宽带就是在有移动宽带业务场景的基础上,eMBB通过提供更高体验速率和更大带宽的接入能力,优化人与人之间的通信体验,在此场景下,用户体验速率可达100Mbps至1Gbps(4G最高体验速率为10Mbps),峰值速度可达10至20Gbps。

以上的说法比较专业,用通俗易懂的话就是5G网速比以前4G大大的提升了,形象一点:5G网速是4G网速的10倍到100倍。更直观一点,原来下载500m一部电影,4G信号需要1分多钟,而5G信号只需要1秒钟。

那么网速快慢对农业生产有什么意义呢?“科普中国 智慧农民”平台专家指出该项工作的改进意义非凡。

2018年“科普中国 智慧农民”平台专家在四川阿坝州推广自动导航和辅助驾驶系统,两套国产的自动导航设备安排到两台大马力拖拉机上,使用场景是高原马铃薯种植园区,在作业过程中出现信号丢失,设备无法正常工作,以及走曲线的现象。

问题反馈到生产自动导航设备公司,技术人员判断不出问题,以为是设备有问题,通过快递的方式换了两套设备,但是新设备安装到拖拉机上仍然出现了走曲线的问题,后来通过技术专家的会诊之后,结论是信号弱,网速不够,信号时断进续,终端收到的指令模糊,自动导航设备时而工作时而不工作,就出现了走曲线的问题。

在5G时代,5G机站与机站之间通过无线信号传输信息,所以5G不需要4G大量的铺设电缆和光缆,所以基础设备建设成本会极大的降低,相信偏远山区也会在不远的将来开通5G信号服务,届时山区和丘陵地区的自动化、无人化农机也会快速普及。

二、超高可靠低时延通信(uRLLC)

按照罗兰贝格的说法5G的uRLLC应用场景提供低时延和高可靠的信息交互能力,支持互联物体间高度实时、精密及安全的业务协作。在此场景下,端到端时延为ms级别(如工业自动化控制时延约为10ms;无人驾驶传输时延低至1ms),可靠性接近100%。uRLLC场景主要面向工业自动化、车联网、无人驾驶、远程制造、远程医疗等业务。

低延迟顾名思义是指较低的延时滞后,也就是发出了作业指令之后到达执行端的时间非常短,有人形象的说5G时代仅有1毫秒时延,而我们用针扎自己感受到疼痛的时间是10毫秒。

低延迟意味着高灵敏度、高精确度,主要用于控制类操作,例如自动驾驶和自主飞行等,。

如植保无人飞机在作业的过程中前面有棵电线杆子,飞机需要在短时间内迅速作出反应,否则就会撞机,在这种情况就要求飞机的控制系统在瞬间进行大量的数据处理与决策。

在4G时代,在国内植保无人飞机发展历史中,曾因为信号延迟而造成1万架飞机同时“炸机”的哄动事件。

事件经过是这样的:广州极飞一直采用云服务作业模式,飞手对地块进行测量后需要上传数据,飞机作业时才可以从云端下载数据,作业过程中的定位,也需要云RTK服务器。可以说,极飞的植保无人机,只能在有网络,有厂家云服务的环境下,才可以作业。

2018年8月8日,由于云服务器数据传输量过大及服务器到飞机飞行控制器的信息延迟,正在作业的1万多台无人飞机同时失去了信号并导致数十台飞机直接从空中掉到地面,业界称这种现象为“炸机”,该事故造成上千万元的损失,也让极飞的品牌形象受损。

10000台无人机终端并行作业,要求延迟不能高于200毫秒,究竟需要多少服务器带宽的支撑?有专业人士认为10000台无人机终端向服务器发送的每个并发数据256字节,完美代码的最低即时带宽需求是2.5M,考虑到上下行,交互逻辑,这个需求大概要乘8-20M的带宽足够。但如果交换数据包含作业与地图数据,这个数据包则会呈现出几何级增长,在4G时代带宽不够,并且数据延迟不可避免,而5G时代就不会存在这种问题了,相信今后不会再出现极飞的这种大规模“炸机”事件。

三、海量机器类通信(mMTC)

专业术语:mMTC应用场景主要是人与物之间的信息交互,通过提供高连接密度时优化的信令控制能力,支持大规模、低成本、低消耗IoT设备的高效接入和管理。在此场景下,连接设备密度为每平方公里100万台装置连接,中端电池使用寿命达15年。

“科普中国 智慧农民”平台专家在这里特别注意到了几个信息点:

一是低成本。5G网络最大的特点就是网速快和低延迟,前文说过比4G快10-100倍,有专家认为在5G时代,大量的终端产品不再需要CPU、内存等终端数据处理部件了,大量的计算和数据处理都在云端或机房,终端设备只是个数据采集和指令执行单元,这样的话终端设备的制造成本和运营成本将极大的降低,比如一部手机只需要屏幕和电池,不需要大量的芯片、CPU等电子元器件,当然成本会更低。

大家都知道,国内的农业由于规模化水平低和人工成本高等现实问题,导致农业产出效益低于全球水平,由于效益低,所以种植户很难用得起科技含量高,价格昂贵的设备,但如果在5G时代,终端设备的成本大大降低,将会极大的推进高精尖农机设备的普及。

如现有的无人驾驶终端在市场上售价在15万元/套的水平,如果电子元器件能大量的减少,终端售价降到5万元/套,将极有利于这类设备的市场推广和普及。

二是大规模。海量机器类通信意味着大连接,5G时代每平方公里的设备连接数量能达到百万级,是4G的十倍之多,也意味着万物互联时代的到来,也极有利于农业生产设备的成本下降。

如目前的植保无人飞机一个遥控器最多只能同时控制5台飞机,但在5G时代,只要预先设计好作业和行走路线,一部手机可以同进控制农场的所有的机器,一个遥控器不但能控制多台飞机作业,而且还可以同时指挥地面无人植保机、无人采摘机等同时作业。

三是低能耗。在4G时代,设备要处理大量的数据和信号,所以会对电力和电池快速消耗,电池没有电之后频繁充电会影响工作效率,同时电沲频繁充放电也会影响寿命(无人飞机电池寿命是充放电200-300次)。

5G网络大量的数据通过云端和机房处理,终端无量处理大量的信号和数据,终端能耗大大降低,今后终端可能就是一块屏幕或独立的执行机构,所以终端的电力消耗减少,电池寿命延长。

农业的自动化、无人化势不可挡,而5G网络的增强型移动宽带(eMBB)、超高可靠低时延通信(uRLLC)、海量机器通信(mMTC)的优势将助推农业无人化技术发展和无人化时代提前到来。

作者:《科普中国 智慧农民》专栏作家