5G+大数据赋能智慧城市

邮电设计技术/2019/09——————————收稿日期：2019-06-181智慧城市发展情况随着信息社会的发展，建设智慧城市成为提升国家政府服务水平和管理效率的重要手段。IBM在2008年提出了“智慧地球”的设想，并希望通过“智慧城市”的建设引领世界城市通向繁荣和可持续发展。智慧城市先后升级成为多国的国家战略，包括新加坡、欧盟、美国等。我国于2012年在《国务院关于印发工业转型升级规划（2011—2015年）的通知》中首次提出“智慧城市”的概念，明确了智慧城市的应用领域。随后我国共发布了3批智慧城市试点名单，截至2016年底，全国智慧城市相关试点城市近600个，提出智慧城市规划的城市超过300个，所有副省级以上城市、89%的地级及以上城市、47%的县级及以上城市均提出建设智慧城市。图1给出了2017—2021年中国智慧城市市场规模预测。在政府逐步出台有利政策鼓励智慧城市建设的同时，技术的不断成熟也是推动智慧城市建设的重要因素。智慧城市是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，促进城市规划、建设、管理和服务智能化的新理念和新模式，使城市具5G+大数据赋能智慧城市5G+BigDataEnablingSmartCity关键词：5G；大数据；智慧城市doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2019.09.001中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1007-3043（2019）09-0001-04摘要：随着5G、大数据、云计算技术的快速发展，城市信息化应用水平不断提升，智慧城市建设应运而生。“智慧城市”通过感知化、物联化、智能化等方式，将城市中的物理基础设施、信息基础设施、社会基础设施和商业基础设施连接起来。在泛在连接的基础上实现海量数据的收集、清洗、存储和标准化，进而基于融合数据建模实现城市功能的智能预测和决策。从而使城市治理更加高效，生活更加美好，城市发展更具活力。Abstract：Withtherapiddevelopmentof5G，bigdataandcloudcomputingtechnology，theapplicationlevelofurbaninformationtech-nologycontinuestoimprove，whichleadstotheconstructionofsmartcity.Smartcitycanconnectthephysicalinfrastructure，theinformationinfrastructure，thesocialinfrastructureandthecommercialinfrastructureincitiesthroughaperceived，con-nectedandintelligentapproach.Onthebasisofubiquitousconnection，thedatacollection，datacleaning，datastorageandda-tastandardizationofmassivedataareachieved，andthentheintelligentpredictionanddecisionofurbanfunctionarerealized.Sothaturbangovernanceismoreefficient，lifeisbetterandurbandevelopmentismorevigorous.Keywords：5G；Bigdata；Smartcity朱常波1，程新洲2，叶海纳1（1.中国联通智能城市研究院，北京100048；2.中国联通网络技术研究院，北京100048）ZhuChangbo1，ChengXinzhou2，YeHaina1（1.ChinaUnicomSmartCityResearchInstitute，Beijing100048，China；2.ChinaUnicomNetworkTechnologyResearchInstitute，Beijing100048，China）朱常波，程新洲，叶海纳5G+大数据赋能智慧城市本期专题MonthlyTopic引用格式：朱常波，程新洲，叶海纳.5G+大数据赋能智慧城市［J］.邮电设计技术，2019（9）：1-4.012019/09/DTPT有智慧感知、反应、调控能力，实现城市的可持续发展。智慧城市是信息技术驱动下的城市创新发展的新模式，是信息技术综合运用和集成创新的大平台。2智慧城市的基础技术能力智慧城市的目标是让城市成为一个连续、高效、整合、开放的生态系统，站在基础能力提供者的角度来看，城市智能体系的建立需要2个重要的技术基础，一个是连接能力，在城市运转的时空轨迹上实现人、物的全方位连接；一个是数据处理和分析能力，在海量结构和非结构化数据采集的基础上，实现实时运算并提供智能化决策结论。万物互联与数据智能的集聚效应将为智能城市各类应用赋能，释放集成创新的乘数效应。2.15G的泛在连接能力“5G”代表着移动技术演进和革命，将是一个真正意义上的融合网络，能够提供人与人、人与物以及物与物之间高速、安全、自由的连接。国际标准化组织3GPP定义了5G的三大场景。a）热点大容量（eMBB）。eMBB即增强移动宽带，指在现有移动宽带业务场景的基础上，对用户体验等性能进一步提升。5G网络将达到1Gbit/s用户体验速率、数十Gbit/s峰值速率和每平方公里数十Gbit/s的流量密度的能力。在用户密集分布的局部热点区域，如写字楼、居民小区、繁华商业地段，为用户提供极高的数据传输速率，满足用户实时传输超高清视频和高速下载的需求。b）低功耗大连接（mMTC）。海量机器类通信，主要面向物联网业务。以往短距离通信技术，如Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等，其回传链路主要是靠LTE。随着大范围覆盖的NB-IoT、LoRa等技术标准的出炉和商业应用，传统移动通信将会在支持物联网及垂直行业应用时逐渐力不从心，同时5G低功耗大连接的优势凸显。该场景主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用，这类终端分布范围广、数量多，不仅要求网络具备超千亿连接的支持能力，满足100万/km2连接数密度指标要求，而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。c）低时延高可靠（URLLC）。低时延高可靠通信，理想情况下端到端时延为1ms，典型端到端时延为5~10ms。该场景主要面向车联网、工业控制、远程医疗、远程控制等垂直行业的特殊应用需求，这类应用对时延和可靠性有极高的要求，为用户提供毫秒级的端到端时延和高可靠性的业务保证。2.2海量数据的处理能力在全球经济数字化浪潮的带动下，数据的益处和价值日益凸显，大数据的关键技术，从数据的可采集度、海量数据的并行计算能力到数据算法的预测能力，都在快速提升，使得大数据在各行各业中的融合应用不断拓展。a）数据资源日渐丰富。在互联网等新一轮科技革命和产业变革驱动下，全社会的信息化水平稳步提升，企业的数据来源愈发多样，掌握的数据量日渐丰富。根据国际数据公司（IDC）预测，2018—2025年，我国数据圈（即一个地区每年被创建、采集或是复制的数据集合）将以30%的年平均增长速度领先全球。b）海量数据并行计算能力大幅增强。数据分析技术体系自Hadoop诞生起，逐渐丰富和成熟，在采集传输、计算处理、查询分析等方面涌现了广受欢迎的智能化工具与解决方案，为处理纷繁复杂的海量非结构化数据提供了工具，提升了数据处理的速度和能力。同时，借助GPU、NPU、FPGA等人工智能专用芯片，满足高强度、高频次数据处理请求，大幅提升大规模处理数据的效率。c）数据模型及预测能力不断提高。随着以深度学习、强化学习为代表的算法研究不断突破，算法模型持续优化，极大提升了人工智能应用的准确性，如语音识别、自然语言处理和计算机视觉等。借助神经网络这种具备自身自行处理、分布存储和高度容错等特性的先进人工智能技术，各种非线性及模糊、不完整、不严密的数据处理能力大幅增强。3智慧城市的技术体系架构5G连接和大数据的商用进程与规模化应用将为图12017—2021年中国智慧城市市场规模预测（万亿元）2021201820192020201767.910.514.918.7本期专题MonthlyTopic朱常波，程新洲，叶海纳5G+大数据赋能智慧城市02邮电设计技术/2019/09智慧城市的发展提供重要技术基础，创造更多可能。本节将详细阐述智慧城市的体系架构，描述如何运用5G、物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，使城市具有智慧感知、反应、调控能力，实现城市的可持续发展。智慧城市技术体系架构由3层组成，分别是感知与网络层、数据与平台层、服务与应用层（见图2）。3.1感知与网络层感知与网络层主要实现2个方面主要功能，作为“智能感官”的信息感知与“神经系统”的网络传输。通过部署在区域的传感器、装备芯片、RFID设备等实现信息感知和采集，完成智慧城市中数据的感知、检测、识别、控制等功能。通过互联网、移动通信网等传输方式实现信息交互和传递，每个传感器网络节点可根据程序算法进行独立响应流程或将数据传输至综合数据分析系统实现智能决策和控制，实现人与人、人与物、物与物的全面交互和无缝连接。3.2数据与平台层数据与平台层一方面实现各类数据的汇聚、关联、存储和处理功能，相当于城市的“中枢神经”。通过构建各类基础数据库，整合、存储、加工大量数据信息，为统一存储、管理感知前端采集的数据信息，为智慧城市各类应用服务系统提供有效的数据支撑。另一方面，依托于城市资源中语音、图像、视频、地图等数据的海量资源，借助人工智能技术，从中发现带有趋势性、前瞻性的信息，起到“城市大脑”的作用，为城市管理者带来巨大的价值。3.3服务与应用层在感知与网络层、数据与平台层的技术上建立服务与应用层，面向各种行业或领域，提供一系列智慧应用及应用整合，如智慧政务、智慧安防、智慧交通、智慧能源、智慧生态、智慧医疗等。实时全面地展示城市真实的运行状态，以支撑监测、预测和假设分析等各类应用，实现城市的智能管理和调控。同时，通过移动终端设备、互联网、电视媒体等各类渠道提供各类智慧服务，普惠城市居民。图2智慧城市的技术体系架构服务与应用层开放门户提供方管理API目录智慧政务智慧安防智慧交通智慧能源智慧生态智慧医疗开放网关API路由API编排访问权限日志/计量安全流控数据接入运维管理API订阅统计分析使用方管理数据抽取、数据清洗、数据加载、流程调度、异常处理Wi-Fi/ZigBee/蓝牙数据开放共享+智能分析挖掘传感器网络标准体系数据集中→数据资产政务网互联网NB-IoT/LoRa/…摄像头RFID无线网关手机5G/4G/3G/2G感知与网络层平台资源数据与平台层基础网络无线感知视频电话…………资源目录基础数据库主题数据库业务数据库数据中台资源中台数据服务工具组件基础资源数据智能服务有效运营智能预判精准决策业务创新组织保障流程管控数据安全数据质量朱常波，程新洲，叶海纳5G+大数据赋能智慧城市本期专题MonthlyTopic032019/09/DTPT基于感知与网络层提供安全稳定的连接，构建真实城市的孪生镜像；基于数据与平台层实现数据贯穿与深层挖掘，推进精确管理和科学决策；基于服务与应用层提供覆盖公共和商业领域的应用，提升并创造价值。3个技术层以松耦合的方式协同发展，从而对上层智能城市应用进行灵活支撑和快速适应；技术层内的技术实现或组成结构发生变化时，不影响其他层的业务，提升系统架构的韧性和鲁棒性。4智慧城市建设方面的研究建议全力打造物联感知重要基石。物联感知能力是智慧城市的基石，通过信息化技术将物理城市真实、全面、精准地进行映射，从而构建城市的数字底座。目前，已经有一些物联设备在城市中先期出现，比如智慧灯杆、智慧井盖、智慧垃圾桶等。但无论从应用场景和物联能力上都存在极大的发展空间，例如在工业物联网场景中，利用边缘计算提供海量物联数据和时延敏感业务的本地化计算能力。积极推动