开启创新：5G与智慧城市的未来

白皮书

开启创新：5G与智慧城市的未来
下一代网络和物联网技术将如何改变我们的城市

目录

简介
什么是5G？
5G构架
建设智慧城市的基础
智慧城市应用实例
在驱动设备互联和创建智慧城市方面扮演迷人的角色
结论
关于作者

简介

新闻里充满着关于5G带来巨变的预言：未来是无线的，而且速度会很快。5G数据网络将比互联网诞生之日起任何技术的变革更强烈地改变我们的生活，从手机上极速下载电影到使用单一装置控制我们的住所、车辆以及几乎所有的事物。

那是因为5G将带来一个互联装置的智慧生态系统，它能够使用海量的数据来改变我们的工作、生活和娱乐。与新兴的技术相结合，例如物联网IoT、人工智能AI、延申现实和区块链，5G承诺我们将变得更安全、更智慧并且能更迅速地反应。

相比3G，4G大大加强了移动互联网能力，5G更稳步地提升了交流的可能性。它将如同工业基础设施中的公路、铁路和电力网络一样来构建我们的交流基础设施。

定量未来主义者Amy Webb，也是Future Today Institute的创始人，说5G技术将形成“城市级网络和城市级空间计算，不仅仅是与你家居环境相关的物联网，而且是整个城市的各种装置、传感器和所有的事物都实现互联。”

在这个新的高度互联的世界里，“智慧城市”的概念最终将成为现实。摄像机和传感器将追踪交通工具和行人的交通、监控环境因素、改善紧急和城市服务并且为城市公民的福祉全面优化整个城市的运营。

5G在经济上的潜力及其巨大，以至于它带来的很多好处尚未得知。4G落幕时，没人曾预料到新的商业模型会在移动宽带例如优步、Air B&B和脸书中产生。同样，5G也会创造出我们无法想象的崭新服务。

当某些人说这种技术被过分吹捧时，我们距离5G的首次商业化展示还有很多年。某些分析家预测直至2022年或2023年，我们仍然不会在美国见到5G的广泛成熟应用。

5G将带来一个互联装置的智慧生态系统，它能够使用海量的数据来改变我们的工作、生活和娱乐。

当设计工程师、技术人员和城市规划者考虑各种可能性时，5G能力的新前景仍然为他们增添激情。

从5G的基础设施到实现未来智慧城市的应用、实例和各种装置，电子开关将在助力这个变化过程中扮演关键角色。

什么是5G？

转变成5G蜂窝网络不仅仅影响智能手机。它也会影响很多其他装置，例如工业机器人、无人机、安保摄像机和能相互传送交通数据的车辆。

严格来讲，5G是一套技术的基础规则，它定义了蜂窝网络如何工作，包括其采用的无线频率，各种元件例如电脑芯片和天线如何来处理无线信号和交换数据。

这里的G指的是无线技术的“代”。每一代无线技术都为用户和商业带来独特的能力和好处。1980年代产生的1G是第一种大规模手机通信的模式，它实现了手机之间的简单通话。1990年代产生的2G与模拟信号相比，通过数字加密带来了更好的安全性，实现了诸如短信类的数据服务。2003年出现的3G为最终智能手机的革命开拓了道路，提供了更高的速度并建立了移动装置和互联网的连接。2012年产生的4G带来了更高的速度和流畅的移动内容。

5G在移动技术上又大大跨跃了一步，具有三个新的特性：更高的速度（传送更多的数据），更少的迟滞（反应更快），同步连接更多装置的能力（用于传感器和智能装置）。总的来讲，5G的应用案例大体上能分成三种主要的连接服务：

增强的移动宽带：5G能提供更快的速度、更一致的数据传送率以及更低的迟滞性和更低的单位比特成本来支持沉浸式体验例如虚拟现实（VR）和增强现实（AR），并使得我们的智能手机更有用。
重要任务的通信：5G能以新的服务实现工业转型获得超高可靠性/可用率且超低迟滞性的连接，例如交通工具、远方基础设施和医疗过程的远端控制。
海量的物联网：5G能连接海量装置中的传感器和其他基础设施通过降低数据传送率、功率和移动性来实现极低成本的解决方案。

由于更快的网络有助于推广人工智能和其它边缘技术的应用，因此很多国家将5G视为一种竞争优势。

根据IHT的一份研究报告，随者5G将移动技术从连接人到连接人与信息再到连接人与万物，经济学家们估计到2035年5G给全球新货物和新服务带来的经济效益可达12万亿美元。

5G构架

5G正在进行测试并预计今年晚些时候向某些市场推出。用于支持加强型移动宽带、物联网和重要任务应用的构架要求网络性能在所有的网络参数中，如迟滞性、流动率、可靠性和规模上均实现比现有水平10倍的提升。为达到这一点，移动运营商需要在所有的网络领域进行投入，包括波谱、无线接入网RAN基础设施、传送以及核心网络。

开始阶段这项投入集中在一些关键领域例如数据中心、边缘计算、网络变换、5G网络规约（也叫5G IP）和调制解调器。根据研究机构Moor Insight & Strategy估计，到2025年电子开关和元器件将在超过3260亿美元的投资中具有很大比重。

其它应用于5G的开关技术将用来支持基础设施装置的射频（RF）调制，例如天线和基站以及在工业物联网（IIoT）中那些用来驱动其他物体例如断路器、灯柱、机器人的手臂或一个空调通风系统的低耗能连接器、传感器和处理器。

许多5G技术的元素是基于4G网络，而不是完全新设立的，这就意味着移动运营商能用一种渐进的方法来投资基础设施。5G无线功率的投入会有助于节省成本，其它替代方案例如网络分享和通过物联网、工业物联网以及智慧城市形成新的收益模型将有利于实现5G的最大效益并使其首次应用避免太昂贵或太慢。

5G的扩展最终将释放智慧城市的真正潜力，为一系列新的连接服务提供重要基础。至于是否能帮助解决交通拥阻、改进城市监控和管理重要服务的方法、或者实现无人驾驶，5G将越发成为未来城市管理的关键工具。

按照Grand View Research的判断，到2025年，从医疗到交通到能源安全这样的智慧城市服务，其全球市场预计可达2.57万亿美元。这样规模的投入将很大程度上取决于网络供应商在其连接的装置和系统之间近于实时地传送海量数据的能力。

建设智慧城市的基础

具有5G连接的城市在公共安全、交通、公用事业、公共Wi-Fi接入和紧急救助方面会变得更好。这是个好消息，根据联合国经济与社会事务署的预测，到2050年全球68%的人口将生活在城市里。

开始建设智慧城市基础的有新加坡、伦敦、迪拜、东京、中国的几个城市、纽约、萨克莱曼特、哥伦布、奥斯汀和其他一些城市。

在亚洲，新加坡实现了5G的首发，为了实现工业转型并使新加坡具有亚太地区的独特竞争优势，当地政府将经营5G许可的数量增加了一倍，从两家变为四家。新加坡已经证明了其作为智慧城市领先者的位置，由于在技术和基础设施连接方面的投入驱动城市服务向着电子政府转变，2018年世界智慧城市大会在新加坡召开。

具有5G连接的城市在公共安全、交通、公用事业、公共Wi-Fi接入和紧急救助方面会变得更好。

在美国，得益于首个成规模5G商业应用，萨克莱曼特市一跃成为智慧城市。它是世界上首批实现基于固定式无线5G技术规范的城市之一。进一步的规划包括公共安全、行人监控、交通拥堵监控和公园里的免费公共Wi-Fi。

在欧洲，伦敦有雄心在2020年成为世界上最智慧的城市。为实现这一目标，伦敦市长鼓励政府部门和私有事业部门都积极参与建设。市里提出了超过二十个目标来应对城市挑战。各处使用5G将整个伦敦连接起来就是其中的一个目标，而市长的目标是在公共区域提供免费的Wi-Fi。

智慧城市应用实例

想象一下城市与周围世界的互动，从生活在其中的人们那里获取信息，处理从道路、交通工具和建筑物中传感器得到的数据，还有更多的事情来改善可持续性和所有人的生活质量。这一切因为5G而成为可能，无穷的可能性。以下是一些应用实例，如今在世界上的智慧城市已经实现或正在探索。

交通

无人驾驶车辆将成为现实，帮助人们更有效地去工作并解决那些无法驾驶车辆人士的难题。车辆内更好的环境包括娱乐系统和商务交流工具将极大地改善乘客的体验。

通过无线连接的车辆与道路提供实时交通预警和安全警告构成交通工具间的通信系统，这样司机们将获益于更顺畅的交通。通过实时智能定位改进城市的交通流量，公共交通的等待时间将缩短。

将来无人驾驶会成为新的规范。拥有车辆的人数会减少。相反，上班族、旅游者和购物人群将通过连接的app形成交通流量。互联的无人驾驶、共享和电力化或称为CASE将改变汽车的概念并在未来提供更广泛的运输服务。

得益于车辆信息服务和船队车队管理工具，水运和物流公司能综合视频数据、设备可视技术和运输工具数据来确保城市中对零售商和企业高效的、及时的和精确的交货。

城市服务

每当垃圾箱装满时，其中的传感器能触发自动告警来实现自主垃圾收集。物流软件、移动应用和车辆内监控装置将使得垃圾管理流程更便捷并保证司机的安全。

通过使用交通工具监测传感器、智能停车表和具有自动车辆牌照识别功能的摄像机，智能停车技术将使停车人能实时远程并自动地监测停车位占用的情况。正确解读获取的数据将有助于城市规划者优化交通流量减少拥堵。

智能自行车和电动踏板车有助于减少污染并使上班族的出行更健康、更有效。装备GPRS的自行车采用智能支付系统来锁车将有助于实现顺畅的用户体验。人工智能平台有助于共享单车的运营商在城市内按时按需重新分配自行车。

公共安全

新的通信网络将监控摄像机与警察局和警察相连接。智能视频分析平台会管理视频资料并满足一系列服务需求，包括实时监控、视频浏览、数据共享和证据收集。这个领域的最新应用例如门铃上的摄像机能为全国的警察部门提供可操作的情报帮助捉拿犯罪嫌疑人。

通过建筑物、灯柱和公用设施上的传感器实现对周围环境和公用设施的监控，连同大家提供的气候和污染数据，能更好地控制污染、降低成本和对环境的破坏。

紧急服务也将因此获益，能够精确地定位并选取最佳路径来救助受害人以挽救生命。无人机能一起参与行动为事故发生地周围很难接近的区域或拥堵地段或发生自然灾害地区提供至关重要的信息。

在驱动设备互联和创建智慧城市方面扮演迷人的角色

智慧城市和5G中运用的大部分技术都基于改进型无线通信、拓宽传感器技术和能量效率，包含那些完全无需电池的装置。

然而，如果没有合适的开关，5G技术的基础设施、物联网和智慧城市的应用不会像我们今天所知的那样存在或者在未来发挥它们的潜能。

以下是一些采用C&K开关的智慧城市应用实例和设计考量，设计工程师可以在开发下一代新兴技术时加以参考。

智能交通里的开关

智慧交通通常包括车辆信息服务和后视镜安装安全摄像机的车流管理解决方案。它们综合了视频数据、设备可视技术和车辆数据来确保为零售商和企业提供高效、及时且精确的交货。

这些解决方案也有助于通过记录车辆行驶状态例如突然的减速或撞击来保持司机和货物的安全。

用户通过结实耐用的按钮进行菜单选择并记录发生的事件。由于车辆空间的限制，人们经常采用C&K的KMR系列，因为它们具有出色的触感和提供四級操作力度，而其尺寸仅为4.6mm x 2.8mm。

智能货运集装箱里的开关

智慧集装箱通过GPS和无线通信节点实现追踪和监控，蜂窝网络通过安装SIM卡的设备提供连接服务。C&K的CCMO3 Mk2型SIM/SAM卡連接器有6个或8个触点和固定式或铰接式盖板的選擇，其机械寿命可达50000次。另外，應用於篡改檢測装置例如C&K的ZMA和ZMS系列微动开关能在追踪装置移离集装箱时提醒用户。

智能市政服务中的开关

短租自行车已经成为智慧城市的一个标志了。这些自行车安放在那些主要地段，用户能通过智能手机上的APP来解锁（也可以进行付费）。

智能锁依赖于开关技术，例如C&K的ZMS系列。这些微型微动开关能检测锁是否已經打开，袖珍的尺寸使其成为锁内极小空间的理想配置。它具有高低两种过超程选项，这些耐用装置的寿命可达100000次并提供IP65密封防护標準。

智能家居中的开关

在家里，物联网连接的电器每天能使更多功能实现自动化，并能通过摄像机和远程门禁锁来控制安保。能源成本在上升，物联网能越来越多地控制照明和加热/制冷以保证其最便利的有效使用。

物联网的节点通常很小，能精确安置在所需的位置。这样的空间限制意味着开关也要同样做得小而且耐用。即使这样小的尺寸，开关仍然可以进行编程，设置并使用物联网服务，开关如果失去功能意味着节点失效。C&K的开关经历了严酷的试验，其寿命可超过500000次，是长期使用的理想元件。

因为很多物联网设备都需要经常携带，當中的开关很可能需要在户外操作，要承受潮湿和触点的腐蚀。这些应用中，C&K的开关可以进行镀金来抵御腐蚀并提供IP67等级的防护標準。

开关操作时的声音和感觉（触感）在确认其操作时极为重要，也体现了高质量产品的特征。这恰好是C&K的专长，其标准产品在常规应用中具有优异的触感，而且有一个专门实验室能为任何特定的应用场景来定制触感。

结论

5G引领我们快速进入一个由几十亿个小装置控制的且复杂性和自动化均不断增加的时代，每天每秒都在产生海量的数据。

这些装置存在于我们的家里、办公室里、工厂里、医院里以及智慧城市的基础设施里。十年前这个市场几乎不存在而如今已经是每年几千亿美元的巨量了。

这些令人难以置信的装置及其应用都有一个共同点：它们都依赖于一个或更多个开关来实现其功能。

作为世界領先的开关供应商，C&K为所有类型的智慧城市、智慧家庭和智慧生产应用提供开关方案。C&K能提供超过55000种标准产品和850万种开关组合包括许多在工业领域的应用。C&K的产品包括轻触开关、按动开关、微动开关、钮子开关、跷板开关、检测开关、拨码开关、按键开关、导引开关、旋转开关、滑动开关、钥匙开关、指轮开关、智能卡阅读器、高可靠性连接器和定制化的模组，其中很多都可以支持定制方案来满足客户的特定需求。

九十多年来，世界上的高端品牌均依赖于C&K的产品来进行它们定制化开关的设计和生产。客户長期信賴C&K因为我们一直能做到他們对定制产品所期待的精确外观、触感、声音和体验。
C&K现在属于Littelfuse旗下，除了开关之外，Littelfuse还提供广泛的技术组合。有关Littelfuse的产品如何帮助您保护智慧城市应用的更多信息，请参考以下：
https://electronicscatalogs.littelfuse.com/data/dpg23aab/011/html/export/Data%20Center%20Selection%20Guide.pdf
https://info.littelfuse.com/hubfs/Electronics/Documents/DCI/Protecting_the_Highway_to_the_Cloud_Article.pdf

关于作者

Craig Thomson, 全球产品与市场总监
Craig Thomson负责C&K开关产品和市场的开发。Craig在产品管理和新品开发方面有二十多年的经验，他领导产品设计师和工程师解决了复杂的工程难题。他领导开发的方案帮助最终客户实现了在医疗、汽车、宇航、工业、高端消费电子产品和电信市场的创新。