5G技术与智慧物流供应链的互动式演进
文/刘大成清华大学互联网产业研究院副院长兼物流产业研究中心主任、博士生导师
01
5G技术及其应用的到来
2019 年 6 月 6 日，工信部向中国电信、中国移动、中国联通和中广电正式发放了 5G 商用牌照，标志着中国在 2019 年进入了“5G商用元年”；随后 5G 手机陆续推出上市，2020 年“新基建”又把 5G 基础设施建设放在首要位置，同时三大运营商允诺 2020 年将完成 55 万个 5G 基站建设，并预计 2025 年 5G 基站将达到 550 万个……5G 时代似乎真的到来了。
5G 技术是基于 3G/4G 技术的升级版。2015 年 9 月在美国凤凰城举行的全球标准化组织——第三代合作伙伴计划（3GPP）的工作会议中，正式提出下一代无线电技术将向增强型宽带（eMBB）、大规模机器通信（mMTC）和高可靠性超低时延通信（URLLC）三大方向发展。
2018 年 6 月，5G 的 NR 独立组网 SA 标准正式出台，将空中接口时延缩短到 1ms、峰值速率达到 1Gb/s、连续广域和高移动性下用户体验速率达到 100Mb/s。
5G 的超级带宽，即增强通信带宽场景（eMBB），是指其 G 比特级接入速率已经超越了互联网接入、视频通信应用流量的基本速率，其拥塞和延时也趋于零，终端用户可以感受到具有无限流量的网络。
5G 的海量物联（mMTC），是指采取网络自动化技术并基于服务架构，实现对海量的网联设备的全生命周期的管理与安全性保证。5G 的即时可靠通信（URLLC），保证高可靠性、超低时延通信的能力以实现全球网上远距离的真实临场感。
02
5G高成本催生产业互联网落地实施
《中国5G经济报告2020》提出，到 2025 年 5G 用户对 4G 的渗透率将达到 48%，到 2030 年 5G 直接带动的总产出将达到 6.3 万亿元，经济增加值将达到 2.9 万亿元，间接带动的总产出将达到 10.6 万亿元，经济增加值将达到 3.6 万亿元。似乎 5G 带来的都是远超现在的经济收益和利润。
然而，由于 4G 提前占用了中低频段，5G 只能采用更高频段载波，导致了 5G 传输距离更短，使得覆盖与 4G 同样目标的基站数量在理论上就要比 4G 多出 3 倍左右。按照 2020 年三大运营商建设 55 万个基站需安排资金 1803 亿元的预算比例计算，2025 年预计建设的 550 万基站总建设成本约在 1.8 万亿元左右，而覆盖目前 4G 范围的基站建设总成本则可能高达 5.4 万亿元。
与此同时，考虑 5G 宏基站租用铁塔和微基站租用室内空间等成本，可能每年需要 1 万亿元左右；而考虑 5G 基站耗能要超过 4G 基站的 3 倍，则年耗电量高达 2430 亿度，使得电费年总费用达到 2160 亿元左右。
由此估算出，5G 仅基站的年运营成本就将达到 1.2 万亿元。对比 2019 年三大运营商在 4G 上的年总收入约 8145 亿元，净利润只有 1400 亿元，清晰地显示出收益与成本之间巨大的差额，也必然导致三大运营商在没有寻找到新的收入增长点之前是难以支撑大规模 5G 基础设施建设的。所以，才有三大运营商半夜关闭 5G 基站以降低电费成本的情况。如此一来如何解决用户购买套餐中的优惠“闲时流量”成为了行业评价的新难题。
资本和技术都需要快速开拓新的消费市场的。5G 不仅可以做为黑科技发展的一个支撑工具，还因为其高带宽、低时延和广连接的三大场景和按需组网特性而独具科技属性和商用市场。新的收入增长点不可能再大规模来自于已边际递减的消费互联网，最可能的增量突破口应来自于产业互联网和垂直产业链生态的崛起及其之上的业务应用。
03
节点型物流枢纽强烈需要5G+
随着物流业的蓬勃发展，物流节点的竞争力越来越依赖于物流节点与物流网络中其他物流节点的网络优化与供应链生态优化，而物流节点也必然在软硬件、运管维等各方面融入整个大系统中，节点与节点的线上优化，集点成网的网络优化都直接决定单个节点的市场竞争力，物流节点也必然从单个节点的监控、决策、作业与业务达成转向物流网络全供应链生态的优化与系统集成，必然随之对通信的超大带宽、海量物联和超高可靠超低时延有更高标准的要求。
物流枢纽是集中实现货物集散、存储、分拨、转运等多种功能的物流设施群和物流活动组织中心，是物流体系的核心基础设施，其辐射区域广、集聚效应强、服务功能优和运行效率高。在《关于做好2019年国家物流枢纽建设工作的通知》中，共有 23 个涵盖陆港型、空港型、港口型、生产服务型、商贸服务型、陆上边境口岸型物流枢纽入选首批国家物流枢纽建设名单，并相应形成物流枢纽型城市。
与此对应的是，5G 在物流枢纽节点中因无需过多基站建设而形成投资成本小、经营风险少的最佳应用场景。中移动在面向 14 个重点行业规划出 100 个 5G 应用场景中，智慧港口、智慧矿山和智慧园区等都属于物流节点范围；中联通在发布的八大 5G 行业应用场景中，“5G+无人驾驶”、“5G+智慧物流”和“5G+智慧港口”也同样覆盖物流节点的智慧化；中电信展现的“5G+”的十大应用场景中，智慧交通和车联网与物流节点具有一定的相关度。基于 5G 的智慧物流园区成为投资回报率[敏感词]的选择。
在物流园区的封闭区域内，超高宽带、海量物联与高可靠性、超低延迟都能在场内找到应用场景，并由于各功能业务需求的差异性而提供了网络切片功能服务，在一个节点内集中体现了 5G 商用服务的价值。
在物流网络中，节点间的运输/转载能力更多受制于装卸能力及盛装容积比和载重比，路径优化等传统优化方式提升空间并不大。然而，对物流网络系统能力约束最大的在于转载/分拨节点的效率能力上，因此节点智慧化极其重要。作为节点的物流园区智慧化包括软硬件及运营模式的全面升级。
首先，智慧化的基础是信息化、网络化和数字化，提供设备与人的信息互联、人与人的网络互联和设备与设备的网络互联，实现系统内全资源的赛博（Cyber）物理系统互联，通过数字化转型形成基于数字化的自组织、自适应与基层作业的自洽体系，实现供需间的精准对接与资源配置的全局系统优化。
其次，物流园区的智慧化在于能够低成本、高效率、超低时延的“结点成网”与集群协同配置。身处物流网络的一个节点必须要与其他节点形成可以协同组织、协同配置和协同决策的系统优化体系，以物流网络型供应链和产业链生态形成对生态圈外部的竞争优势。
第三，物流园区智慧化在于节点内部作业的低成本、高效率和资源的集约化配置，动态实时筛选高附加值服务并赋予不同优先级。第四，智慧化还体现在节点内垂直产业链的塑造，并依托核心功能构建衍生的信息服务、金融服务等全产业链增值服务功能圈，助力园区价值链升级。
04
基于5G技术的物流节点智慧化演进
物流园区、物流枢纽等物流网络节点中的核心智慧功能及其业务增量主要包括监控、决策和作业执行，以实现仓储、分拨、转载和装卸等功能以及全供应链资源配置的优化，也包括随核心业务而衍生的信息服务、金融服务和平台服务。
随着人工智能与物联网 IoT 的技术不断成熟，软硬件成本不断降低，基于智联网（AIoT）的需求越来越多。
首先是对物流节点作业环境的监控，这里既包括高精度视频，也包括除视频之外的各种传感体系所构建的系统边界，还有嵌入到不同装置中的各种射频芯片和非接触式条码所反射出来的环境变化，以及在信息化、网络化时代赋予环境装备的各种数据与参数信息。
其次是对物流节点作业装备的监控，这里包括独立装备如自动化分拣装备、堆垛机器人、拣选机器人和搬运机器人等，也包括车联网、无人车、无人叉车、网联 AGV、网联机器人、无人机等网联装备，还包括货物-设备-人-环境的网络集群协同作业系统等，每一种类型装备的监控都有不同特征和业务熟悉的有效监控方式。
第三是对物流节点中作业对象的货物进行监控，这里既包括因成本或技术难以植入的大宗散货，也包括件杂货，还包括盛袋装箱的非标货物、各种标准 SKU 盛装单元的货物以及标准集装箱盛装的各类白货等，其中的监控，有的倚重于高清晰视频，有的倚重于嵌入式芯片，也有的倚重于特殊的人工智能计算分析方法。
5G 支持的支撑技术同样也对物流供应链的智慧提升至关重要。
首先是 5G 支持的虚拟现实/增强现实技术。基于 5G 的 VR/AR 可以将物流网络中不同物流节点的不同空间的物理位置打断并形成逻辑直连，其强远程“近在咫尺”的代入感可以形成不同节点间的协同作业，并比以往更易于实现整个物流网络的系统资源配置优化。
其次是 5G 支持的物流园区无人化。封闭式的节点物流园区和物流枢纽无人化的安全可以保障，在于节点封闭环境中的环境多样性少，使得机器学习和深度学习更容易，车联网、车路匹配以及无人化、少人化装备的实施运营安全性更强，运行成本更低、运行效率更高，使得 5G 支持的无人化港口、无人化园区都可以低成本高效率实现运转。
第三是人工作业导致了各种人为的响应速度不及时，更导致物流信息不匹配问题明显存在。5G 支持的无人化会将（弱）人工智能的优势发挥得淋漓尽致，并逐步完全获得 5G 的超高带宽、海量物联和高可靠性超低延迟以及按需组网的功能支持。
智慧物流供应链经历了从信息化、网络化到数字化等 3 个阶段，也构建了一个全系统准时制的交叉互联，保证了每一个运行单元形成自恰系统，从而形成新的可自组织的智能，进一步需求了超高带宽、海量物联、高可靠性超低时延等 5G 特征，更需要通过网络切片实现按需组网。5G 技术的起步与智慧物流供应链的演进形成天然的市场互补。
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