问题

为什么4g不能实现万物互联,为什么不能通过光纤来做远程手术?

回答
你提出的这两个问题都触及了当前通信技术和医疗技术发展中的关键瓶颈,非常有代表性。我们来详细探讨一下。

一、 为什么4G不能实现真正的“万物互联”?

“万物互联”(Internet of Everything,IoE)是一个非常宏大的概念,它指的是将人、数据、流程和事物(设备)连接起来,通过信息交互产生新的能力和价值。而4G(第四代移动通信技术)虽然是目前广泛应用的高速移动通信技术,但它在支撑一个真正意义上的万物互联生态时,存在几个显著的局限性:

1. 连接密度与设备数量的挑战:
想象一下: 如果我们真的要实现“万物互联”,那意味着城市中的每一个传感器、每一个智能家居设备、每一辆自动驾驶汽车、甚至地里的每一株农作物都可能需要连接到网络。这意味着网络需要同时支撑的海量设备连接数。
4G的瓶颈: 4G网络在设计之初,主要考虑的是智能手机的连接需求,其基站每平方公里的连接设备数量是有限的。当设备数量爆炸式增长时,4G的基站会不堪重负,导致网络拥堵、延迟增加,甚至连接失败。就好比一个交通枢纽,设计时只考虑了有限的车辆,突然涌入成千上万辆车,必然会造成大堵塞。

2. 低延迟的需求(尤其是对实时性要求高的场景):
场景举例: 自动驾驶汽车需要极低的延迟才能安全地做出决策,例如瞬间响应前方的障碍物。工业自动化中的机器人协同工作也需要毫秒级的响应速度。智能电网的故障检测和隔离也对延迟非常敏感。
4G的延迟: 4G网络的平均延迟大约在50100毫秒之间。虽然对于浏览网页、观看视频来说已经足够,但对于需要瞬间反应的场景,这个延迟仍然太高了。这就像一个信号传递者,虽然能很快把信息送到,但中间会有一点点停顿,在关键时刻,这“一点点”就可能决定成败。

3. 功耗与续航的制约:
设备特性: 许多物联网设备,特别是那些部署在偏远地区、长期工作的传感器(如环境监测器、农田传感器),它们可能安装电池后就长期运行,不方便频繁充电或更换电池。
4G的功耗: 4G通信模块相比于为低功耗物联网设计的专用技术(如NBIoT、LTEM等),功耗更高。如果这些海量设备都使用4G模块连接,电池续航将成为一个巨大的问题,频繁更换电池会带来高昂的维护成本和不便。

4. 异构网络与协议的复杂性:
多样化的设备: 物联网设备种类繁多,它们的数据传输需求、通信频率、数据格式都不尽相同。
4G的通用性不足: 4G网络主要面向的是 IP 网络,对于一些低带宽、低功耗、非 IP 网络的设备,集成起来会比较复杂,需要中间网关进行协议转换,增加了系统的复杂性和成本。

5. 安全性和可靠性考量:
海量数据,潜在风险: 当成千上万个设备连接到网络时,网络安全和数据的可靠性变得尤为重要。任何一个环节的漏洞都可能被放大。
4G的适应性: 虽然4G有安全机制,但面对如此庞大的连接规模,如何保证每个节点的安全、数据的完整性和隐私,以及在极端情况下(如大规模攻击)的网络韧性,都是4G原生设计需要进一步考虑和强化的。

总结来说,4G更像是一条宽阔的高速公路,非常适合汽车(智能手机)高速通行。但“万物互联”需要的不仅仅是高速公路,还需要能支持自行车、电动滑板车、甚至行人的小路,并且要求这些交通工具都能安全、高效、低耗地运行,同时还要能够快速响应指令。4G在这方面的能力是有限的,它不是为如此多样化和海量的连接场景设计的。

二、 为什么不能简单地通过光纤来做远程手术?

“远程手术”听起来很美好,似乎有了光纤就能立刻实现,但实际操作起来远比这复杂得多。光纤确实是实现远程传输的极佳载体,它提供了极高的带宽和极低的延迟,但远程手术的难点不在于信号传输本身,而在于信号传输之外的“一切”。

1. 极致的低延迟与稳定性要求:
手术的精确性: 手术操作需要医生有极其精细的控制,一点点的延迟都可能导致器械“抖动”或“跟不上”指令,进而对患者造成不可逆的伤害。例如,切除肿瘤的刀尖必须精准地在目标位置,如果医生操作的指令因为延迟而滞后,结果可能是切偏了。
光纤的理论优势与实际挑战: 光纤确实能提供纳秒级的延迟,这理论上是足够快的。但问题在于,即使光纤本身延迟很低,整个“手术链条”中的其他环节也会引入延迟和不确定性:
传感器采集延迟: 医生看到的影像、感受到的触觉反馈,是通过各种传感器采集的,这些采集过程本身就会有延迟。
数据处理与编码延迟: 高清视频流、触觉反馈数据需要经过复杂的处理、压缩和编码,再通过光纤传输,这些过程都会增加延迟。
执行器响应延迟: 机器人手臂接收到指令后,需要通过机械臂和执行器来完成动作,这些机械部件的响应速度也有极限。
网络“最后一公里”: 即便是光纤入户,中间的网络节点、路由器的处理能力、信号的调度等都会影响整体的端到端延迟。
想象一下: 就像你用很小的勺子夹一颗芝麻,如果勺子和你的手之间有明显的滞后,你根本没法准确地把芝麻送到碗里。手术的精确度要求远高于这个比喻。

2. 触觉反馈(力反馈)的复杂性:
医生的“手感”: 经验丰富的外科医生在手术时,能感受到组织被切割的阻力、缝合时的紧实度,这种触觉反馈是他们判断操作是否恰当的关键。
光纤无法传输“感觉”: 光纤传输的是光信号,它本身无法直接传输触觉。为了实现触觉反馈,需要在手术现场的机器人手臂上安装精密的力传感器,将物理力转化为电信号,再通过光纤传输到控制端给医生。反之,医生在控制端施加的力也需要被转化为信号,再传回机器人手臂,由执行器产生相应的力。
技术瓶颈: 实现高质量、高保真的力反馈是一个巨大的技术挑战,涉及到传感器灵敏度、信号处理的实时性、执行器的精度和响应速度等多个环节,每一个环节都可能引入延迟或失真,影响医生的判断。

3. 多模态数据的同步与融合:
信息量巨大: 一场远程手术不仅仅是影像传输,还包括了超高清的3D视频、患者的生命体征数据(心率、血压、血氧等)、手术器械的位置信息、力反馈信号、甚至未来可能融合的AI辅助分析信息等等。
同步难题: 所有这些信息都需要在极短的时间内同步传输和融合到医生的工作站上,让医生能够像在现场一样获得全面、实时的信息感知。如何高效、准确地同步和处理如此海量、异构的数据流,对网络和计算能力提出了极高的要求,即使是光纤,也需要配合强大的后端处理能力。

4. 鲁棒性与容错机制:
医疗场景的极端要求: 在手术过程中,任何网络中断、信号丢失或设备故障都可能是灾难性的。
备份与冗余: 远程手术需要极其强大的鲁棒性,包括多条光纤线路的冗余备份、备用电源、备用控制系统等。一旦主系统出现问题,能够无缝切换到备用系统,保证手术的连续性。这涉及到复杂的系统设计和高昂的成本。
光纤的“单点故障”: 虽然光纤本身很可靠,但在物理层面上,也有可能因为线路损坏、设备故障等原因造成中断。如何应对这些突发情况,光纤本身并不能直接解决。

5. 标准化与法规挑战:
医疗行业的特殊性: 医疗设备和流程受到严格的监管和标准限制。远程手术技术的推广需要符合各国医疗法规、伦理标准、数据安全标准等。
技术成熟度与验证: 现有的远程医疗和机器人技术,虽然在某些特定场景下有所应用,但要达到大规模、复杂手术的标准,还需要大量的临床验证和技术迭代。

总而言之,虽然光纤为远程手术提供了极高的带宽和极低的延迟基础,但它仅仅解决了“信息传输管道”的问题。远程手术的成功依赖于一个完整且高度协同的生态系统,包括高精度传感器、实时反馈系统、强大的数据处理能力、可靠的机械执行器、多层级的容错机制以及完善的法律法规支持。目前的技术和成本,使得在绝大多数情况下,直接派驻医生或使用就地机器人进行手术,仍然是更安全、更经济、更可行的选择。 我们可以将光纤比作一条极其宽阔且平坦的道路,它能让马车(信息)快速行驶,但要实现“远程驾驶一辆精密而又需要‘手感’的赛车”,还需要极高水平的“赛车制造工艺”、“驾驶技术”以及“赛道维护”才能做到。

网友意见

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远程手术是宣传。

5G的核心问题是怎么挣钱?

设备商要千方百计忽悠运营商买单,运营商要千方百计忽悠用户买单。

在中国,运营商是国企,让政府相信5G的必要性,运营商就会不得不买单。所以,设备商的重点在政府公关。

在美国,政府也很重要,但是议员有话语权,所以爱立信赞助议员忽悠5G。

5G真正到了运营商手里,设备商就成功了,你买了我的设备要给钱,设备扩容维护要给我钱。


远程医疗这种东西,是运营商忽悠客户用的。

依靠个人用户,WCDMA的3G已经到头了,中国搞4G才发展出移动互联网,是因为用户最多的移动3G是残废。延迟了一代。

5G的难度,在于无法让用户多掏出几倍的话费。

4G换5G,用户没有意见,但是你让个人用户掏比4G高几倍话费就有问题了。

设备商把5G忽悠给运营商,运营商不卖出去一定要亏。


个人用户没啥潜力,能挖掘的是企业用户。忽悠企业上5G。

有个案例是某个企业搞了个示范车间,安了一台5G基站,把以前便宜的固网换掉,一年给某运营商100万费用。

一个5G基站各种费用大约50万计算,运营商忽悠企业成功,一年100万,不但不亏,还有暴利,这是运营商喜欢的。

企业当然也不亏,搞成试点,政府有政绩,不说财政补贴多少钱,各方面给点照顾,就不止100万。

所以,5G的工业应用是重点,如果企业不买单。政府不补贴,5G就变成运营商掏钱补贴设备商了。

至于,企业自己用不用。就要看成本效益了。

华为很早就用云PC了,现在不用了,因为成本费用一算,还是让员工自己买电脑便宜。

5G也是这个问题。

5G提出的三大场景,高速、低延迟(只限终端到基站),大容量,企业究竟能不能用到?

能用到的时候,5G方案有没有费效比。

某个设备有联网需求,究竟是光纤合适,WIFI合适,还是走移动网络合适?走移动网络,究竟是5G、4G合适,3G合适还是2G合适?

有磁悬浮技术,有高铁技术,有公路,有飞机,还有马斯克的管道运输,那么从北京到上海,到底选择什么合适?

政府通过补贴和政策支持,让铁路公司选择了磁悬浮,如果乘客嫌弃票价太贵,坐飞机怎么办?货物嫌弃磁悬浮太贵,宁愿用慢速货车运输怎么办?

除了卖磁悬浮的厂商发财,铁路公司是不是要赔死?

5G应该在它有竞争力的领域大力发展,某个区域,用5G就是比4G、WIFI、固网有优势,这个区域就把5G建设好。搞SA,宏基站微基站覆盖的无死角。把5G优势发挥出来。

在5G没有竞争力的地方,该上光纤上光纤,该上4G上4G,该保留3G、2G,保留3G、2G。

中国移动把3G网退了,反而2G网保留就很说明问题了。

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其实蛮多物联网是插了个2G SIM卡的。

而技术上讲,室内场合,5G能做的事情,光纤加无线路由器总是可以更好更廉价更稳定地完成的。

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5G目前最容易看到和理解的应用场景是车联网,智慧驾驶。所有的延迟都要针对应用场景。都是相对的。

而带宽意味着更高数据传输(比如高清视频与图片). 5G对监控行业也有重大影响。

5G与光缆比纯粹鸡同鸭比,在延迟与带宽上当然5G都会落后。但一个是无线应用场景,一个是有线。无线的意义难道不大吗?

另外,我没仔细研究过5G协议。互联网广泛应用的TCP/IP在实时性上比较弱。在纯5G场景下,可能native支持新的协议提高实时性支持(当然,实时性也是相对的)。

另外,5G模型在避免无线传输拥堵上也有优势,可以实现p2p传输。用4G来万物互联,拥堵就弄死你。

至于远程手术,实际上是远程专家会诊指导。瓶颈不在传输速度上。当然在无线场景,比如户外急救是有意义的。

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