5G將擴(kuò)大到產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和社會(huì)應(yīng)用

鄔賀銓

如今，5G已經(jīng)向我們走來，中國的規(guī)劃是2020年，5G至少要啟動(dòng)商用。從1G到4G主要是面向個(gè)人的通信，5G擴(kuò)大到產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和社會(huì)城市應(yīng)用，有三大應(yīng)用場景：一是增強(qiáng)移動(dòng)寬帶，二是超可靠低時(shí)延，三是支撐移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

5G速率提升需要從四個(gè)方面著手

怎么做到5G速率提升？通信領(lǐng)域有一個(gè)香農(nóng)定理，5G速率需要從移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的容量、用戶帶寬，天線數(shù)以及基站四個(gè)方面來提升。

一年來，靠物理層面技術(shù)的改進(jìn)移動(dòng)通信容量提升了5倍。其中，更多提升是依靠小區(qū)分裂，一般城市的蜂窩半徑也就300米左右，隨著小區(qū)數(shù)的增加，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)容量提升了。所以5G的無線接口的技術(shù)是四大方向，在物理層，增加可以接入的頻率，甚至可以拓展到毫米波，增加帶寬。另外基站使用大規(guī)模天線，增加天線數(shù)。

另外，小區(qū)分裂，把小區(qū)越做越小，不是你想做多少就做多少，需要強(qiáng)大的計(jì)算能力支撐。如果小區(qū)進(jìn)一步做小，互相之間有干擾，所以選址很難，另外功率加大運(yùn)營成本會(huì)相應(yīng)提高，所以在5G領(lǐng)域需要使用分層異構(gòu)組網(wǎng)。雖然微基站功率比較低，支持大帶寬的需求應(yīng)用，但實(shí)際上還會(huì)出現(xiàn)挑戰(zhàn)。微基站功率比較低，半徑也比較小，高速移動(dòng)用戶在移動(dòng)的時(shí)候，短時(shí)間內(nèi)會(huì)躍過很多基站，導(dǎo)致切換頻繁，影響體驗(yàn)。另外，互相靠得太近，干擾太大，也要求協(xié)調(diào)能力的提升。

未來控制面和數(shù)據(jù)面分離，所謂控制面是信令，哪怕開車在很多小基站中穿來穿去沒有切換，在信令不夠的情況下，只是用戶數(shù)據(jù)之間切換就可以。

另外，小區(qū)分得很多，不能靠小區(qū)獨(dú)立管理，需要分群，所以未來會(huì)出現(xiàn)無定型小區(qū)。比如某個(gè)移動(dòng)用戶，他的上下型的用戶數(shù)據(jù)是走微基站，而且傳統(tǒng)的移動(dòng)通信，無論信令和用戶數(shù)據(jù)都在同一個(gè)蜂窩小區(qū)，上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)都在同一個(gè)蜂窩小區(qū)。而5G，信令和用戶數(shù)據(jù)不一樣，上行和下行可能走得不一樣，這樣可以具備更好的適配能力，實(shí)現(xiàn)控制面和用戶面分離。

與此同時(shí)，信令的控制是大網(wǎng)，用戶數(shù)據(jù)是小網(wǎng)，上下行分離，打出去的電話、上網(wǎng)的數(shù)據(jù)和你接收到的數(shù)據(jù)走的不一定是一條路，哪一個(gè)地方最優(yōu)化走哪一條，判斷指揮協(xié)調(diào)也需要大量的計(jì)算能力，將來整個(gè)移動(dòng)通信需要用云，在接入端負(fù)責(zé)幾個(gè)微基站的協(xié)調(diào)，有轉(zhuǎn)發(fā)云，實(shí)現(xiàn)各種轉(zhuǎn)碼，還要控制云，在整個(gè)控制面實(shí)現(xiàn)資源的調(diào)配。

5G網(wǎng)絡(luò)需要集中處理和細(xì)致劃分

未來5G的出現(xiàn)不會(huì)這么快去掉4G、3G甚至2G，包括WiFi也照樣存在。實(shí)際上我們面臨的是異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，如何在網(wǎng)絡(luò)中恰當(dāng)?shù)乩每刂企w系資源需要整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系優(yōu)化，現(xiàn)在云計(jì)算有很多，我們希望利用云計(jì)算實(shí)現(xiàn)集約型的控制。

現(xiàn)在面臨的問題是，一些高速的寬帶業(yè)務(wù)都要上云，需要占用干線網(wǎng)的資源，而且上到云要時(shí)延，不適用于虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，遠(yuǎn)程醫(yī)療這些都要求響應(yīng)地快，所以不是什么資源都上到云最好，IBM提出了物計(jì)算，把云計(jì)算能力下沉一些。5G的出現(xiàn)把這些能力進(jìn)一步的下沉，如今出現(xiàn)的霾計(jì)算，比霧更厲害，原來基站沒有計(jì)算能力，未來5G基站需要有計(jì)算能力。

比如北京晚上打電話很多，整個(gè)移動(dòng)蜂窩存在潮汐效應(yīng)，忙閑不均。每個(gè)蜂窩是無限的，通過集中的處理，可以實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化利用。

過去移動(dòng)通訊2G到3G是多層次的。在4G的時(shí)候希望簡化，所以一下子上到1PC，是增強(qiáng)演進(jìn)的分組核心。后來發(fā)現(xiàn)，要把基站集中處理，分出BBU。5G需要進(jìn)一步的劃分，基站處理分為分布單元和集中單元，分布單元落在小基站，集中單元是屬于多個(gè)小基站共享。所以移動(dòng)通信的架構(gòu)在不斷的變化，促使整個(gè)體系的發(fā)展。

可以看到移動(dòng)通信本身無限接口到整個(gè)交換機(jī)有傳輸系統(tǒng)，我們稱之為回傳，5G和4G有同步的時(shí)延等嚴(yán)格的要求。

通過多天線可以提升容量，本來移動(dòng)通信本身不需要單向的傳播，可以根據(jù)多徑傳播，通過多天線我們可以知道每個(gè)傳來的時(shí)延怎么樣，在基站對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，把干擾變成有用信號(hào)。

原來是多天線服務(wù)一個(gè)用戶，現(xiàn)在5G的多天線是一根天線服務(wù)用戶，5G商用試驗(yàn)128根，未來一個(gè)基站是256根。理論上這些天線之間只要互相之間沒有干擾就可以實(shí)現(xiàn)容量成比例地增長。

5G的多種業(yè)務(wù)需要網(wǎng)絡(luò)軟件化來處理

5G有高速寬帶業(yè)務(wù)、大連接的傳感器業(yè)務(wù)、時(shí)延方面的業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)的需求不一樣，我們的網(wǎng)絡(luò)怎么適應(yīng)這些不同的業(yè)務(wù)需求？從邏輯上講，根據(jù)不同業(yè)務(wù)調(diào)配不同資源，滿足不同業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的要求，我們稱之為網(wǎng)絡(luò)軟件化。

比如我們要增強(qiáng)移動(dòng)寬帶，有大連接，有低延時(shí)業(yè)務(wù)和其他業(yè)務(wù)，本來網(wǎng)上是一條路，不分業(yè)務(wù)的類型，現(xiàn)在分離出來，不同業(yè)務(wù)走不同路徑，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化和針對性地提供有質(zhì)量的保證服務(wù)。

另外，在傳統(tǒng)的路由器上，我們有節(jié)點(diǎn)控制功能和轉(zhuǎn)發(fā)功能，根據(jù)對等路徑優(yōu)先查出路徑，不考慮傳網(wǎng)的優(yōu)化。隨著大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，流量的分布是有不確定性的，所以希望通過軟件定義網(wǎng)絡(luò)把節(jié)點(diǎn)和應(yīng)用層抽出來，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的集中控制，把無連接的業(yè)務(wù)按照連接來控制，從而針對全局進(jìn)行優(yōu)化。

另外過去做網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是專用的硬件專用軟件，路由器是專用硬件專用軟件，網(wǎng)關(guān)也是如此?，F(xiàn)在底部硬件是一樣的，另外只是軟件有所不一樣而已，這稱之為軟件NFV虛擬化，通過這樣的方式使網(wǎng)絡(luò)備案比較靈活，適應(yīng)調(diào)配的需要。當(dāng)然過去IP是來一個(gè)包發(fā)一個(gè)包，盡管一個(gè)視頻可能有很多的IP包，但是這些IP包都會(huì)獨(dú)立地處理，沒有看成是一個(gè)視頻，這樣的好處是比較靈活，但是缺點(diǎn)是時(shí)間比較長。

現(xiàn)在新的SDN，Openflow結(jié)構(gòu)改變了，后面的IP包如果屬于同一流就走同一個(gè)路，具有二層、三層包括TCP層的處理能力。過去都是路由器處理IP包，一旦到路由器層面處理是毫秒級，到交換機(jī)層面是處理楨，現(xiàn)在處理時(shí)延可以縮小毫秒億級，實(shí)現(xiàn)資源的調(diào)配。

過去4G網(wǎng)絡(luò)組織是以網(wǎng)源劃分，包括接入、網(wǎng)關(guān)以及計(jì)費(fèi)功能、移動(dòng)性管理功能等等，在每個(gè)網(wǎng)源里面都擁有多種能力，移動(dòng)性管理也和網(wǎng)關(guān)都有各種功能，每一個(gè)網(wǎng)源的功能從大的方面有兩個(gè)：控制面和用戶面。兩者集中在同一個(gè)網(wǎng)源，現(xiàn)在到了5G，改成橫向劃分，不按網(wǎng)關(guān)分，實(shí)現(xiàn)了控制面和用戶面的分離。

未來5G的功能就像APP一樣，掛了很多APP，你需要調(diào)動(dòng)什么功能就調(diào)配這個(gè)APP，把移動(dòng)端當(dāng)成手機(jī)終端一樣，把所有的能力當(dāng)成APP的調(diào)用，所以未來5G網(wǎng)絡(luò)既實(shí)現(xiàn)控制與傳輸?shù)姆蛛x，也實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活的調(diào)配。

現(xiàn)在的手機(jī)能力越來越強(qiáng)了，手機(jī)和PC機(jī)已經(jīng)沒有什么區(qū)別，iPad的能力超過了美國國防部1985年的超級計(jì)算機(jī)，華為最近發(fā)布了移動(dòng)AI平臺(tái)的麒麟970，一個(gè)平方厘米有55億個(gè)晶體管。PC的操作系統(tǒng)是數(shù)千萬行代碼，而智能手機(jī)操作系統(tǒng)也有上百萬的代碼，蘋果手機(jī)尺寸功耗時(shí)間更大的能力提升是靠軟件服務(wù)，很多時(shí)候很多軟件不一定裝在手機(jī)上，更多是利用云端的能力豐富手機(jī)的能力，讓我們?yōu)橛脩籼峁┩昝赖捏w驗(yàn)。endprint