基于小數(shù)據(jù)的5G資源云化技術(shù)分析

左 軍

（廣東達(dá)安項目管理股份有限公司，廣州 510510）

1 引言

5G時代的到來，將給通信用戶帶來革命性網(wǎng)絡(luò)體驗。但與此同時，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)承載網(wǎng)也將面臨較大的挑戰(zhàn)，即需解決海量小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通信問題。而運(yùn)營5G資源云化技術(shù)，可實現(xiàn)不可再生網(wǎng)絡(luò)資源共享，從而使海量小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)得到高效傳輸。因此，還應(yīng)加強(qiáng)對基于小數(shù)據(jù)的5G資源云化技術(shù)的分析，以便更好的推動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展。

2 小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信問題分析

在網(wǎng)絡(luò)通信方面，所謂的小數(shù)據(jù)即為低速率、低帶寬、低功耗的個體化數(shù)據(jù)。開展小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，由于數(shù)據(jù)體積較小，所以業(yè)務(wù)成本較低。在4G向5G演進(jìn)階段，包含傳感器、表類設(shè)備等在內(nèi)的通信裝置的運(yùn)用會帶來大量小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信中的小數(shù)據(jù)呈爆發(fā)性增長。因為在5G時代，網(wǎng)絡(luò)通信采取的是“萬物互聯(lián)”商業(yè)應(yīng)用模式，將帶來海量物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、超低時延業(yè)務(wù)、增強(qiáng)移動寬帶等各種業(yè)務(wù)，致使網(wǎng)絡(luò)移動數(shù)據(jù)流量增長500-1000倍，用戶數(shù)據(jù)速率則將由10倍提升至100倍。在這些業(yè)務(wù)中，存在有大量小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其所需帶寬和頻譜較小，可達(dá)到最小調(diào)度時間顆粒不超過1ms，信道帶寬占用不超出200kHz，數(shù)據(jù)傳輸速率不超出250kbit/s。這類數(shù)據(jù)大多可以利用半雙工模式通信，缺乏對時延的敏感性，需要的功耗和成本較低，并且具有較強(qiáng)的覆蓋性，能夠?qū)崿F(xiàn)大連接。所以在環(huán)境監(jiān)測、公共通信等方面，小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將得到大量開展。而在小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的影響下，主流無線通信業(yè)務(wù)的資源將被大量搶占[1]。在無線通信資源中，時域、頻域和功率域的資源有限，其中大量資源被小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)侵占，將導(dǎo)致整個通信網(wǎng)絡(luò)的功耗增加，造成整個5G網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均，繼而給5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)運(yùn)行帶來阻礙。因此，在5G時代到來的背景下，伴隨著各種業(yè)務(wù)數(shù)量的不斷增長，還要尋求途徑加強(qiáng)對小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)資源的高效利用，以解決網(wǎng)絡(luò)資源匱乏問題，繼而更好的推動5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)發(fā)展。

3 基于小數(shù)據(jù)的5G資源云化技術(shù)

3.1 時域資源云化

在5G網(wǎng)絡(luò)中，核心頻段為6GHz以下頻段，包含有2.4GHz、916MHz等頻段，各頻段傳輸性能良好?？紤]到多數(shù)頻段被3G等落后制式占用，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)只能進(jìn)行相應(yīng)頻譜綁定。如果直接進(jìn)行頻譜重耕，則將導(dǎo)致原本頻譜受到嚴(yán)重?zé)o線干擾。為解決這一問題，還要使小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用落后業(yè)務(wù)頻段頻點進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以確保時域上的制式資源能夠得到云化共享。為達(dá)成這一目標(biāo)，可利用“子制式載波”概念完成頻點資源云化處理，即對同一頻點不同時段進(jìn)行落后網(wǎng)絡(luò)制式和小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的交錯分配，以實現(xiàn)頻點制式共享，使網(wǎng)絡(luò)頻譜使用效率得到提升（如圖1所示）。在各子制式載波間，需插入時間周期間隔，以免產(chǎn)生傳輸干擾。而在同頻點實現(xiàn)各子制式載波時分復(fù)用，將導(dǎo)致原制式業(yè)務(wù)帶寬及時延受到影響，所以還應(yīng)針對不敏感制式實現(xiàn)時域資源云化，如用戶數(shù)量不斷減少的GSM業(yè)務(wù)等。完成云化處理后，應(yīng)在子制式載波工作周期完成后進(jìn)行子制式載波傳送。在實際傳輸業(yè)務(wù)時，應(yīng)在5G核心網(wǎng)資源池中完成授權(quán)頻段配置，并對區(qū)域內(nèi)用戶業(yè)務(wù)子制式時隙時間長度進(jìn)行分析，完成整段工作頻點分割，從而通過時分復(fù)用處理得到分割方案，用于實現(xiàn)子制式交替?zhèn)鬏敗?/p>

圖1 “子制式載波”

3.2 頻域資源云化

針對現(xiàn)有主流無線制式頻率，則應(yīng)通過實現(xiàn)頻域資源云化實現(xiàn)復(fù)用處理。具體來講，就是利用傳統(tǒng)GSM等制式實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸，即通過完成保護(hù)帶部署、帶內(nèi)部署或?qū)崿F(xiàn)無線制式頻率復(fù)用達(dá)到頻域云化的目的。實現(xiàn)保護(hù)帶部署，需對主流網(wǎng)絡(luò)邊緣保護(hù)頻帶中不超出200kHz帶寬資源進(jìn)行正交頻分多址調(diào)制，對前后一定頻段保護(hù)帶進(jìn)行保留，并使各子載波保持一定間隔，以確保頻譜資源能夠得到最大化利用。實現(xiàn)帶內(nèi)部署，可對主流網(wǎng)絡(luò)載波中各種PRB頻段進(jìn)行部署。但實際采用小數(shù)據(jù)部署方案，用于同步和廣播信道的PRB將無法得到使用，并且會遭遇頻率掃描格柵問題[2]。例如針對10MHz帶寬網(wǎng)絡(luò)，想要使柵格100kMz要求得到滿足，同時不對廣播信道進(jìn)行占用，則只能進(jìn)行4、9、14等PRB部署，確保終端搜索頻率掃描柵格偏差不超出7.5kHz，以確保終端網(wǎng)絡(luò)同步（如圖2所示）。因此，針對帶寬不超出1.4MHz的網(wǎng)絡(luò)，無法進(jìn)行頻域資源共享。此外，采用頻率復(fù)用技術(shù)，可通過頻段重耕完成獨(dú)立頻段部署，以達(dá)到為小數(shù)據(jù)頻段帶寬提供空間的目的。

圖2 10MHz帶寬PRB部署

3.3 功率域資源云化

在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中，大規(guī)模無線傳感異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將得到建設(shè)。伴隨著大量基站的建設(shè)，基站發(fā)射功率將得到降低，所以還要完成基站功率域資源云化處理。而小數(shù)據(jù)節(jié)點在簇頭生成階段，無法完成融合設(shè)備功率分配情況的有效判斷，所以在異構(gòu)節(jié)點增長時無法實現(xiàn)能量分布量化處理，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)功率空閑節(jié)點無法得到有效調(diào)度。針對這一問題，還要使云服務(wù)器采用添加空閑能量因子的算法進(jìn)行簇頭選取，使服務(wù)器結(jié)合小數(shù)據(jù)節(jié)點上傳的節(jié)點數(shù)量、基站距離等狀態(tài)信息判斷簇頭選舉輪數(shù)能否滿足規(guī)定次數(shù)，滿足可直接進(jìn)行簇頭選取，不滿足需對其他狀態(tài)信息等進(jìn)行考量[3]。采取該種算法，可以使后期簇頭選取擁有更大剩余功率多的節(jié)點因子，所以能夠使各節(jié)點簇頭形成全網(wǎng)全局簇頭，確保小數(shù)據(jù)節(jié)點能夠?qū)崿F(xiàn)最大的功率效率，從而使來自小數(shù)據(jù)設(shè)備的海量數(shù)據(jù)得到高效處理。

4 結(jié)束語

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，伴隨著5G時代的到來，小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)量也將不斷增加，從而給基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)帶來較大運(yùn)行壓力。為加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，還要解決小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信傳輸問題，實現(xiàn)5G核心網(wǎng)中小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時域、頻域和功率域資源的云化處理，以確保各種網(wǎng)絡(luò)資源能夠得到充分利用，繼而更好的推動5G技術(shù)的發(fā)展。

[1] 李光，趙福川，王延松.5G承載網(wǎng)的需求、架構(gòu)和解決方案[J].中興通訊術(shù)，2017，（09）：1-7.

[2] 黃海峰，魯義軒.中國移動C-RAN邁向第八年 明確5G云化路線 MEC亟待殺手應(yīng)用[J].通信世界，2016，（31）：50.

[3] 朱達(dá)賢.淺談核心網(wǎng)虛擬化技術(shù)及應(yīng)用[J].信息通信，2016，（07）：264-266.