萬物互聯(lián)5G時代的關鍵技術

喬偉哲， 李 雅

(1.山西大眾電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司第一研究所,山西 太原 030024；2.山西工商學院計算機信息工程學院，山西 太原 030006)

0 引言

在通信領域5G的通信時代已經(jīng)飛速到來。統(tǒng)一的5G標準才能達到最大化全球發(fā)展的規(guī)模，使整個產(chǎn)業(yè)鏈上下游受益于這種規(guī)模，降低研發(fā)的成本，最終降低設備的成本，這也是全球移動通信產(chǎn)業(yè)共同追求的目標。

5G除了為人服務，更多的是實現(xiàn)萬物互聯(lián)，5G將提高全球智能環(huán)境，甚至整個工業(yè)制造水平，包括人們的生活、醫(yī)療、家居、出行等都將有質的飛躍。5G將要迎來海量數(shù)據(jù)、海量設備、海量應用。在滿足基礎通信需求的基礎上，5G要不斷滿足海量的人和人、物和物、人和物在內(nèi)的全社會各個行業(yè)萬物互聯(lián)的通信需求[1-3]。

物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過從連接到智能化到自主發(fā)展三階段，期間對計算的要求是在逐漸升級，通信和計算的融合，加快了人工智能技術的融入，從5G和5G之后，整個產(chǎn)業(yè)的重心在向通信同計算融合演進。設備智能化連接與處理信息，是全面自主化的前提，這對計算的要求、數(shù)據(jù)處理的要求也不斷升級，同時更涉及到通信與計算的融合。在設備的自主化連接、信息處理階段，軟件定義和人工智能將是關鍵。

5G行業(yè)不單單是平時所講的傳統(tǒng)意義的在空中接口定義上的升級，確切來講，當今的5G行業(yè)其實就是終端系統(tǒng)和新一代網(wǎng)絡的交互，并且，這兩者之間的交互就是兩種學科之間的交叉融合，即計算機技術和通信技術之間的交叉融合。目前，這兩種技術的融合無處不在，當今定位的“三位一體”就是把傳統(tǒng)意義的通信、存儲和計算機這三者用網(wǎng)絡有機地結合在一起。而5G網(wǎng)路將是把更強的計算能力融合在各種智能設備當中[4]。

1 通信技術與計算技術的融合

5G通信是一個端對端的生態(tài)系統(tǒng)，需要配備全面移動和聯(lián)網(wǎng)的設備。5G雖是從4G發(fā)展而來，但5G并不是單一的無線接入技術，而是真正意義的融合網(wǎng)絡。如圖1所示，目前5G網(wǎng)絡并不是單獨存在的一個個體，而是將多種網(wǎng)絡技術進行整合，這些網(wǎng)絡技術包括2G，LTE、Wi-Fi、3G等網(wǎng)絡技術。相對于這些網(wǎng)絡技術而言，5G網(wǎng)絡技術在傳輸速度、延時和網(wǎng)絡容量方面有很大的優(yōu)勢，這種網(wǎng)絡技術可以將普通網(wǎng)絡的能效提高至原先的百倍左右。

圖1 5G融合萬物互聯(lián)網(wǎng)絡結構示意圖

從以前的嵌入式技術、無人駕駛技術到目前的智能家居、智能醫(yī)院等技術的進步，這些智能設備所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)為如今的巨大市場帶來了非常大的商機。在這個全新時代技術的引領下，5G網(wǎng)絡技術是連接各種技術的紐帶，起到至關重要的作用，它將建設一個統(tǒng)一的大環(huán)境，設備終端部分，5G設備的占有量越來越多，而且移動設備的范疇不僅僅是以前所用到的手機、平板之類的便攜式設備了，而是像穿戴式設備、無人機這樣的用物聯(lián)網(wǎng)方式實現(xiàn)的設備[6,7]。

2 5G網(wǎng)絡轉型

全新的高可靠性鏈路模式將通過統(tǒng)一的5G空口保證連接功能。這種接口指的是終端與網(wǎng)絡的通信途徑，伴隨的網(wǎng)絡轉型主要分為四個階段：

1) 虛擬化和云化階段：虛擬化主要是像以前使用的路由器原理一樣要實現(xiàn)網(wǎng)元中硬/軟件的分離技術。這就實現(xiàn)了從軟件功能到硬件功能的大的轉變，可以共享計算機的計算能力和存儲能力，因為軟件應用在商品化硬件(COTS)上和在專門硬件上的運行效率是一樣的。

目前，計算機的存儲能力和計算能力也在漸漸地向集中式的云轉移方向發(fā)展。云設施的出現(xiàn)帶來很多好處比如資源共享、低功耗地提升網(wǎng)絡擴展，能夠實現(xiàn)位置和設備功能之間的解耦。它能夠把海量數(shù)據(jù)集中傳送給不同的用戶，還可以用于其他用途，并且可以對大數(shù)據(jù)進行分析。

2) 業(yè)務遷移階段：運營商采用了很多策略對目前的網(wǎng)絡遷移到別的大環(huán)境和平臺上，需要進行對NFV和SDN的部署，采用的每一種策略方法都必須考慮到它們所涉及業(yè)務的獨立性和其重要性。

3) 端到端業(yè)務編排(EEO)階段：這兩種技術是能夠互補的技術，但是也是相對獨立的技術，它們能夠實現(xiàn)對運營商網(wǎng)絡的軟件進行轉型，如果要發(fā)揮這兩項技術的最大功效必須在全國范圍內(nèi)有支撐端到端的技術手段和各項應用[8-10]。

4) 網(wǎng)絡切片階段：網(wǎng)絡切片技術是能夠讓運營商在某一個硬件設備上換分出多個端到端的基礎網(wǎng)絡，這些基礎網(wǎng)絡中，每一網(wǎng)絡都可以適合各種類型的服務，并且能夠完全滿足用戶的很多需求，它是通過網(wǎng)絡切片在接入網(wǎng)、設備和核心網(wǎng)等方面使用了邏輯隔離功能。網(wǎng)絡切片是5G時代的理想網(wǎng)絡架構。它可以實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的優(yōu)化設計，最大程度地節(jié)約了成本，滿足多元化需求。

3 總結

5G網(wǎng)絡不單是一個傳統(tǒng)意義的無線接口技術，而是整合了多種技術的異構網(wǎng)絡整體。在這個網(wǎng)絡當中，有多種無線技術無縫地參與配合比如：WiFi、毫米波等，在5G時代下,“端到端”更多地由固定的設備和可移動設備之間進行通信。是將許多其他設備連接在一起并實現(xiàn)完整通信的一種交互網(wǎng)絡。因此,在這種不斷下沉的5G網(wǎng)絡環(huán)境下,終端將成為新一代移動通信節(jié)點的起點。這就說明將來的網(wǎng)絡不再是從前那種端到端的網(wǎng)絡，而是終端、邊緣、云的完整架構。目前,在設備端開發(fā)研究在5G條件下的創(chuàng)新性使用模式設備;在云端，可以使用對海量數(shù)據(jù)的分析能力和大數(shù)據(jù)的處理能力；在網(wǎng)絡端，提供網(wǎng)絡所需要的構建模塊為即將到來的5G時代助力，在無線通信技術端,為廣泛的聯(lián)網(wǎng)設備提供了無線通信解決方案。

[1] 張平,陶運錚,張治，等.5G若干關鍵技術評述[J].通信學報,2016,37(7):15-29.

[2] 錢志鴻,王雪.面向5G通信網(wǎng)的D2D技術綜述[J].通信學報,2016,37(7):1-14.

[3] 趙國鋒,陳婧,韓遠兵，等.5G移動通信網(wǎng)絡關鍵技術綜述[J].重慶郵電大學學報(自然科學版),2015,27(4):441-452.

[4] 朱浩,項菲.5G網(wǎng)絡架構設計與標準化進展[J].電信科學,2016,32(4):126-132.

[5] 周一青,潘振崗,翟國偉，等.第五代移動通信系統(tǒng)5G標準化展望與關鍵技術研究[J].數(shù)據(jù)采集與處理,2015(4):714-724.

[6] 李俊,田苑,邱玉，等.面向5G應用的OQAM-OFDM調(diào)制:原理、技術和挑戰(zhàn)[J].電信科學,2016,32(6):15-19.

[7] 方箭,朱穎,鄭娜，等.從WRC-19議題看5G與未來移動通信發(fā)展趨勢[J].電信科學,2016,32(6):65-72.

[8] 許方敏,仇超,趙成林，等.業(yè)務需求推動下的5G若干關鍵技術探討[J].電子技術應用,2016,42(7):5-7.

[9] 周逸凡,趙志峰,張宏綱，等.基于智能SDN面向5G的異構蜂窩網(wǎng)絡架構[J].電信科學,2016,32(6):28-35.

[10] 王志勤,羅振東,魏克軍，等.5G業(yè)務需求分析及技術標準進程[J].中興通訊技術,2014,20(2):1-4,25.