5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢研究

李浩然

摘要：4G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用現(xiàn)如今已相當(dāng)成熟，下一代移動通信技術(shù)“5G”悄然問世。文章針對5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究現(xiàn)狀展開研究，通過對當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀，以及對關(guān)鍵技術(shù)的分析與闡述，進(jìn)而預(yù)測其未來發(fā)展方向，以期在以后的發(fā)展中，能夠成熟運(yùn)用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：5G；網(wǎng)絡(luò)；技術(shù)

信息技術(shù)的發(fā)展速度越來越快，所提供的功能也越加詳細(xì)。4G技術(shù)的廣泛應(yīng)用已基本滿足通信行業(yè)的發(fā)展。然而，人們追求技術(shù)的熱情永不消減，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在社會中應(yīng)運(yùn)而生，為人們提供更加快速的運(yùn)行速率，以及各種云計算服務(wù)。因此，有必要加強(qiáng)對5G網(wǎng)絡(luò)的研究，促進(jìn)其更加成熟。

1 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述

4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟運(yùn)用，已經(jīng)為用戶提供了越來越高效的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時也進(jìn)一步促進(jìn)人們對蜂窩網(wǎng)流量的需求。其廣泛沿用無線接入網(wǎng)，并增加了正交頻分復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM），多入多出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術(shù)等，但仍舊無法滿足持續(xù)飆升的網(wǎng)絡(luò)需求。因此，5G網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)成為時代發(fā)展的必然趨勢。

現(xiàn)如今，國際已有眾多國家已經(jīng)開始了對5G網(wǎng)絡(luò)的研究，并在ITU—RWP5D的會議中確定了 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的名稱、前景、時間表等重要內(nèi)容。5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中關(guān)鍵性挑戰(zhàn)包括在連續(xù)廣域場景中，為用戶提供100 Mbps速率，在熱點(diǎn)高容量場景中，提供數(shù)十G bps峰值速率，數(shù)十T bps/km2的流量密度，在低時延高可靠的場景中，提供接近100%的可靠性等[1]。

在未來的社會中，5G網(wǎng)絡(luò)將更加貼切用戶的實(shí)際需求，并為用戶提供更加可靠的網(wǎng)絡(luò)連接、無縫用戶體驗(yàn)等，其不僅僅是無線接口技術(shù)，更是為用戶提供多樣化的音頻、視頻等信息，并建立人與機(jī)器之間的互動與溝通，包括對車輛管理、家庭健康管理以及監(jiān)視警報等服務(wù)。5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不再是人與人之間的溝通，其是連接人與物之間溝通的橋梁。

2 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容

2.1 高頻傳輸技術(shù)

當(dāng)前所使用的3G與4G移動通信網(wǎng)絡(luò)中，其頻段范圍基本在3GHz以下。然而用戶數(shù)量的猛烈增加，需要傳遞的信息資源也越來越多。故而用戶對網(wǎng)絡(luò)流量的需求更加旺盛，現(xiàn)有頻段已無法滿足用戶基本需求。5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將為人們帶來更加高效的傳輸體驗(yàn)，將現(xiàn)有頻譜提升至少10倍，且不斷完善技術(shù)方案，以滿足頻段需求。在研究中，不僅要求5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠提供高效覆蓋范圍，且必須以環(huán)保為前提。應(yīng)利用眾多數(shù)量的天線，提升網(wǎng)絡(luò)信號的抗干擾能力，為用戶提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量。在研究發(fā)展中，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需要不斷克服眾多外界因素為其帶來的影響，尤其天氣環(huán)境的諸多問題，均會導(dǎo)致通信信息質(zhì)量下降，這也是其發(fā)展的核心所在。

2.2 網(wǎng)絡(luò)虛擬化

該研究將為運(yùn)營商帶來巨大好處，并為其提供眾多網(wǎng)絡(luò)配置資源，以最低成本開發(fā)并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)管理能力。虛擬化后的硬件平臺將使得系統(tǒng)升級、維護(hù)、擴(kuò)容等工作更加便利，進(jìn)而使得運(yùn)營商提供多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)不同地區(qū)的不同業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)虛擬化在日本、歐美等國家的研究較為廣泛，且基本進(jìn)行了虛擬中心的部署。當(dāng)前解決虛擬化功能的方案主要有兩種：軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN），網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）[2]。

2.2.1 SDN

其是一種新型的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，將網(wǎng)絡(luò)控制平臺與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)并分離，以滿足可編程之目的。眾多具有標(biāo)準(zhǔn)的組織已經(jīng)開展了關(guān)于該方案的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，其中（Open Networking Foundation，ONF）開放式網(wǎng)絡(luò)基金會所提出的該架構(gòu)定義較為準(zhǔn)確。在現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中，將平面控制、無線資源管理等融入進(jìn)去。但分布式的控制功能無法使得無線接入進(jìn)行優(yōu)化，同時各廠商的配置接口均有所不同，復(fù)雜的配置參數(shù)要求運(yùn)營商只能自行控制，導(dǎo)致業(yè)務(wù)創(chuàng)新能力受到限制。SDN能夠?qū)崿F(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能九并加速網(wǎng)絡(luò)演化、云計算協(xié)同等眾多功能，且其將傳統(tǒng)軟件一體化的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬^為靈活的構(gòu)架，使其要求更加簡單，但功能卻越加強(qiáng)大，越加智能。因此，SDN將是5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)未來的發(fā)展方向。

2.2.2 NFV

其由運(yùn)營商聯(lián)盟提出，主要應(yīng)用于運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中。NFV利用IT技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，根據(jù)業(yè)務(wù)需求的差異，在相應(yīng)的功能模塊進(jìn)行編排與連接。在眾多機(jī)構(gòu)的研究中，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）對其定義較為完善。其基本框架結(jié)構(gòu)中包含計算虛擬化、存儲虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化，并配合硬件基礎(chǔ)設(shè)施，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能上的管理與安排，達(dá)到虛擬化的基礎(chǔ)設(shè)施管理。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化將數(shù)據(jù)與控制平臺相分離，使得眾多移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的軟件按照自身需求進(jìn)行安裝、卸載、修改，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其基本業(yè)務(wù)需求。實(shí)則，其基本理念與SDN相一致，該種方案也將為運(yùn)營商帶來便利條件，使得其運(yùn)營成本低廉，效益靈活。在某種程度而言，NFV能夠與SDN相連接，共同為運(yùn)營商提供服務(wù)，進(jìn)而有效控制數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)功能[3]。

2.3 云計算

云計算是當(dāng)前社會迫切需要的一項網(wǎng)絡(luò)功能，其能夠?yàn)橛脩籼峁┚哂袕椥蕴攸c(diǎn)的資源配置。云計算形成的數(shù)據(jù)中心能夠包含上百個服務(wù)器，且規(guī)模越大的公司其業(yè)務(wù)平臺也越多。云計算具有強(qiáng)大的計算與存儲能力，只需要運(yùn)營商投入少量管理便得到大量回報，或與服務(wù)商參與很少的互動，便能夠快速且大量地獲取所需資源。

于運(yùn)營商來講，云計算將為其提供更具有針對性的客戶服務(wù)。5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)報告中曾指出“接入云、控制云、轉(zhuǎn)發(fā)云”。也就是說，通過云端將人與無線網(wǎng)絡(luò)相連接，利用其職能特點(diǎn)將內(nèi)容傳輸于網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)而有效降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行建設(shè)的管理成本，實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)與無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一。

2.4 C-RAN

在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與控制相分離的基礎(chǔ)上，逐漸趨向于擺脫傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的軟硬件，以實(shí)現(xiàn)集中控制之目的。而云計算的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)的集合，使得5G網(wǎng)絡(luò)提升用戶行為與業(yè)務(wù)感知能力。因此，基于云計算與虛擬化的基本功能，將有效提升5G網(wǎng)絡(luò)的開放性、可編程性以及擴(kuò)展性等要求。在眾多研究單位中，中國移動所提出的方案被作為典型代表，使得傳統(tǒng)無線接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了革命要求。在長遠(yuǎn)角度來看，其為運(yùn)營商提供了綠色網(wǎng)絡(luò)框架，使用戶享受QoS的終端業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)云計算與協(xié)作式無線電等接入。

3 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)未來發(fā)展方向

3.1 實(shí)現(xiàn)動態(tài)切片

在未來的發(fā)展中，需要其滿足多樣化的業(yè)務(wù)需求與場景，故而對5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的要求也越加詳細(xì)。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架無法滿足用戶需求，勢必需要5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具備切片功能，才能在任何場景與業(yè)務(wù)需求中匹配網(wǎng)絡(luò)切片，使得網(wǎng)絡(luò)資源得到有效控制與調(diào)配，進(jìn)而得到合理有效的利用。

所謂切片，即將網(wǎng)絡(luò)利用虛擬技術(shù)進(jìn)行分割，進(jìn)而以形成各種能夠與需求與場景相匹配的虛擬網(wǎng)絡(luò)，并具備其本身所具有的網(wǎng)絡(luò)動態(tài)智能編排能力。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)為不同構(gòu)架與特征的網(wǎng)絡(luò)提供與之對應(yīng)的管理模式，實(shí)現(xiàn)資源高效配置與合理控制機(jī)制的基本目的。滿足場景與業(yè)務(wù)基本需求，進(jìn)而增強(qiáng)用戶體驗(yàn)與利用效率。

3.2 能力越加具有深度

以用戶為出發(fā)點(diǎn)與最終目的是5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)，其將越加關(guān)注用戶需求，進(jìn)而以各種技術(shù)改造來提升用戶體驗(yàn)。這便要求5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)將業(yè)務(wù)信息與網(wǎng)絡(luò)信息相融合，實(shí)現(xiàn)二者交互之功能。增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)與用戶之間的資源共享，以提升用戶體驗(yàn)。

當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)基本實(shí)現(xiàn)部分開放，如第三代合作伙伴項目（Third Generation Partner Project，3GPP），其將終端信息與狀態(tài)信息以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載信息共同上傳于第三方接收終端中，并以此優(yōu)化整個網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。但這種模式的交互程度有限，無法滿足社會對大數(shù)據(jù)的需求，也無法滿足用戶對資源的渴求度。而5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展方向更加趨向于網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用的緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息共享，并以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。尤其在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量、資源共享程度、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等方面的功能，均進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化，以滿足用戶的基本需求與體驗(yàn)。

3.3 SDN與NFV為其提供平臺支持

如上所說，SDN與NFV的基本構(gòu)成與基本功能均已介紹，而5G網(wǎng)絡(luò)未來的發(fā)展方向?qū)⒁远邽槠脚_，實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的全新改變。一改傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信中斷的缺陷，將設(shè)備邏輯與硬件緊密結(jié)合，進(jìn)而增加擴(kuò)展性、擴(kuò)容性以及新業(yè)務(wù)的部署功能。使得5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在二者基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的重組與構(gòu)件，提升硬件設(shè)施行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，降低設(shè)備投入成本。根據(jù)用戶需求進(jìn)行編程，進(jìn)而滿足網(wǎng)絡(luò)中新業(yè)務(wù)的部署要求，使得網(wǎng)絡(luò)更加智能化，也將有效推動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展。

4 結(jié)語

綜上所述，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)隨著時代的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生，其在滿足用戶基本需求等方面具備強(qiáng)大功能。在未來的發(fā)展中，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將借助SDN與NFV平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與功能、管理等方面的虛擬化。這在降低運(yùn)營商成本以及緊密結(jié)合用戶等方面具有強(qiáng)大優(yōu)勢。

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