基于5G環(huán)境的大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及監(jiān)控技術(shù)研究

胡成娟

摘要：5G技術(shù)的研究與釋放，將通信網(wǎng)絡(luò)帶到了一個新的高度，然而核心技術(shù)的變化，加上5G用戶量的快速增加，必然為既有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)帶來了新一輪的巨大挑戰(zhàn)，尤其是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行、網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)安全等相關(guān)方面，需要更多的技術(shù)予以支持?；诖耍疚挠懻摿?G環(huán)境的特點以及對大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的要求，并分別就5G環(huán)境下大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)及監(jiān)控相關(guān)技術(shù)進行了分析，最后提出了5G環(huán)境下大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的保障性思考。希望以此為5G環(huán)境下大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供一定的理論幫助。

關(guān)鍵詞：5G環(huán)境;大數(shù)據(jù);網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

中圖分類號：TN929.5?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-9129（2020）04-0024-02

Abstract：the research and release of 5 g technology， the communication network to a new level， but the change of the core technology， the quick increase， add 5 g users inevitably as the foundation of the existing network has brought the new challenge， especially the stable operation of network， network functions， network security and other related aspects， need more technical support. Based on this， this paper discusses the characteristics of 5G environment and requirements for big data network， analyzes the architecture of big data network and monitoring related technologies respectively in 5G environment， and finally puts forward the safeguard thinking of big data network in 5G environment. This paper hopes to provide some theoretical help for the construction of big data network in 5G environment.

Key words：5G environment;Big data;Network architecture;Network monitoring

1 5G環(huán)境特點及對大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的要求

1.1 5G環(huán)境的特點。5G環(huán)境就是在5G基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)支撐下的通信大環(huán)境，其特點受到5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的直接影響。5G網(wǎng)絡(luò)相對于4G網(wǎng)絡(luò)而言具有更加強大的功能，在現(xiàn)有研究中顯示，綜合看來5G技術(shù)具有如下特點：①5G技術(shù)是目前世界上最為前沿的通信技術(shù)，其理論傳輸峰值可以達到約2.5GB/s，是4G傳輸速度的十倍以上，信息的中途傳輸速度變快，單位時間內(nèi)的工作量增大，將會縮短信息傳輸?shù)某杀?。?G技術(shù)可以克服多種復(fù)雜的環(huán)境，實現(xiàn)穩(wěn)定信息傳輸，因為這種穩(wěn)定性的存在，使得5G網(wǎng)絡(luò)更具實用性，降低了工作的難度和風(fēng)險。③采用虛擬化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在建設(shè)成本上相對更加便利。除此以外，5G環(huán)境的特點還表現(xiàn)如下表。

表1.5G技術(shù)特點

SDN軟件定義網(wǎng)絡(luò)連接可能性更多覆蓋能力和可靠性強延遲率低反應(yīng)速度快多載波傳播速率高

虛擬化物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施實時性傳輸功率

1.2 5G環(huán)境對大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的要求。大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的運行建立在通信技術(shù)的基礎(chǔ)之上，因此通信技術(shù)由4G升級為5G后，必然存在性能不匹配的問題，集中表現(xiàn)為：①網(wǎng)絡(luò)中斷風(fēng)險增強，由于采用了虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，雖然相較于以往的實體通信更加便捷，但關(guān)于網(wǎng)絡(luò)故障或風(fēng)險排查，以及排查后的維護工作難度增加，也就說如果面臨針對虛擬通信網(wǎng)絡(luò)的惡意攻擊，或者是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)滋生的故障等問題，需要一個緩慢排查與處理的過程，因為都是不可見因素引發(fā)的問題，所以不能用簡單的方法進行處理。②存儲、轉(zhuǎn)換技術(shù)和設(shè)備壓力陡增，在大批量信息涌入網(wǎng)絡(luò)的情況下，如果沒有合適的監(jiān)控與服務(wù)能力，可能會導(dǎo)致部分系統(tǒng)出現(xiàn)阻塞、必須準備更加可靠的管理計劃。③面對數(shù)據(jù)的多樣化和非數(shù)字化發(fā)展，以及關(guān)于網(wǎng)絡(luò)傳播訴求的多樣性，需要確保大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的兼容性，即在網(wǎng)絡(luò)配置上需要同時滿足4G環(huán)境下的功能實現(xiàn)，又要在業(yè)務(wù)和技術(shù)上進行突破，尤其是面對各類業(yè)務(wù)需求下，是否能夠?qū)崿F(xiàn)個性化定制或個性化服務(wù)，將有可能成為判斷網(wǎng)絡(luò)功能的一大標準。

2 5G環(huán)境下大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)

2.1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的關(guān)鍵問題。首先是實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的功能性配置。在5G環(huán)境下，蜂窩網(wǎng)絡(luò)在不斷應(yīng)用到各方面的社會活動中，例如物流系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等。但各種社會活動對于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的用途各不相同，需求也因此有所區(qū)別，5G技術(shù)需要以靈活的方式來建立網(wǎng)絡(luò)才能夠切實得融入人們的生產(chǎn)和生活活動中。其次是使用集中式或分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一直存在著爭議，在實際的使用過程中，二者的技術(shù)與應(yīng)用也一直在發(fā)展變化中。二者的開發(fā)思路不同，現(xiàn)實原因是由于受到設(shè)備性能等方面原因的限制，二者究竟孰優(yōu)孰劣應(yīng)當(dāng)如何統(tǒng)籌應(yīng)用還需要時間來進行研究考證。

2.2組網(wǎng)模式。目前我國存在兩種組網(wǎng)模式，一種是非獨立組網(wǎng)模式（NSA），另一種是獨立組網(wǎng)模式（SA）。非獨立組網(wǎng)模式是由雙連接、主基站控制（信令面錨點），核心網(wǎng)采用4G EPC或NGC。非獨立組網(wǎng)模式雖然不能完全滿足5G通信技術(shù)的全部需求，且由于在該組網(wǎng)模式中通信鏈路會相互產(chǎn)生影響，因此只能在小范圍內(nèi)使用，但是這一組網(wǎng)模式可以通過此前已建設(shè)的通訊基礎(chǔ)設(shè)施搭載5G同行網(wǎng)絡(luò)，因此前期建設(shè)成本較低。而獨立組網(wǎng)模式則是直接使用5G設(shè)備進行控制與承載，可以完全滿足5G技術(shù)的需求，能夠支持5G與4G網(wǎng)絡(luò)同時并行，但這一模式建設(shè)成本與非獨立組網(wǎng)模式相比較高。

2.3通信頻譜分配。我國的5G通信頻譜目前高頻段與低頻段共存，二者以頻譜范圍進行區(qū)分，高頻段即頻譜范圍為24.75GHz至27.5GHz以及37GHz至42.5GHz，低頻段即頻譜范圍為3.3GHz至3.6GHz以及4.8GHz至5GHz。二者因其特性不同所以使用場景有所區(qū)別，高頻段主要用于室內(nèi)區(qū)域或多熱點區(qū)域的數(shù)據(jù)傳輸，而低頻段主要用于接入層無線數(shù)據(jù)連接，二者共同使用能夠保證5G通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o縫連接。

2.4開放的5G微基站。相對于既有的通信技術(shù)，5G技術(shù)下的通信平率更高，但是這一特性也限制了網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域性建設(shè)，在硬件（基站）方面，依靠獨立的站點無法實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的有效覆蓋，這必然導(dǎo)致末端信號存在傳輸質(zhì)量問題，因此必須采用有效措施構(gòu)建5G的區(qū)域性網(wǎng)格實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通暢。微基站方案，選用功耗較低的RRU設(shè)備安裝于建筑上、道路旁，或附著于合適的其他設(shè)備上，由于設(shè)備體積較小且重量輕，不會對周邊環(huán)境產(chǎn)生較大影響，供電方式也可以選擇電池直流供電、遠程直流供電或低壓交流供電，便于管理。利用遠端覆蓋單元和擴展單元進行微功率的射頻收發(fā)，對上下行信號進行有效收發(fā)，并保障單元的用電需求，打造區(qū)域內(nèi)的分布式信號覆蓋形式，依靠接入單元實現(xiàn)信令處理和交互。

3 5G環(huán)境的大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控

3.1無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控存在的問題。無線監(jiān)控技術(shù)在目前已經(jīng)在許多監(jiān)控場景中得到了應(yīng)用，但是市場上的大多數(shù)監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸方式都采用的是WLAN傳輸，而使用移動通信信號進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋O(jiān)控設(shè)備并不常見。這個現(xiàn)象是由監(jiān)控數(shù)據(jù)的特點造成的，監(jiān)控數(shù)據(jù)是一種高清視頻數(shù)據(jù)，在傳輸?shù)倪^程中需要相當(dāng)水平的帶寬以及流量，在5G技術(shù)出現(xiàn)之前，4G技術(shù)下的高清流量成本過高，無線監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)傳輸因此受到限制。除了這一方面的原因外，4G技術(shù)的無線傳輸對環(huán)境要求較高，周圍的地形建筑物等對信號的阻礙會影響監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性及監(jiān)控的畫面質(zhì)量。目前5G技術(shù)的應(yīng)用時日尚短，因此無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中的5G技術(shù)運用還需要一些時間來發(fā)展與成熟。

3.2 5G環(huán)境下的無線監(jiān)控技術(shù)。前文提及無線監(jiān)控技術(shù)在4G環(huán)境下受到帶寬、環(huán)境干擾及流量成本的限制，并未普遍采用移動網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，但在5G環(huán)境下，無線監(jiān)控技術(shù)可以突破這些限制。5G技術(shù)的帶寬能夠滿足8K高清視頻數(shù)據(jù)的傳輸要求，使無線監(jiān)控數(shù)據(jù)采用移動網(wǎng)絡(luò)進行傳輸在帶寬方面的限制得到突破。5G移動網(wǎng)絡(luò)信號的通信頻率較高，因此5G信號具有很強的穿透性，使無線監(jiān)控在使用移動網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時受到環(huán)境的干擾大大減弱，保證了監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性及有效性。此外，5G環(huán)境下流量費用較4G環(huán)境下會降低許多，這就降低了無線監(jiān)控技術(shù)使用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的成本?；谝陨?G技術(shù)的優(yōu)點，使無線監(jiān)控技術(shù)在5G環(huán)境下能夠得到進一步的發(fā)展。

以往大部分監(jiān)控采用WLAN數(shù)據(jù)傳輸方式，無法進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸，因此監(jiān)控系統(tǒng)一般使用三級甚至四級監(jiān)控模式，監(jiān)控終端取得的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過多層數(shù)據(jù)交換才能夠達到總系統(tǒng)，無疑會降低監(jiān)控的實時性。而5G環(huán)境下，監(jiān)控終端設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x得到提升，數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ侥軌虻玫胶喕腥壍剿募墱p少為二級，監(jiān)控數(shù)據(jù)從監(jiān)控終端直接傳輸至總系統(tǒng)，一方面能夠保證監(jiān)控數(shù)據(jù)的實時性，另一方面又降低了建設(shè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的成本。

4 關(guān)于5G環(huán)境下大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的保障性思考

5G環(huán)境下的大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)具備長時間的穩(wěn)定和安全性，并且有助于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)效益的最大化。首先是要完成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的完善，依靠MIMO天線增強網(wǎng)絡(luò)信號，微基站完成區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)功能的優(yōu)化，室分技術(shù)則可以處理室內(nèi)覆蓋深度問題，確保高低頻信號的協(xié)同。其次是研究如何快速識別和利用閑置網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備，通過合理的協(xié)約或方案，對閑置通道和設(shè)備進行調(diào)配，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的二次補全，同時也是降低網(wǎng)絡(luò)運行風(fēng)險的有效思路。此外還應(yīng)當(dāng)思考網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控陣地的適度前移，將監(jiān)控與控制管理陣地盡可能向微基站端前移，精準識別與控制風(fēng)險。

5 總結(jié)

大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中的重要組成部門，大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與安全性，直接關(guān)系到大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序的運行質(zhì)量。5G時代的到來，實現(xiàn)了通信技術(shù)的升級，有效解決了大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)固有延遲、穩(wěn)定、擁塞、傳輸速度等一系列問題，使大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)升級成為可能。但是在5G環(huán)境下，既有的大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置必然存在一定的問題，需要對網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架及監(jiān)控的相關(guān)內(nèi)容進行同步升級，由此產(chǎn)生了一系列問題亟待解決。因此作為運營商、服務(wù)商和技術(shù)人員，為了確保自身業(yè)務(wù)與產(chǎn)品的可靠性，就必須要重點關(guān)注大數(shù)據(jù)網(wǎng)路與5G環(huán)境的客觀聯(lián)系，打造高水準的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]胡偉.5G環(huán)境下的大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與監(jiān)控技術(shù)研究[J].決策探索（中），2019（08）：92-93.

[2]陳昱彤，等.基于命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的5G架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層研究[J].南開大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，52（03）：22-28.

[3]宋強.基于大數(shù)據(jù)分析的通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控體系研究[J].信息技術(shù)與信息化，2019（10）：128-130.