云計算在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用和發(fā)展策略研究

李曾吉

（中國電信股份有限公司清遠(yuǎn)分公司，廣東 清遠(yuǎn) 511800）

0 引言

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)相較于4G移動通信網(wǎng)絡(luò)，不僅是速度上的提升，還包括通信技術(shù)形式的改變，由傳統(tǒng)單一形式發(fā)展為多項(xiàng)融合形式。通過綜合運(yùn)用各類通信技術(shù)，使5G移動網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸效率和傳輸速度顯著提升，其數(shù)據(jù)的傳輸速度最快可以達(dá)到10Gb/s，因此5G移動網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)的計算質(zhì)量要求更為嚴(yán)格，所需的計算精準(zhǔn)度也更高。

云計算技術(shù)不僅能提升用戶的信息傳輸速率，還能在此基礎(chǔ)上持續(xù)增加網(wǎng)絡(luò)信息的吞吐量，有助于增強(qiáng)通信的穩(wěn)定性，提高移動通信質(zhì)量。在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中合理運(yùn)用云計算可以進(jìn)一步提升通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率。通過對云計算技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)性分析，并分析其在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)用情況以及發(fā)展策略，可以進(jìn)一步提升5G移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的效率，更好地服務(wù)于人民生活及社會生產(chǎn)、發(fā)展。

1 云計算技術(shù)及5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述

1.1 云計算

早期的云計算可以概括為一種簡單的分布式計算，通過解決問題分發(fā)進(jìn)行計算結(jié)果的合并，可以快速完成對眾多數(shù)據(jù)的處理?，F(xiàn)階段的云計算則是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，靈活運(yùn)用服務(wù)器中的各類資源，并按照用戶需求增強(qiáng)設(shè)備服務(wù)器和應(yīng)用軟件中的數(shù)據(jù)處理與分析能力，為移動通信網(wǎng)絡(luò)用戶提供更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。同時，現(xiàn)階段的云計算服務(wù)不是簡單的分布式計算，而是在分布式計算的基礎(chǔ)上集成網(wǎng)絡(luò)存儲、虛擬化、熱備份冗雜等多種計算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了功能上的創(chuàng)新。

簡單地說，云計算技術(shù)是由“云”和“計算”兩個部分組成，通過網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計算處理程序分解成無數(shù)個小程序，然后通過多個服務(wù)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析這些小程序得到結(jié)果并返回給用戶?！霸啤笨梢岳斫鉃橐苿踊ヂ?lián)網(wǎng)服務(wù)器中的各類軟、硬件資源，也可以理解為網(wǎng)絡(luò)或者計算資源共享池?！坝嬎恪眲t是指用戶通過利用分析設(shè)備中的數(shù)據(jù)獲取自己所需信息的過程。一般情況下，計算機(jī)在進(jìn)行高強(qiáng)度數(shù)據(jù)處理時，計算機(jī)所承受的負(fù)荷較大，對計算機(jī)的運(yùn)行會有較大的壓力，運(yùn)用云計算技術(shù)可以降低計算機(jī)的負(fù)荷，提高其數(shù)據(jù)處理的效率和質(zhì)量，還能加強(qiáng)用戶對云計算技術(shù)應(yīng)用的認(rèn)可度。

1.2 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)是基于第四代移動通信技術(shù)發(fā)展起來的移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以IT系統(tǒng)和微軟服務(wù)化架構(gòu)為主，基于云計算技術(shù)對4G通信進(jìn)行深度發(fā)展，實(shí)現(xiàn)具有高速率、低延遲和大連接特點(diǎn)的移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。而且，云計算技術(shù)可以使網(wǎng)絡(luò)中的功能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立化，并增強(qiáng)其擴(kuò)容性。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)（NF）可以幫助計算機(jī)實(shí)現(xiàn)交互式服務(wù)對接窗口，使其擁有更多的調(diào)用機(jī)會，有效降低5G網(wǎng)絡(luò)接口的耦合度，從而加強(qiáng)5G網(wǎng)絡(luò)的整合性與解耦性。技術(shù)人員還可以根據(jù)用戶的需求制定5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的具體功能，滿足不同用戶的個性化需求，讓5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用更具針對性。在不同使用場景下，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)行狀態(tài)可以分為注冊管理模型和連接管理模型兩種，注冊管理模型主要用于反映網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（AMF）和用戶體驗(yàn)（UE）的注冊狀態(tài)，而連接管理模型則是完成AMF和UE之間連接的網(wǎng)絡(luò)接口（NI）渠道，使得UE能順利接收到AMF發(fā)起的請求信號，完成業(yè)務(wù)執(zhí)行請求。5G移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通道如圖1所示。

圖1 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通道

2 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 SON等技術(shù)

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)包括自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、D2D通信技術(shù)、異構(gòu)超密度組網(wǎng)、云計算等。SON技術(shù)的主要功能是實(shí)現(xiàn)自動組網(wǎng)，幫助5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號的自動連接，還能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶的實(shí)際需求對網(wǎng)絡(luò)信號進(jìn)行調(diào)整和修復(fù)，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供更便利的信息檢索服務(wù)。此外，SON技術(shù)能降低用戶的時間和物資損耗，通過加強(qiáng)移動通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的速率，大大降低讓使用者使用過程的等待時間，從而提高用戶的工作效率。SDN是一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在虛擬化和透明化的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中更加方便快速地傳輸，完成對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的分類、轉(zhuǎn)發(fā)和存儲。D2D通信技術(shù)能銜接兩個對等的用戶節(jié)點(diǎn)，完成各移動網(wǎng)絡(luò)之間的通信，同時可以在通信網(wǎng)絡(luò)頻譜發(fā)生改變后進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，對各個網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)的能源損耗有控制作用，實(shí)現(xiàn)5G通信中的數(shù)據(jù)資源共享，提高各類數(shù)據(jù)資源的利用率。異構(gòu)超密度組網(wǎng)技術(shù)能縮短移動通信統(tǒng)中各個終端之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈g距，擴(kuò)大系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)容量，進(jìn)一步加快數(shù)據(jù)傳輸速率。云計算在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用則是通過簡化通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)源，利用云端數(shù)據(jù)分析模型降低在5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中的成本投入，大大降低用戶的使用成本。

2.2 高精度同步傳送技術(shù)

隨著5G技術(shù)使用群體的不斷擴(kuò)張，5G通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)范圍逐漸擴(kuò)大，涉及的領(lǐng)域也日益增加。為保證用戶的使用效果，5G通信網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸速率上有著更高的要求，不僅要降低時延，減少回波的產(chǎn)生，還要求盡快實(shí)現(xiàn)5G移動通信網(wǎng)絡(luò)超短幀的發(fā)展目標(biāo)。高精度同步傳送技術(shù)的特點(diǎn)包括如下幾個方面：一是將設(shè)備運(yùn)行時產(chǎn)生的靜電性誤差降到最低，最大限度地減少其對數(shù)據(jù)傳輸效果的影響。例如，利用邊界時鐘設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，該設(shè)備運(yùn)行時產(chǎn)生的靜電性誤差一般能保持在商業(yè)級別，確保信息傳輸達(dá)到較高精準(zhǔn)度。二是減少信息傳輸時的流轉(zhuǎn)過程，降低數(shù)據(jù)傳輸時耗。例如，在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用G-metro技術(shù)可以減少數(shù)據(jù)在各個節(jié)點(diǎn)間的傳輸時間，從而提升5G通信技術(shù)的精準(zhǔn)度。三是實(shí)現(xiàn)信息傳輸過程和時間的同步。將小型化節(jié)點(diǎn)設(shè)備調(diào)整到與5G基站同步，減少移動通信網(wǎng)絡(luò)鏈路中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其傳輸過程與時間的同步。由此，高精度同步傳送技術(shù)讓5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高效的信息傳輸[1]。

2.3 端到端的智能管控技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中端到端的傳輸過程，就要在4G技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展智能管控技術(shù)，通過連接大規(guī)模終端設(shè)備，增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性，實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)發(fā)展過程中對存在問題的優(yōu)化作用。因此，要想較好地運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)，需要技術(shù)人員積累豐富的實(shí)踐經(jīng)歷和理論知識作為基礎(chǔ)，要對中傳段、回傳段間IP+光異同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有詳細(xì)的了解，由此對5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，使得5G移動通信網(wǎng)絡(luò)相比傳統(tǒng)4G更加智能和穩(wěn)定。除此之外，上文中提到的SDN技術(shù)與端到端智能管控技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，既能提高5G環(huán)境中數(shù)據(jù)的傳輸速率，還能相互調(diào)控，加強(qiáng)對5G技術(shù)及全局的管控功能。

3 云計算技術(shù)在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用和發(fā)展需求

云計算技術(shù)可以對5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更好的優(yōu)化，盡可能地降低網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的成本投入，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、安全、高效的發(fā)展目標(biāo)。運(yùn)用云計算技術(shù)可以提高移動通信網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，擴(kuò)大移動通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量，使數(shù)據(jù)流量密度合理地增加，讓使用者體驗(yàn)更方便快捷的信息通信服務(wù)，最大限度地實(shí)現(xiàn)5G移動通信網(wǎng)絡(luò)在工作生活中的應(yīng)用價值。因此，在云計算技術(shù)應(yīng)用的前期階段，要明確5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求和優(yōu)化目標(biāo)，并制訂科學(xué)合理的方案，做到有的放矢。現(xiàn)階段，5G技術(shù)的發(fā)展方向仍然是無線通信，所以未來經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)的需求會持續(xù)增加。

分析5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求時，應(yīng)考慮將終端用戶作為云計算技術(shù)的服務(wù)主體，通過滿足終端用戶的不同需求，及時發(fā)現(xiàn)并完善5G移動網(wǎng)絡(luò)，例如滿足用戶對高數(shù)據(jù)流量、高分辨率、高清晰度等視頻業(yè)務(wù)或游戲業(yè)務(wù)的需求，還要保證相關(guān)數(shù)據(jù)的云存儲功能。為強(qiáng)化5G移動通信網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用效果，應(yīng)使盡量擴(kuò)大技術(shù)覆蓋范圍大，應(yīng)用的場景也應(yīng)該不斷更新，讓5G技術(shù)逐漸滲透各類重大事件通信服務(wù)中，如疾病防控、地震預(yù)警等，充分發(fā)揮5G技術(shù)智能、高效的特點(diǎn)[2]。此外，云計算技術(shù)在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用要符合國家法律制度，積極響應(yīng)國家號召，在完善云計算技術(shù)應(yīng)用機(jī)制的同時，保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和通信服務(wù)彈性化特征，實(shí)現(xiàn)其在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)展需求，為國家通信事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 云計算在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展面臨的困境

當(dāng)前，雖然云計算在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中得到一定的發(fā)展，但是仍然面臨一定的困境。一是5G移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與云計算技術(shù)的結(jié)合不緊密。云計算在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中雖然得到一定的應(yīng)用，但是由于5G移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)展起步時間短，與云計算的結(jié)合還不夠緊密，導(dǎo)致云計算在5G移動網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用還處于嘗試階段，需要不斷進(jìn)行優(yōu)化和升級。二是5G移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)略顯笨重。5G移動網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)用過程仍然存在一定的局限性，導(dǎo)致云計算在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用不夠流暢。同時，云計算應(yīng)用在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的成本較高，對生廠商的依賴性較強(qiáng)，光纖使用量大，導(dǎo)致其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)略顯笨重。三是對云計算技術(shù)功能的靈活運(yùn)用度不夠。由于云計算在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用時間較短，應(yīng)用場景單一，實(shí)踐效果不明顯，導(dǎo)致云計算技術(shù)在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的靈活運(yùn)用度不夠。第五，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的普及度不夠。用戶在使用移動通信網(wǎng)絡(luò)過程中，對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)和云計算的了解度不夠，對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)所采用的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)不了解，導(dǎo)致在使用過程中存在一定的盲目性。

5 云計算在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)展策略

5.1 打造新型5G移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

打造新型5G移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（如圖2所示）有助于發(fā)揮云計算技術(shù)的潛能，可以借助云計算云端模型實(shí)現(xiàn)對5G技術(shù)的優(yōu)化，控制5G技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程中的資源損耗，降低通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展過程中變動成本的比重。在對網(wǎng)絡(luò)資源和數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化過程中還能提升數(shù)據(jù)運(yùn)行頻率，加快信息在節(jié)點(diǎn)之間的傳輸效率。云計算云端模型還有助于無線通信技術(shù)的發(fā)展，能讓新型5G移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在云端模型中的應(yīng)用不受空間和時間限制，在數(shù)字微波和虛擬化微波技術(shù)的支持下，實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的靈活傳播。運(yùn)用云端模型建立新型5G移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以根據(jù)其數(shù)據(jù)資源利用頻率的提升和頻譜效率的調(diào)整對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[3]。此外，要加強(qiáng)對網(wǎng)絡(luò)故障分析和檢測的力度，對制訂的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案要進(jìn)行實(shí)時評估，保證方案的可行性。同時，可以充分運(yùn)用云計算技術(shù)對數(shù)據(jù)的整合、核算、分析等功能，解決5G移動通信中遇到的故障問題，防止因5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋面過大，應(yīng)用場合過多，導(dǎo)致的信號干擾以及各類硬件故障等，造成對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行中設(shè)備性能的損害，從而保障移動網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖2 打造新型5G移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

5.2 優(yōu)化5G移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以運(yùn)用扁平化云計算模型實(shí)現(xiàn)，通過對現(xiàn)有設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸效率進(jìn)行分析，明確設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的局限性，結(jié)合5G移動通信的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。通過降低在移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的成本投入，減少光纖的使用量，在降低對生產(chǎn)廠商依賴性的同時，可以實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化效果。此外，云計算的虛擬化特點(diǎn)可以控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次，對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全局規(guī)劃。

5.3 靈活利用云計算技術(shù)實(shí)踐功能

在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程中，要靈活運(yùn)用云計算技術(shù)的實(shí)踐功能實(shí)現(xiàn)對內(nèi)部通信服務(wù)的改善，包括軟件服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施、平臺服務(wù)、移動終端服務(wù)。在凸顯5G技術(shù)優(yōu)勢的同時增強(qiáng)移動終端的穩(wěn)定性和安全性，讓用戶有更好的網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)[4]。利用云計算技術(shù)實(shí)踐功能可以改善網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營模式的更新，使用戶對通信數(shù)據(jù)資源的獲取更加方便快捷；可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在云端的存儲和備份功能，進(jìn)而解決傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)存在的數(shù)據(jù)遺失問題，提升遠(yuǎn)程無線移動通信網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性。

5.4 加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用

在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中使用到的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)主要是將多個物理網(wǎng)絡(luò)分割成若干個虛擬化的邏輯網(wǎng)絡(luò)，并將其應(yīng)用到不同的場景中，從而提高用戶的體驗(yàn)感。根據(jù)用戶對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的需求，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)能夠有效實(shí)現(xiàn)對不同功能的制定，從而滿足用戶的需求。目前，將網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)用到云計算和5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中能夠根據(jù)每個切片的性質(zhì)和功能制定具有針對性的對會話管理和移動管理，降低了用戶的使用成本，為用戶提供了便捷、高質(zhì)量的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

6 結(jié)語

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展離不開云計算等強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，云計算技術(shù)在5G通信技術(shù)中的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在加快數(shù)據(jù)傳輸速率、提高數(shù)據(jù)使用效率等方面，還作為各種虛擬化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模型的載體，在移動通信系統(tǒng)優(yōu)化過程中突顯出其更大的價值。云計算技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上推動了5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，但依舊面臨一定的發(fā)展困境，需要在后續(xù)發(fā)展的過程中從不同的層面（包括優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、靈活利用云計算技術(shù)實(shí)踐功能等層面）對云計算技術(shù)進(jìn)行完善與升級，促使其對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的推動作用得到進(jìn)一步彰顯。