5G网络安全

5G网络安全（共12篇）

5G网络安全 篇1

1 引言

1.1 网络安全的体系构架

移动互联网与互联网的区别是引入了可以移动的终端和接入方式,并且能够提供大量的应用软件,在给移动互联网带来广阔发展空间的同时,也给移动互联网带来了许多安全隐患。从体系架构上,移动互联网可分为“管”、“端”、“云”三大部分。网络安全包括IP承载网安全和无线安全等。终端安全主要是指终端自身安全以及终端应用的安全等。应用安全是指应用软件及应用平台的安全等。

1.2 移动互联网的安全挑战

网络的快速发展在带来机遇的同时也带来了很多新的挑战。一方面,由于一些因素的限制,使得移动终端的自身防护能力很有限,不够完善,从而导致安全防护能力较低。另一方面,空口资源有限,网络安全防护能力较低。加上通信与互联网的融合使安全因素变得更加复杂。不安全因素的来源、传播以及种类等都不断增加,更加造成了网络环境的不安全。

1.3 5G概念

5G技术是一种全新的技术,学术界还没有明确的定义。目前专家学者沿用以前的划代方式,对5G进行初步定义:5G网络技术是指传输速率达到10 GB/S的新一代的移动通信技术。与4G技术相比,5G网络技术有更多的创新,能够促进新的网络功能出现。4G技术是对3G网络技术的扩展,提高了网络带宽的利用率,增强了网络传输速度。4G网络是以通信设备为核心的格局,而5G网络是以功能为核心的网络,并结合了网络功能虚拟化、定义网络以及云计算等关键技术,会更多地体现出灵活和高动态扩展等特性。5G网络包括无线频谱资源,能够实现无线的可定制化,极大地改善网络提供商与网络用户的关系。

现阶段,5G的一些新技术仍处于研究阶段,主要包括:

(1)5G无线网络构架与关键技术。5G网络的核心技术是融合异构网,需要更多的考虑多技术融合和多业务应用。所以,5G网络构架相比4G会更加复杂。

(2)5G无线传输与关键技术。

由于5G网络技术速率要求达到10 GB/s以上,因此,必须研发新型的无线传输技术,突破技术瓶颈。

2 5G网络安全功能和性能需求

2.1 IMS网络结构

IMS网络结构是含有承载层、控制层、业务和应用层的分层式结构。其中,业务层和应用层统称为业务层。因此可以统分为三个层次:承载、控制和业务。由于在以后的通信网络中,数据业务呈现多样化,传统的智能网的方式不再适应。由于数据业务不能通过同一个呼叫模型进行描述,每一个用户或者每一群用户,都有确定的呼叫流程,这个呼叫处理流程是通过应用服务器来提供的。并通过IMS的CSCF将呼叫处理触发到应用服务器中。所以,简单流程就是IMS中应用服务器处理呼叫,而IMS中的CSCF负责呼叫触发。详细来讲,就是Serving CSCF负责检查SIP消息,如果有业务触发点,将按照一定的规则,将消息触发到AS上,并完成业务逻辑处理。其中,业务触发点的过滤规则是通过用户开户时的HSS登记,在呼叫的过程中,相关信号就会从S-CSCF中的HSS上进行下载,从而保证了通用性。与Internet开发方式相似,这种业务通过改变应用服务器中的业务逻辑和软件,使用户可以从网络上进行自由下载,但是核心网的很多其他设备没有发生软件的变动,只是通过HSS增加用户的数据管理。这种处理方式更加个性化、多样性。

2.2 端对端加密

端对端加密是建立在网络层和传输层之上的,需要传送的数据在传输的过程中一直保持是密文的状态,在发送端对信息进行加密处理,而在接收端将接收到的信息进行解密。这种端到端的加密方式大大的增加了信息的安全性,由于在接收端接到信息之前不进行解密,即使在传输的过程中,系统被入侵也不会造成消息泄露。端对端的加密是只加密数据本身的信息,并不会对路径进行加密来控制信息。在加密系统中,涉及到的安全技术有密钥管理体系、控制信息的加解密等。

2.3 基于ID的密码认证系统

由于在传统的互联网系统中,用户和账号的信息是分散的,并处于不同的网络站点,从而使得安全运维的成本非常高。通过联合身份管理,可以将同一个物体的不同身份以及账号信息进行联合管理。由于传统的互联网络与移动通信网进行结合,使得两者之间存在的问题类似,每个网络使用者必须进行身份信息的验证才能使用。在使用互联网的业务时,由于业务间不断切换需要多次输入密码才能获得授权。而且多样化的移动互联网业务,不得不使用户进行信息维护以保证信息安全。除此之外,由于移动互联网的屏幕小、处理能力弱,也都得使用户在每次使用业务或者在切换业务时反复输入用户名和密码进行多次身份验证,不仅产生极大的不便,而且多次的密码输入,对安全也产生了很大的隐患,可能会最终导致用户放弃使用该业务,从而影响互联网的良性发展。所以,在多种网络融合的大环境下,在5G网络普及的时代,如何能够确保一种身份,可以在跨网、跨业务中进行多次业务使用,建立可靠的身份认证和用户信息,提高业务使用的便捷,提升用户的身份信息安全性,是至关重要的。

3 结语

加强对网络安全的研究,提升多种网络融合环境下的网络安全性,对于发展5G网络技术至关重要。只有确保网络安全才能促进互联网技术的平稳发展。

参考文献

[1]许志远,周兰等.移动互联网-模式创新的力量[M].北京:电子工业出版社电子信息出版分社,2014(08):259-272.

[2]李晖,付玉龙.5G网络安全问题分析与展望[J].无线电通信技术,2015,41(04):01-07.

[3]董爱先,王学军.第5代移动通信技术及发展趋势[J].通信技术,2014,47(03):235-240.

[4]余莉,张治中,程方,胡昊南.第五代移动通信网络体系架构及其关键技术[J].重庆邮电大学学报,2014,26(04):427-432.

5G网络安全 篇2

关键词:5G通信技术；安全威胁；应对策略

15G通信技术概述

近年来，随着我国信息技术发展水平的提升，人们对通信技术的要求也在逐渐提高。5G通信技术相较于4G技术而言有着非常明显的优势，其技术水平和服务质量的变化非常明显。伴随着5G通信技术而来的是新的技术功能，5G通信技术扩展了通信技术的覆盖范围，改变了原本的辐射结构。从用户的角度来讲，5G通信的速度更快，用户的网络质量更优质，在上网高峰时期和网络密度较高的地区，5G通信技术的网络服务质量更高，能够有效避免用户使用网络时出现突然掉网等问题，以便用户享受到更优质、更高效的网络通信服务。

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★ 简历：避免结构松散

★ 个人简历中需要避免那些

★ 避免同业竞争协议

谷歌 5G时代来了 篇3

单单利用热气球向地面传输4G网络已经不能满足谷歌的胃口。

据外媒报道，近日，谷歌正在进行一项名为“ProjeCt SkyBender”的秘密计划，其在美国新墨西哥州拉斯克鲁塞斯附近沙漠地区的美国航天港进行无人机测试。该项目旨在通过使用太阳能无人机进行高空5G无线网络传输，速度要比目前的4G网络快40倍。

不少人惊呼，4G还没完全普及，5G就要来了吗？

实际上，虽然传输速度有望大幅提高，但无人机项目却存在覆盖范围小的缺陷。在测试中，太阳能无人机进行网络传输的方式与热气球不同，它是通过在高空自主飞行的飞机将信号从手机传输到基站，新的网络采用毫米波无线电传输技术。西雅图华盛顿大学的电气工程教授雅克对此分析说：“由于现有的手机频谱过于拥挤，而毫米波的巨大优势是获得新的频谱，但其缺点就是毫米波传输的范围小。”

为解决该问题，谷歌正在研究用“相控阵”集中传输技术来提高其5G无人机传输网络的覆盖范围。但这一技术运用起来不但困难、复杂，同时将面临巨大的电力消耗。

欧洲电信标准协会（ETSI）指出，使用这一波谱存在许多阻碍，其中包括各国条例不同，而缺少主要零件将导致设备成本过高，以及设备型号过多。他们对于这一技术也缺少自信。

但谷歌决心努力通过这项技术实现把世界更多地方的网络连接起来的愿望，特别是在紧急情况下，无人机可在一些人们无法企及而通信上迫切需要的地方升降，提供互联网接入。

时间拨回到2013年，当时谷歌启动了著名的Project Loon计划，目标用热气球把网络带到世界各个角落。谷歌最早的计划是提供3G网络，但是现在谷歌的热气球已经可以向地面提供每秒10兆流量的网络服务，已经接近英国每秒15兆的4G标准网速。

但无论是无人机还是热气球，谷歌都不得不面临巨大的财务负担。

据了解，谷歌的无人机和热气球项目均由旗下神秘的“Google X”部门负责。此外，“Google X”还推出了包括Google Glass、Google无人驾驶汽车、智能隐形眼镜、Project Ara模块化手机以及各种人类极限寿命研究的项目等。众多令人惊叹的“黑科技”背后却难以摆脱业绩困扰。

有分析预计，“Google X”2015年营业亏损将达到9.09亿美元，营收仅为1000万美元。可以看到，对于非核心业务，即谷歌母公司“字母表”所谓的“其他下赌注的业务”，需要谷歌“砸钱”的地方还很多。

好消息是，谷歌核心业务收入增长依然强劲。2月1日，“字母表”公布2015年第四季度财报，各项指标超出市场预期，第四季度营收总额为213.3亿美元，同比增长18%；净收入为49.2亿美元，同比增长2.4亿美元，增幅为5%。受此利好消息刺激，谷歌股价在当日盘后交易时段大涨，市值超过苹果公司，一度成为全球市值最高的公司。

5G网络架构的探讨 篇4

1 网络挑战与技术发展趋势

移动通信产业生态的变化使未来移动通信不再仅仅追求更高速率、更大带宽、更强能力的空中接口技术, 而是以用户为中心的智能弹性网络。未来, 人们之间的通信速率可以在任何时间、任何地点达到1Gbit/s, 峰值速率甚至能到达50 Gbit/s (下行) 。此外, 用户还能获得更高的移动数据容量 (1000倍) 、更长的电池使用寿命、更低的功耗的设备 (10倍以上) 、更多的终端连接设备 (100倍) 、更低的时延 (小于1ms) 以及在500 km/h高速行驶的火车上体验类似于静止的通信体验。5G网络将是一个完整的无线通信系统, 没有任何限制, 因此, 也有人将5G网络称为真正的无线世界或者世界级无线网。

在未来的时间里, 4G网络可使用以下技术持续演进以弥补和5G网络之间的差距。

频谱访问——灵活的使用授权频谱, 整合未授权频谱, 同时利用更高频段和双工模式。

无线链路——先进的多址接入技术, 无线帧的设计, 大规模MIMO, 增强型的多天线技术, 先进的接收机, 干扰协调技术, 小分组包传输技术以及以UE为中心的网络。

无线访问能力——密集的双向连通性, 增强型多无线接入技术的协调, 设备与设备之间的通信, 无线回程 (如:自回程和中继技术) 。

网络灵活性——软件定义网络, 虚拟化的移动核心网, 虚拟化的RAN, 网络节点功能的灵活分离, 微服务器。

高效的/自适应的网络资源利用方式——业务优化, 增强性型多运营商网络共享, 可扩展的服务架构, 大数据, 上下文感知/以用户为中心的网络, 内容优化和自适应流媒体传输, 智能化的多种管理, 网络性能的嵌入式测量。

其他——全光传送网络, 以信息为中心的网络, 网状网, 增强的前传功能, 隐私和安全性。

2 5G的设计原则

考虑到以上技术和发展趋势, 5G系统应该根据以下原则进行设计: (1) 频谱优势。利用更高的频段和未授权频段, 整合剩余的低频段。由于不同频谱的特性不同, 需使用多频谱优化, 同时也引出了分离的概念。例如, 控制平面和用户平面的路径分离和上下行链路的分离。这都意味着系统需要支持同时将用户连接至多个接入点。 (2) 经济的密集化部署。为了实现密集化部署, 需引入一些新的部署模式, 如:第三方/用户部署以及多运营商/共享部署等部署方式。系统可以处理无计划的部署、无秩序部署并在这些部署下获得最佳性能。网络可以自优化负荷均衡以及干扰。 (3) 协调和去干扰。使用MIMO和Co MP技术来改善系统中的SIR, 同时提高Qo S和整体频谱利用率。引入非正交多路复用技术, 利用先进的接收机来减小干扰。 (4) 支持动态的无线拓扑。设备应通过拓扑结构进行连接, 从而最小化耗电量和信令流量, 网络不应限制设备的可见性和可达性。如果智能手机断电, 可穿戴设备可以直接连接至网络。在某些情况下, 可利用D2D通信以减轻网络业务负荷。因此, 无线拓扑应根据环境和上下文动态变化。 (5) 创建公共的可组合核心网。系统设计将抛弃掉之前4G网络完全统一设计的理念。网络中网元的某些功能将被剥离出来, 控制面/用户面功能能够通过开放的接口完全分离以支持功能的灵活利用率及可扩展性。 (6) 灵活的功能。利有相同的基础设施创建网络切片以支持多种用户场景。也就是说, 可利用NFV和SDN, 实现网络/设备功能和RAT配置的定制化。为了增强网络的鲁棒性, 状态信息应从功能和节点中分离出来, 这样才能更加容易的重定位并还原上下文。 (7) 支持新价值的创建。大数据分析和上下文感知是优化网络利用率的基础, 同时也能为终端用户提供增值业务。在设计网络时, 应注意重要数据的采集、存储和处理。此外, 需充分利用网络的多种性能以促进Xaa S (一切皆服务) 的实现。 (8) 安全和隐私。安全性是5G网络必须考虑的问题, 而且必须成为系统设计的重要部分。特别是用户位置和身份等信息必须受到严格的保护。 (9) 简化的操作和管理。扩展的网络性能和灵活的功能分配并不意味着需要增加操作和管理的复杂度。繁杂的操作和管理可尽量自动化完成。明确定义的开放性接口可以解决多厂商之间的互操作性和互通问题。此外, 网络还将嵌入监控功能而不需要运营商使用专门的监控工具。

3 5G架构

根据以上的设计原则, 5G系统整体架构如图1所示。

5G系统由3层组成: (1) 基础设施资源层。它是固定与移动融合网络的物理资源, 由接入节点、云节点 (用于处理或存储资源) 、5G设备、网络节点和相关链路组成。通过虚拟化原则, 这些资源对于5G系统的更高层次和网络编排实体而言是可见的。 (2) 业务实现层。在融合网络中所有的功能应以模块化的形式进行构建并录入资源库中。由软件模块实现的功能以及网络特定部分的配置参数可从资源库下载至所需的位置。这些功能将根据要求, 通过相关的API由网络编排实体进行调用。 (3) 业务应用层。该层部署了利用5G网络实现的具体应用和业务。

这3层通过网络编排实体相互关联, 因此, 在架构中起到至关重要的作用。网络编排实体能够管理虚拟化的端到端网络以及传统的OSS和SON。该实体作为接入点可将用户实例和业务模式转化成实际的业务和网络切片, 并为给定的应用场景定义相应的网络切片, 关联相关的模块化网络功能, 分配性能配置参数并将其映射至基础设施资源层。与此同时, 网络编排实体还能管理这些功能的扩展和地理分布。在确定的商业模式中, 第三方 (如:MVNO、垂直行业) 还能利用该实体的某些性能, 通过API和Xaa S创建和管理自己的网络切片。

3.1 网络切片

网络切片, 也叫做“5G切片”, 支持具体的通信业务, 能通过具体的方法来操作业务的控制平面和用户平面。通常, 5G切片由大量的5G网络功能和具体的RAT集组成。网络功能和RAT集如何组合由具体的使用场景或商业模式而定。因此, 5G切片可以跨越所有的网络域, 它包括运行在云节点上的软件模块, 支持功能位置灵活化的传输网络配置, 专用的无线配置或是具体的RAT, 以及5G设备的配置。但并非所有的切片都包括相同的功能, 一些现在看来必不可少的移动网络功能可能不会出现在这些切片中。

5G切片的目的为用户实例提供必要的业务处理功能, 而省去其他不必要的功能。切片背后的灵活性是扩展现有业务和创建新业务的关键。允许第三方实体通过适当的API来控制切片的某些方面, 以提供定制化业务。图2说明了如何在相同的基础设施上同时运作多个5G切片。

例如, 智能手机应用的5G切片可通过设置成熟的分布式功能来实现。对于5G分片所支持的汽车使用场景而言, 安全性、可靠性和时延是非常关键的。所有的关键功能可在云边缘节点中实例化, 包括对时延要求严格的垂直化应用。为了在云节点中加载垂直化应用, 系统必须定义开放的接口。为了支持大量的机械类设备 (如传感器) , 5G切片还将配置一些基本的控制平面功能, 而省去移动性功能, 针对这类设备的接入还可以适当地配置一些基于竞争的资源。

不考虑网络所支持的切片, 5G网络还应该包括相应的功能以确保在任何环境下对网络端到端业务的控制和安全性操作。

3.2 基于应用场景的功能分布

5G系统与之前网络“一刀切”的方式不同, 5G网络可以通过将5G网络功能与适当5GRAT相结合的方式, 为具体的应用量身定制最佳的网络。图3显示了该系统中可能用到的不同的物理实例。

虽然使用NFV的通用可编程硬件可以实现所有的网络处理功能, 但在这种方式下, 用户平面功能需使用专用的硬件才可以在降低成本的同时达到一定的性能目标。最近在虚拟化技术方面的研究, 控制平面功能的实现则可以不使用专门的硬件。

5G网络的独特之处在于它能够定制网络功能以及这些功能在网络中实现的位置。因此, 希望控制和用户平面在逻辑上是分离的, 物理上也希望尽可能地分离。这样可以实现独立的扩容和位置的灵活性, 使得以设备中心的方式更易实现。在这种以设备为中心的方式下, 控制平面可由宏小区处理, 用户平面由微小区处理。将某些功能放置在最接近无线接口的位置还能降低时延, 还能通过直接在微基站中放置必要的功能实现本地数据分流机制。因此, 专用核心网络的概念将过时, 5G网络的将功能不再与硬件绑定, 而是在最适合的位置灵活的实例化。

如果要在5G网络中完成优化工作, 上下文感知功能就必不可少了。网络需要检测业务行为, 而不管设备处于什么状态。因此, 网络应能灵活地使用最佳的功能并将这些功能置于最佳的位置。例如, 高速行驶的火车上使用视频流业务的体验类似于静止用户的体验。上下文感知是端到端管理和网络编排实体不可分割的一部分, 还应与跨越整网的测量功能和数据采集功能配合使用。大数据统计分析则是提高控制精确度必不可少的组成部分。

3.3 5G系统组件

上述系统架构和原则引出了5G系统的关键组件及术语, 详情如下:

5G RAT簇 (5GRF) :作为5G系统的一部分, 5G RAT簇由一个或多个标准化的5G RAT组成, 共同支持NGMN 5G需求, 为用户提供更加完善的网络覆盖。

5G RAT (5GR) :5G RAT是5G RAT簇之间的无线接口。

5G网络功能 (5GF) :5G网络功能主要支持5G网络内用户之间的通信。它是一种典型的虚拟化功能, 但一些功能仍需5G基础设施通过专门的硬件实现。5GF由具体的RAT功能和与访问无关的功能组成, 包含支持固定接入的功能、必选功能和可选功能。必选功能是所有用户实例所需要的公共功能, 如鉴权和身份管理等。可选功能并不适用于所有的应用场景, 如:移动性, 可根据业务类型和应用场景有所不同。

5G基础设施 (5GI) :5G基础设施是基于5G网络的硬件和软件, 包括传输网络、运算资源、存储单元、RF单元和电缆。5GR和5GF可通过5GI实现。

5G端到端管理和网络编排实体 (5GMOE) :5G端到端管理和网络编排实体创建并管理着5G切片。它将用户实例和商业模式翻译成具体的业务和5G切片, 确定相关的5GF、5GR和性能配置, 并将其映射至5GI。它还管理着5GF的容量、地理分布、OSS和SON。

5G网络 (5GN) :5G网络由5GF、5GR、相关5GI (包括中继设备) 和支持与5G设备进行通信的5GMOE组成。

5G设备:5G设备是用于连接至5G网络以获得通信业务的所有设备。

5G系统:由5G网络和5G设备组成的通信系统。

5G分片 (5GSL) :5G分片由1组5GF以及在5G系统中建立起来的相关设备功能组成, 以支持特定的通信业务和用户类型。

4 结论

5 G可利用最新的技术扩大现有网络的容量。

为了支持大相径庭的用户场景和商业模式, 5G系统应能按需组合网络功能和网络性能, 因此, 应创建基于相同5G基础设施的5G网络分片。在技术日新月益的今天, 5G还应充分利用全球化的生态体系、免费的存储碎片和开放的接口以完成技术创新, 从而满足2020年及未来的移动互联网和物联网的业务要求。

参考文献

5G技术总结报告 篇5

一、什么是5G

5G即第五代通信技术，根据国际电信联盟的IMT-2020愿景，5G将包含增强型移动宽带，大规模机器类型通信以及超可靠和低时延通信三类用例。每一代的通信技术都致力为移动设备获得更快的网络速度和更多的网络功能，5G不同于传统的几代移动通信，它不仅是更高速率，更大带宽，更强能力的空口技术，更是面向业务应用和用户体验的智能网络；它将是一个多业务多技术融合的网络，通过技术的演进与创新，满足未来包含广泛数据和连接的各种业务的快速发展需要，提升用户体验。

二、5G的核心技术

5G不再以单一的多址技术作为主要技术特征，而是一组关键技术来共同定义，即大规模天线阵列，超密集组网，全频谱接入，新型多址技术，以及新型网络架构将成为5G的最核心技术。以下是这组关键技术的特点：

1.大规模天线阵列可以大幅度提升系统频谱效率。

2.超密集组网通过增加基站部署密度，可实现百倍量级的容量提升。

3.新型多址技术通过发送信号的叠加传输来提升系统的接入能力，可有效支撑5G网络的千亿设备连接需求。

4.全频谱接入技术通过有效利用各类频谱资源，有效缓解5G网络频谱资源的巨大需求。

5.新型网络架构：采用SDN,NFV和云计算等技术。

三、5G的空口技术

空中接口，指的是移动终端（手机）和基站之间的接口。5G将沿着5G新空口及4G演进两条技术路线发展，其中新空口是5G主要的演进方向，4G演进将是有效补充。

5G新空口将采用新型多址，大规模天线，新波形,超密集组网和全频谱接入等核心技术，在帧结构，信令流程，双工方式上进行改进，形成面向连续广域覆盖，热点高容量，低时延，高可靠和低功耗大连接等场景的空口技术方案。

四、5G网络关键技术

在网络技术方面，集中化的、协作的、“云”化的无线接入网（C-RAN）技术，软件定义网络SDN/网络功能虚拟化NFV技术，超密集网络技术UDN，自组网技术SON,Multi-RAT技术，设备到设备D2D等是5G网络架构的候选关键技术。

1.C-RAN是基于集中化处理，协作式无线电和实时云计算构架)的绿色无线接入网构架。其本质是通过实现减少基站机房数量，减少能耗，采用协作化、虚拟化技术，实现资源共享和动态调度，提高频谱效率，以达到低成本，高带宽和灵活度的运营。

2.软件定义网络SDN，一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，实现控制功能和转发功能的分离，结合云计算实现硬件资源按需分配和动态神缩，以达到最优的资源利用率。

3.NFV，即网络功能虚拟化。通过使用x86等通用性硬件以及虚拟化技术，来承载很多功能的软件处理。从而降低网络昂贵的设备成本。可以通过软硬件解耦及功能抽象，使网络设备功能不再依赖于专用硬件，资源可以充分灵活共享，实现新业务的快速开发和部署，按需定制网络资源和业务逻辑，增强网络弹性和自适应性。

4.UDN--超密集网络技术,核心技术包括：干扰协调，无线回传，网络动态部署，SDN,UDN结合四个方面。可显著提高频谱效率，改善网络覆盖，大幅度提升系统容量，具有更灵活地网络部署和更高效的频率复用。

5G倒逼电信业格局之变 篇6

对于时刻处于迅速变化中的电信业企业而言，可谓逆水行舟，不进则退。一方面是技术在不断进步，催促着企业前进的步伐，另一方面是政府希望通过整合、引入民间资本等手段改造这一行业。但笔者认为，能改变整个行业格局的因素只能是技术（5G）。

全球电信业格局曾经历过两次巨变。上世纪80—90年代，2G技术开始大行其道，全球电信业发生了从固话到移动的变革。2005年后，3G技术开始普及，数据流量开始从语音服务中剥离。这两次巨变，其实质是电信业从以语音服务为主向以数据流量为主的过度，而此刻正在发生的是从固网向移动的渐变。那么，电信业下一次格局之变何时到来？或将在五年之内，只待5G技术的横空出世。

单纯从技术角度审视5G，是否速度倍升就能影响产业格局，显然不是。2015年3月，在巴塞罗那举行的世界移动通信大会首次对5G技术进行了描述，已经能让我们对罩于神秘面纱下的5G一窥究竟。据了解，5G将大规模使用MIMO技术（指多路输入多路输出技术）和多载波技术（指载有数据的特定频率的无线电波）。其带来的革命性变化将包括万物互联、移动性和连续性、以及电信业的格局之变。

如果将万物互联、移动性和连续性视为纯技术问题，格局之变更倾向于历史问题，需要从电信业的现状谈起。时至今日，虽然整个电信行业已经发生了翻天覆地的变化，但是电信运营商们的主要业务依然是语音服务和数据流量服务。在纯语音服务的时代，语音和网络是统一的。而现在，语音已经与流量彻底分离。这使得全世界的电信运营商一直试图摆脱“管道化”的命运，而互联网企业则大行其道。

但5G技术或将改变这一现状。首先对于电信运营商而言。笔者认为，在5G技术产生之后，电信网络在传统的传输职能和业务职能以外，管理职能会得到强化和凸显。传统意义上的电信运营商的管理职能是指，运营商管理用户的某个终端的计费等。但在5G时代，用户会使用大量终端，这一点现在已经开始显现，这就产生了一个问题，运营商需要面对更加复杂的计费和管理需求。而事实上，管理是与业务直接相关的。这致使未来的电信运营商必然面临更加严峻的管理问题，同时仍然要做好传输工作，这对于运营商而言将形成全新的挑战。

除了运营商，互联网企业亦将迎来颠覆。现在的互联网企业的主要功能仍然是以信息传递为主，它们凭借具有开放和共享属性的互联网，已经取得巨大成功。但在5G技术普及后，信息传递仅仅是个基础，最重要的是围绕用户形成全方位的智能化服务，其中既包括大数据服务，也包括其他基于智能硬件的智能化服务。所谓智能化服务，包括智慧城市、智能家居、自动驾驶、智能可穿戴装备、智慧交通和物流、智慧工厂、智慧农业、智慧金融等等。这将是一次影响全人类的巨大变化，绝非如今已经非常火热的互联网革命可以比拟。

5G网络感知质量关键技术研究 篇7

区别于现有以系统为中心的网络,第五代移动通信(5G)网络将以用户为中心评估网络性能、执行网络操作[1]。ITU-T在Rec.P.10(G.100)将Qo E(Quality of Experience)定义为“由终端用户主观感知的接受一个应用/服务的整体程度”[2],该定义适用于当前所有的通信网络。面对用户个性化、服务差异化,事实上不同的服务或用户情况下有不同的Qo E需求。并且终端用户本身对Qo E的需求也不是真的一致。例如他们的先验知识和期望和当前使用的内容对他们的Qo E需求有很强的影响。当前在LTE(Long-Term Evolution)中定义并执行的Qo S(Quality of Service)不足以实施精细粒度的区分,这些只能通过采用基于Qo E的网络和应用管理方法才能得到有效解决[1]。因此,Qo E关键技术研究是5G网络的核心问题之一。

5G网络环境中应用/服务有以下特点:(1)随着数量巨大的与用户和网络相关的业务随时涌入,数据主体正从结构化、非实时数据向非结构、实时数据转变[1];(2)在时变的信道中,提供连贯、透明、个性化、有区分、感知用户体验的服务[3];(3)不仅针对任何人、任何地点、任何时间提供严格的峰值数据速率,还能基于对终端用户和服务需求的理解执行更有意义、有弹性和个性化的网络管理;(4)网络多媒体在业务类型和数据容量上都得到了快速发展,相关计算从以系统为中心向以人为中心转变,面临着压缩、存储、传输等挑战[4]。

鉴于上述5G网络环境特点,Qo E问题的研究面临以下挑战:(1)数据来源于不同终端,存在非结构化、异构等特点[5];(2)低水平特征和高水平语义之间存在较大的差异,且一些多媒体数据也随着时间和空间演化;(3)实时性要求较高;(4)数据容量巨大;(5)计算规模较大[6];(6)Qo E构建的复杂度较大。

为了更好地面对5G网络中用户多样化、服务区分精细化(即使同种业务类型其需求也存在巨大变化)的挑战,5G网络环境中网络设计需要从用户的角度评估网络应用/服务的性能,研究人员也正积极探索将Qo E有效整合到5G网络环境中[1]。本文针对5G网络环境特点着重介绍目前提出的与Qo E相关的各种关键技术,并给出未来发展方向,希望起到抛砖引玉的作用。

1 Qo E关键技术

Qo E作为研究热点已取得了一定进展[7,8],已有相关文献给出了面向Qo E的切换策略[9]、移动管理技术、网络及电源资源使用优化技术、质量波动管理和Qo E评估技术[10,11]。下面我们将就目前Qo E关键技术做一下介绍。

1.1 Qo E驱动的移动管理技术

文献[11]针对D2D(Device-to-Device)通信Qo E管理提出了一种Qo E驱动架构。D2D通信会成为未来移动通信不可分割的一部分,目前相关标准正在制定,将成为5G中的新特色。文献[12]给出了Qo E在改善现有网络移动管理层面的应用,将监听和传统评估结合起来驱动移动管理。文献[13]分析了5G网络环境下Over-The-Top(OTT)服务(通过在尽力而为的网络上传输例如You Tube、Netflix、Hulu和别的基于Web的视频业务)Qo E因素特点,以增强用户OTT服务感知质量和提高网络效率为目标,提出了Qo E驱动的无线资源管理和优化方法,描述了一个框架和Qo E评估完整的实施步骤,以获得准确的用户体验值,同时改善网络效率,优化用户体验。

1.2 面向Qo E的切换策略

针对聚集异构无线网络环境,通过面向Qo E的映射、视频质量评估和自适应,文献[14]扩展了MIH/IEEE 802.21,提出Qo E切换架构,该架构允许多媒体背景下的用户在IEEE 802.11e和IEEE802.16e网络环境中一直保持连接,允许面向Qo E无缝移动和优化。在该场景中,Qo EHand代理、无线节点和基站/接入点一起被执行。Qo EHand代理通过执行基于聚类的多人工神经网络评估视频质量水平,这是通过将视频特征和网络损坏映射到相应的Mo S值实现。此外,依据IEEE 802.11e或IEEE801.16 Qo S模型,Qo E映射机制将业务要求和用户体验映射到可用的无线服务类,并针对Qo S模型存在的异构问题给出优化方案。

1.3 资源使用优化技术

5G中的资源管理应该从Qo S域向Qo E域过度,需要设计新的跨层方法,这些调度方法应该优化网络和应用层的状态[2]。文献[15]提出了一种动态优化Qo E自适应路由协议,提高用户体验、优化网络资源利用。借助提高用户协作的正式工具--博弈论(Game Theory),针对终端移动性和不完美的信道评估,文献[16]基于最小Qo E需求的最大化,提出合作无线资源管理算法,以提高资源效率和频谱效率。文献[17]提出一种面向Qo E跨层无线资源分配算法,解决的是异构OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)系统下行链路资源分配问题,目标是系统中的每个用户提供Qo E保证。此算法是通过将应用层参数和主观用户对于质量的感知整合到无线资源的分配过程。文献[18]将Qo E引入异构网络水平Qo S类映射方案中,已增强映射的灵活性提高网络资源利用效率。

1.4 质量波动管理

现有的研究Qo S和Qo E之间量化关系的模型,均建立在参数的平均值上。依赖于平均值是这类模型的根本限制,这种认为给定时间段内用户Qo E由平均激励而不是瞬时行为决定的假定,已经被近期的研究表明是错误的。用新的业务管理策略、业务整形、网络度量等机制避免Qo E质量的波动[2]。

目前对几种业务用户感知质量的研究仅有少数经验性结论,针对无线网络环境中3D多媒体业务传输,提出了一种统计分析方法,研究3D实时流媒体的业务属性和用户Qo E之间的关系。移动网络环境下网络性能易变是正常的,但单一带宽中断(如在不同基站切换期间)时对业务Qo E的影响这样的基本现象目前还缺乏研究,缺少有效的波动模型和网络性能指示以表示网络质量变化对Qo E的影响,文献[19]研究了网络带宽波动及对Qo E的影响。

1.5 Qo E评估技术

Qo E评估技术是基于Qo E相关技术的核心[6],目前主要分为客观评估技术、主观评估技术和数据驱动评估技术,如表1所示。

客观评估技术通常是在实验室环境下直接征求用户所给出的MOS、DMOS等评估值。该类测试虽然客观,但对实验环境有较高的要求,测试成本较高(时间、人工和经费)、由于实验环境及实验数据类型有局限性,准确度较低、不能用于实时Qo E的评估,且一些因素之间的联系在真实环境中不会发生。

主观评估技术主要通过对影响用户感知质量的相关参数建模,然后将模型输出结果和客观测试结果进行对比。有3类模型:(1)基于视觉模型和信号驱动模型,前者主要基于HVS(Human Visual System)如何接收和处理视频信号的信息,后者基于抽取和分析特定的业务模式和特征;(2)基于参考分类方法,取决于是否需要源业务作为参考;(3)基于输入数据分类方法,根据输入数据的类型分类建模。该类评估方法依然依赖客观测试结果训练模型参数,依赖于原始视频,也不能满足实时性需要。存在的不足如下:(1)对HVS和业务缺乏做够的知识,采用的是低层次的特征和属性,这对于高水平建模是不完全的;(2)不能处理图片的几何变化带来的影响;(3)原图片很难获得;(4)参数之间的相互影响缺乏深入研究;(5)其性能的证实需要客观获得的MOS值,依赖于客观测试方法。

数据驱动评估技术是最新的研究方法,有如下两种发展趋势:(1)用人工干预对Qo E维度进行量化和测量,这些测度包括观看时间、观看视频数目、返回概率、表情、拖动时间、连接次数、观看视频时间和视频时长的百分比等;(2)从小规模的实验室试验到大规模的数据挖掘,这种方法得到的模型较复杂,具有较大计算复杂度,但比来源于小规模数据的效果好(有可能在大规模在线Qo E评估时不如简单模型)。由于大部分时间有大量的因素影响用户质量的评估,所以Qo E评估是个相当复杂的问题。这些影响因素包括人的因素、系统因素、设备相关因素、媒体相关因素等[10]。因此发展基于大数据的轻量级、有效、可靠的Qo E预测模型是未来的发展方向之一。

Qo E数据驱动评估常用方法包括:(1)基于相关性和线性表示的分析,包括Qo E-Qo S Kendall相关性分析、信息增益分析和基于曲线拟合的线性表示,上述研究表明,特定的Qo S特征对某一种业务具有较高影响,但对另一种类型业务影响较低,换句话说,Qo S特征的影响是与上下文环境相关的,Qo S和Qo E之间的关系是非单调的。仅依赖该类方法不能解决Qo S和Qo E之间的非单调关系、Qo S参数之间的相互依赖性和外部因素操作等情况;(2)基于决策树的Qo E预测模型,该类方法首先完成数据收集和修剪、建立仅针对Qo S的决策树、外部因素识别,然后修正决策树,最后将方法用于面向Qo E的内容分发网络和比特率选择。该方法选择的Qo E指标为观看时间比率,选择的Qo S指标是启动延迟、缓冲事件和平均比特率,同时考虑了视频类型是实时还是离线,该类方法克服了基于相关性和线性表示的分析方法存在的不足;(3)基于准实验设计的Qo S-Qo E因果关系分析,该方法在受控的环境中,首先建立Qo S测度对Qo E测度没有影响的无效假设,然后匹配处理的和未处理的观察者,接着计算匹配对的得分并累加得分,最后进行显著性检验。但该方法仅能用于证实Qo S-Qo E因果关系,不能给出量化关系,所以不能用于Qo E评估。

2 一种网络多媒体业务Qo E保证方案

随着网络多媒体业务的飞速发展,每天都产生数量巨大的多媒体数据。这些数据潜藏着很多有价值的信息,推动着Qo E数据驱动评估技术的发展。为了更深入了解不同因素对Qo E的影响,给出一个典型的网络业务会话过程示意图如图1所示。

图1中从业务生成到终端用户的每一步都可能引入失真和损坏,从而影响用户感知的质量。源端业务类型、量化误差及包括形状等影响视觉系统的时空特征、视频长度(与短视频相比,用户对长视频更有耐心);发送端编码压缩技术导致的信息丢失、编码设备的比特率(不是越高越好,频繁的速率变换也会降低Qo E)、帧率(人类视觉系统一般可以分析10~12帧/s,帧率不中断的阈值还受到内容(如运动)和显示(如亮度)的影响)等都会影响用户质量。文献[20]研究表明帧率对Qo E的影响取决于视频内容的时空特征;传输模块对于电视广播网络主要是显示分辨率的区别,如标清网络电视、增强型网络电视、高清网络电视和超清网络电视。对于IP网络和无线网络(包括蜂窝网/移动网络,WLAN、无线传感网和车载网),网络环境对Qo E有较大影响。主要影响因素有包丢失、延迟、抖动、带宽等。需要注意的是缓冲和重发机制一定程度上可以纠正上述因素的不利影响;接收端设备尺寸、分辨率、显示形状、缓冲区设置大小、解码及解压缩带来的影响等;终端用户人口结构(包括年龄、性别、种族、职业、国籍、教育水平、经济收入等)、耐心、视频受欢迎程度(用户对受欢迎的视频容忍度更高)、时机(用户处于休闲状态还是紧张工作状态,网络处于高峰期还是空闲期)。

在数据驱动Qo E评估方法中,常用的度量如下:(1)业务水平度量:业务放弃、业务终止、业务失败、业务完成、每个业务实际完成时间、业务放弃比率、暂停、快进、倒回、分辨率调整及显示屏大小调整等;(2)用户水平度量:特定网站特定时间用户实时的业务量(对应于视频,就是视频剪辑数)、访问特定网站用户实施业务的全部时间(对于视频就是观看的全部时间)、用户回访比率(特定时间内用户再次访问相同网站的比率,该指标表明用户将来访问该网站的可能性)、用户对业务的评定等级等;(3)Qo S指标:启动延时(或加入时间)、缓冲、缓冲时间占全部观看时间的比率、缓冲次数、平均比特率、缓冲延迟、业务失败次数、表达质量等。

可见5G网络环境中保证用户Qo E是个相当复杂的问题,这需要给出一个方案,兼顾Qo E评估、传输和网络控制之间影响。基于文献[6],这里给出一种网络多媒体业务Qo E保证方案。

2.1 优化跨层业务传输

基于Qo E测度完成MAC/PHY水平的优化,这对于带宽有限、信道质量不稳定的无线网络业务分发很重要。首先设计可给出可靠结果的Qo E预测模型,该模型可在线执行、具有实时反馈的能力,在设定输入的情况下,依据Qo E预测模型实时给出的可靠的预测结果,自适应调整相应的优化策略,以改善用户Qo E。然后在时间尺度和应用水平上逐步调整源业务。为了克服信道条件的快速变化,这里可以利用物理层水平的聚集信息,物理层水平链路调整用相对粗粒度的应用层水平信息。

2.2 面向Qo E的拥塞控制

可依据业务特点设计对业务友好的拥塞控制机制,克服由于TCP协议丢包策略、“加性增,乘性减”算法和基于Qo S控制导致的较长延迟。可优化拥塞窗口大小以最大化Qo E远期期望。考虑失真和每个包延迟截止时间的影响,设计在线实时学习算法完成对于MOS值的实时评估。也可以不修改TCP协议,将延迟问题交给业务传输处理。

2.3 优化网络业务传输

由于受到噪声、干扰、多径和用户/设备移动等影响,5G网络环境下信道条件处于变化之中。因此需要考虑信道快速变化对业务质量的影响,特别是用户对短时的较差质量很敏感,需要设计干扰管理机制减少干扰能量,设计干扰整形机制平滑突发干扰的影响。设计更为有效的面向Qo E实时接入控制机制管理多用户的竞争,研究面向Qo E的高效资源分配策略,向多用户提供频率、发送时间、带宽等资源的灵活分配方案。设计更灵活的面向Qo E的业务分发协议,提高分发效率。

2.4 设计媒体播放器缓存

结合启动延迟、重新缓冲时间和用户特点等因素,设计缓冲大小。要注意到缓冲尺寸偏大会导致较长的启动延迟,因为在播放器启动以前必须下载更多的数据。播放器工作期间,尽量降低重新缓冲的次数。此外,要考虑到用户的行为特点,许多用户在业务全部完成以前会停止业务,导致下载的很多数据无用,也造成带宽资源的巨大浪费。因此,有必要针对用户预测业务片段,避免传输过度数据。

3 未来的发展方向

未来的发展方向如下:

(1)基于数据驱动Qo E研究。随着网络环境、业务和用户期望随着时间而改变,Qo S特征和外部因素也不断演化,新的特征也可能不断涌现,应该考虑选择新的维度以表示Qo E,进一步对用户的网络多媒体业务期望展开研究理论,抽取对用户Qo E有益的重要Qo S和外部因素,取得较好的可刻画Qo S-Qo E之间复杂关系的表示模型,已获得更为准确的开发分析工具。此外,由于目前尚缺乏用于用户Qo E研究的标准的数据库,有必要建立数据库以对Qo E展开深入研究;

(2)面向Qo E的视频发送优化。目前多数的业务发送优化是面向Qo S的,而面向Qo E的发送优化有很大的不同,需要考虑当多用户共享有瓶颈的链路时,由于不同的用户有不同的Qo E期望,应该基于用户对Qo E的敏感度设计面向Qo E的多用户业务调度方法。一旦Qo E衰减被监测到,其导致的原因应该被识别。所有的管理策略应该基于对Qo S-Qo E之间关系的全面理解;

(3)Qo E评估紧急技术,新的网络环境和新涌现的业务,导致会出现不同的情况,比如3D视频的特征不同于传统的2D视频,此外还有交互视频、超清视频、移动网络、传感网、车载网等新传输网络;

(4)基于Qo E的互联网视频经济。对于业务内容提供商、内容分发网络运营商、互联网服务运营商和媒体播放器设计者出于经济因素考虑,采用预订、广告支持等也在影响着互联网业务的发展,需要建立支持嵌入广告、预订等因素的经济收益模型;

(5)大数据分析:可以从很多内部的结构化数据、外部的半结构化和非结构化数据中获得更多个性化的建议。此外,从网络的视角,大数据允许以更智能化的方式配置系统,这反过来转化为更好的Qo E。总而言之,大数据使网络无意识操作降低、智能性增强,能够基于先验知识作出对不远的将来有益的决策;

(6)软件定义网络SDN(Software Defined Networking):弹性、可扩展性和面向服务的管理是5G架构发展的主要驱动力。SDN可能是Qo E管理和保证功能的重要技术,通过创建一个虚拟的网络基础设施控制平面,基于提供各自的编程指令动态施加管理决策以影响网络节点。通过SDN控制Qo E的主要益处是:是一种软件的方式、统一、低复杂性、低成本及配置可调。

4 结束语

目前,5G网络的研究还在起步阶段,Qo E是研究热点之一,相关Qo E关键技术也在探索之中。面对5G网络环境下用户多样化、每种服务类型需求变化巨大的新特点,如何将Qo E整合到5G网络环境中,如何以用户为中心进行网络设计,体现以Qo E为中心的本质属性,已吸引越来越多的研究人员和相关国际组织的关注,相关成果也陆续发表。作为5G核心特征Qo E面向用户,其能满足用户更个性化的需求,也必能推动移动通信相关技术得到进一步发展。

摘要：第五代移动通信(5G)网络需要满足用户个性化、业务区分精细化的发展要求,要以用户为中心评估网络性能、执行网络操作。因此研究面向Qo E(Quality of Experience)的关键技术有利于推动5G的发展、也有利于促进新业务的发展。介绍了5G网络环境中应用/服务的基本特点,然后对现有的面向Qo E的切换策略、移动管理技术、网络及电源资源使用优化技术、质量波动管理和Qo E评估技术进行综述,重点提出了一种网络多媒体业务Qo E保证方案,并给出了今后的研究方向。

5G白皮书发布直指网络革新痛点 篇8

本届5G大会前所未有地集中了中国IMT-2020 (5G) 推进组、欧盟5G PPP、日本5 G M F、韩国5 G论坛和美洲5 G Americas等各国5G组织, 5G标准、网络架构、频谱协调成为最热的话题。借此机会, IMT-2020 (5G) 推进组发布了《5G网络架构设计》白皮书, 针对各类移动互联网和物联网应用场景的差异化极致性能需求, 提出了5G系统设计和组网设计的方向, 以及新型5G网络架构设计方案。

5G网络架构设计的2个关键

无论未来的5G应用将如何改变现有移动网络和物联网, 5G网络仍是研发部署过程中最关键的一环, 其技术方向、现实挑战、成本等都需逐一解决。

白皮书指出, 5G网络架构设计包括系统设计和组网设计2个方面:系统设计重点考虑逻辑功能实现以及不同功能之间的信息交互过程, 构建功能平面划分更合理的统一的端到端网络逻辑架构;组网设计聚焦设备平台和网络部署的实现方案, 以充分发挥基于SDN/NFV技术的新型基础设施环境在组网灵活性和安全性方面的潜力。

据悉, 该白皮书是IMT-2020推进组继《5G愿景与需求》、《5G概念》、《5G无线技术架构》和《5G网络技术架构》之后发布的第五本白皮书, 其中除了展示我国5G网络技术研究的最新成果, 也为全球5G网络技术与标准共识形成提供了重要支撑。

白皮书的重点内容目前已是业界的共识:5G网络是以用户为中心、功能模块化、网络可编排为核心理念, 重构网络控制和转发机制, 改变单一管道和固化的服务模式, 基于通用共享的基础设施为不同用户和行业提供按需定制的网络架构;5G网络将构建资源全共享、功能易编排、业务紧耦合的社会化信息服务使能平台, 从而满足极致体验、效率和性能要求, 以及“万物互联”的愿景。

同时, 白皮书还提炼了网络切片、移动边缘计算、按需网络重构、以用户为中心的无线接入网和能力开放等5G网络重要的创新技术, 并给出5G网络架构和技术标准化推进建议。

各国加快5G步伐

除了我国的IMT-2020推进组, 本届会议上欧盟5G PPP也发布了《5G架构》白皮书, 探讨了未来引发新业务机会的5G架构设计思路与潜在的网络新技术;日本5GMF也在本次大会上介绍了其白皮书1.0版本在5G无线技术、网络技术、业务与应用等方面的主要内容。

据日本5GMF秘书长Kohei Satoh介绍, 2020年的东京奥运会是个绝佳的机会, 日本将在此期间推出5G业务, 所以目前日本在5G研发和试验上一再加快速度。

韩国5 G论坛执行委员会主席Youngnam Han提出了5G的不同服务场景, 比如数据量和终端数目的爆炸性增加、云计算和大数据的相关技术、移动融合业务等。他表示, 这些业务需要5G网络具备更加智慧、更加浸入式、更加无处不在、更加自动化以及更多公共性的特点。

5G网络安全 篇9

“未来的5G, 我们认为应该是进入一个新的移动‘互联网+’的时代, 承载更多的业务。对物联网来说, 在5G也会进入一个新的‘物联网+’的时代。”

这是中兴通讯无线总工朱伏生在“5G技术与测试研讨会”上对5G的最新解读。

与中国移动等5G产业主导方提出的理念一致, 包括中兴在内, 产业巨头也已意识到未来5G不仅意味着用户体验的极大改善, 更是各领域万物互联的时代, 自动驾驶、现实增强、智能家居等都将得到普及, 从而让全社会进入“物联网+”的新时代。

也因此, 高清视频、智能居家办公、AR/VR、智慧城市、智慧交通等构成5G的愿景, 而由此激发的增强移动宽带e MBB技术、海量机器类通信m MTC需求、超高可靠低时延通信c MTC需求等, 又对网络形成巨大挑战。

统一空口+云感知的软网络

我国5G研发组织IMT2020的计划是从2015年9月到2018年10月主导5G技术试验。第一阶段为5G关键技术验证, 内容是5G单项关键技术测试;第二阶段是5G概念验证, 内容是5G系统样机单基站测试;第三阶段是5G系统验证, 内容是多基站混合组网和典型应用场景测试。目前, 第一阶段已开始, 中兴正在参与高频段、新波形、大规模天线、新型多载波、网络切片等关键技术验证。

朱伏生接受《通信世界》采访时表示, 5G网络需要具备1ms时延、10Gbps吞吐率、每平方公里百万个连接、500km/h高速移动性以及网络切片能力。要满足这么多复杂的指标, 未来的5G应该是基于一个统一空口和统一云感知的软网络, 实现5G关键技术的要求。

“无论是物联网业务、MBB业务, 还是低时延高可靠业务, 都应基于统一设计, 在不同的场景里, 无论是工业互联网、车联网还是移动宽带, 也应是基于同一个空口技术来实现网络功能。”朱伏生说。“中兴希望采用统一的空口技术使整个网络性能得到较大提升。这个统一空口技术包含了IBMC技术、高频段统一空口帧结构等, 并把这些技术统一到UAI架构下。中兴在网络侧采用了一个云感知软网络的方式, 针对开放性分层网络, 采用的是灵活的SDN方式, 形成网络的灵活管控。”

Pre5G形成新能力

据悉, 目前中兴已经研发出多款5G样机产品, 包括MUSA样机、高频段5G样机、网络切片原形样机等。在MUSA样机上中兴采用了特殊设计, 使得上行接入能力有至少三倍提升。同时, 针对高频基站, 中兴已经与中国移动等运营商进行了外场测试, 对信号直射、反射、衍射等都做了实测, 并修订了算法。同时高频基站设备的体积也实现了更小, 吞吐量创新高。

朱伏生表示, 中兴在2014年已经推出Massive MIMO产品, 进行了广泛测试。目前中兴已经联合中国移动发布了网络切片样机, 实现切片的网络编排, 以及整个网络拓扑功能化。未来, 中兴还会继续投资20亿元用于5G研发。

5G网络安全 篇10

大数据现在已经成为一种流行趋势, 我们周围环境中的任意设备都可以产生相关数据后进行传输并且存储在相应的数据库中, 这些数据可以来自于各式各样的传感器、文本、语言甚至视频, 根据其特有性质, 我们可以将大数据分为下列几种属性:

容量, 日常的工业生产及商业运营已经越来越依赖于大量的传感器来进行数据交换和数据分析, 同时我们生活中使用的社交网络平台和电子邮件等也不断交换着大规模的数据, 我们现在在特殊情况下确实缺乏一种有效的手段去解决大容量的数据库需求及大数据中的数据挖掘等问题。

速度, 在数据库和数据中心的运行监控中, 数据的传输速度是一个要求比较高的参数, 其中RFID标签、传感器的数据需要快速的数据传输才能实现快速响应, 所以, 高速率传输是大数据传输非常重要的一个环节。

类型, 现在的数据与传统数据库中结构化的数字数据有很大不同, 例如文本、文档、音频、视频等大量的非结构化数据。

时变性, 大数据的传输并不是稳定不变的, 在某一时段设备之间再大量的交换着数据, 而在空闲时可能设备交换着极少数据甚至处于空闲状态。

复杂性, 数据的来源并不是一致的, 所以对不同的数据来源设备进行互联, 对不同来源及类型的数据进行匹配转换还是具有很大的难度。

若干个信息来源生成大量的数据然后将其发送至数据分析模块进行暂存处理, 处理过后产生有价值的数据, 通过用户选择后交付给用户, 这个过程数据会根据其结构和类型进行分类, 即大数据分类。

下图展示了大数据的整体框架:

二、5G通信技术

目前我国的高速数据通信还是建立在传统的有线网络基础之上, 而现在的互联网已经不仅仅局限于有线网络, 从1G的模拟通信开始, 无线通信技术发展迅猛, 通过2G/3G的数字通信发展, 到2010年的4G技术为止, 无线通信技术已经成为一种高速率高可靠性的传输方式。

而目前还在处于制定标准化的5G无线移动网络相比于4G则具有更高的速率和容量, 其预期的连接能力至少支持1000亿设备和每个用户10gbps的高速传输速率, 预计在2020年5G实现部署之后可以实现网络真正的“全覆盖”, 本文提到的大数据分析在建立在云计算的基础之上可以丰富用户的体验, 而5G可以承载其运行以实现人与设备之间的通信和未来智能城市的规划, 但是5G也还有许多问题需要解决以适应大规模的数据交换、海量的设备连接、多样化的服务等, 下图显示了5G的技术优势。

三、基于5G的大数据网络架构

现在, 越来越多的无线设备如传感器、智能手机、可穿戴设备等已逐渐加入到无线网络当中, 经Gartner公司调查目前连接至互联网的设备大概为50亿台, 预测到2020年会增长至250亿台。所以, 传统的由光纤、双绞线架设的有线网络已经无法支持如此海量的数据交换的同时还可以保证较低的延迟。所以, 为了应对不断增加的数据流量及设备, 5G无线技术这样的新的无线网络架构的架设势在必行。

在基于5G的大数据网络架构中, 传统的100mhz至3GHZ频段无法满足所有需要, 所以电信运营商需要扩展至更高的工作频段。但是在高频段无线电波无法进行长距离传输并且穿过障碍物时衰减明显, 所以在大数据环境下5G在天线技术上会有所突破, 其中包括大量的MIMO (多输入多输出) 技术和新型传输波形技术的使用, 其目的是并行发送无线电信号的同时还使得能量集中在一个特定方向, 下图为基于5G的大数据通信整体架构。

目前, 在我国各领域内的工作方式受到网络能力的影响越来越大, 各企事业单位已经部署更先进的网络设备及技术来提高工作效率, 而在这样的网络环境中互联方式是关键所在, 5G技术的各方面性能均比现有的网络技术要优越, 所以其对我国的信息化发展具有非常大的帮助。下图展示在普通工作环境下通过5G技术访问网络及大数据中心的方式:

四、数据中心无线监控技术

目前在任何一个机构, 数据中心已经成为其正常工作非常重要的一环, 因为其存储着所有的工作信息, 数据中心性能优越、稳定可以为机构和工作人员提供更好的信息化服务。所以, 数据中心的安保措施显得尤为重要, 在监控范围内, 许多参数都要进行实时监控以防止灾难发生, 如线路质量、温湿度、烟雾等。现在无线传感技术对于数据中心的监控已经得到普及, 相比于传统的有线监控具有许多优点, 在数据中心搬移和扩展中这种优势尤为明显, 不仅仅在硬件安全方面, 系统安全也是重中之重, 系统性能、交互状态、接入用户数、数据传输速率、数据安全等方面也决定这数据中心的工作状态。现在, 我们对于数据中心的安全管理受到了距离的限制, 因为就目前的无线技术而言还无法做到远距离的即时报警与短时间响应, 而5G技术的诞生则克服这一问题, 其高速传输速率和大容量的特点可以使我们同时在一地点监控不同地区的数据中心, 大大的降低了管理成本。

五、结论

在大数据时代背景下, 每天都有大量的设备接入到互联网之中, 数据中心的数据存储和数据分析对网络性能的要求越来越高, 而5G技术的引入可以很好的解决这一问题, 5G技术的高速率, 大容量的特性可以为大数据应用提供更高的效率和更好的平台。在数据中心的软硬件监控方面, 无线监控一直保有其特有的优势, 5G在传统的无线通信基础上解决了远程监控的高延迟, 响应慢的问题, 极大地降低了运维成本。所以, 5G技术是引领真正大数据时代来临的关键技术。

摘要：通信网络的快速发展导致用户数量及其访问数据量持续增长, 各数据中心每天都要处理海量的数据, 基于高速率传输的大数据通信面临着存储不足和延迟率高等问题。本文讨论如何用5G技术解决上述问题, 由于5G技术提出了新的网络体系结构, 其传输速率及稳定性相比于传统无线通信及有线通信有着显著提升。现在, 我国大规模的信息化建设使得大数据及无线监控管理得到广泛应用, 新的5G网络架构可以适应这一发展。

关键词：第五代移动通信 (5G) ,大数据,数据中心,监控,网络架构

参考文献

[1]段晓东, 孙滔, 陈炜, 韩小勇, 陆璐5G网络架构设计的5个重要问题[J].电信科学, 2014, 30 (10) .

[2]高芳, 赵志耘, 张旭, 赵蕴华全球5G发展现状概览[J].全球科技经济瞭望, 2014, (7) .

[3]刘明, 张治中, 程方5G与Wi-Fi融合组网需求分析及关键技术研究[J].电信科学, 2014, (8) .

5G网络安全 篇11

关键词：5G移动通信技术;发展趋势;关键技术

科学技术的发展使得通讯领域得到了迅猛的发展，从2G到3G，再到当前的4G的推广和运用，也仅仅是几年的时间。所以，移动通信技术向着5G发展已经是近在咫尺。我国移动通信领域在5G移动通信技术中已经有了一定的研究，但是研究的深度和广度还远远不够。因此，为了推进5G移动通信技术的快速到来，我国移动通讯领域一定要不断的加强对5G移动技术的研究，特别是对5G移动技术中的关键技术进行研究和分析，并且在不断的研究中，逐渐的将5G移动通信发展中的关键技术研究纳入到移动通信领域研究的一个重点课题，从而促进移动通信领域进一步的发展和进步。

一.5G 移动通信的概述

5G 是未来十年的发展方向，在 2020 年以后将成为第五代的移动通信系统。根据以往的移动通信技术发展的规律分析，5G 应具有着超高的频谱利用率及利用能效，在传输速率和资源的利用效率方面，将比现今的 4G 技术有一个高度和质的提升，在其无线信号的覆盖性能、传输时效、通信安全及用户体验方面也将会有明显的提高和进步。5G 移动通信技术和其他无线移动技术有着深入的联系和结合，形成了新一代的全面性的通信网络。满足未来十年互联网移动通信网速的 1000 倍要求。未来 5G 移动通信还须很强的灵活性，可实现自动化和智能化的网络调整。

当前信息技术发展正处于新的變革时期，5G技术发展呈现出新的如下特点.

（1）5G研究在推进技术变革的同时将更加注重用户体验，网络平均吞吐速率、传输时延以及对虚拟现实、3D、交互式游戏等新兴移动业务的支撑能力等将成为衡量5G系统性能的关键指标。

（2）与传统的移动通信系统理念不同，5G系统研究将不仅仅把点到点的物理层传输与信道编译码等经典技术作为核心目标，而是从更为广泛的多点、多用户、多天线、多小区协作组网作为突破的重点，力求在体系构架上寻求系统性能的大幅度提高。

（3）室内移动通信业务已占据应用的主导地位，5G室内无线覆盖性能及业务支撑能力将作为系统优先设计目标，从而改变传统移动通信系统“以大范围覆盖为主、兼顾室内”的设计理念。

（4）高频段频谱资源将更多地应用于5G移动通信系统，但由于受到高频段无线电波穿透能力的限制，无线与有线的融合、光载无线组网等技术将被更为普遍地应用。

（5）可“软”配置的5G无线网络将成为未来的重要研究方向，运营商可根据业务流量的动态变化实时调整网络资源，有效地降低网络运营的成本和能源的消耗。

二.5G移动通信的发展趋势

移动互联网技术的发展为5G移动通信提供了动力基础。移动互联网将成为未来各种技术的基础性平台。当前的移动通信技术和无线技术将成为5G通信系统的基础，但有着更高的通信传输质量和系统效率的要求。未来5G技术的发展方向将在三个方面得到提升：

（1）无线传输效率;

（2）通信系统的智能化和系统吞吐率;

（3）无线通信频率资源。当前科学信息技术处于新的发展和变革时期，5G技术的发展将有这样的特点：一，更加注重用户的体验，提高和改善通信网络的传输速率、吞吐效率及3D等下能力，将成为5G性能的重要指标;二，完善和健全网络，实现多点、多面、多用户多无线，提高系统性能;三，5G技术将实现无处不在的无线信号覆盖，优化系统的设计目标;四，充分利用高频段频谱资源，实现5G的普遍广泛应用;五，可灵活化的配置5G移动无线通信网络，相关通信运营商科根据实时的流量动态调整网络资源，降低成本和消耗。

三.5G移动通信发展中的关键技术

由上述可知，5G移动通信技术必将成为我国移动通信领域未来几年里的一个发展趋势。然而，5G移动通信技术要比以往的4G、3G、2G都要复杂的多，尤其是5G移动通信技术中的关键技术，难度系数更是极高。因此，我国移动通信领域的专业技术人士一定要加强对5G移动通信技术中关键技术的研究。本文在此提出了几点5G移动通信技术中的几点关键技术，并对其进行了一定的探索，希望能够为该领域的发展做出一些贡献。

3.1大规模的MIMO技术

多天线技术是提高通信系统频谱效率和传输速率、可靠性的有效手段，已经充分应用到各种无线通信系统中。比如：3G、WLAN等。根据信息理论，天线数量的多少和频谱效率

和可靠性有着密切的联系。在大规模MIMO中，基站需要配置数量庞大的天线，这些天线集中地配置在一个基站上。其优势在于：第一，可深度挖掘空间维度资源，提高频谱效率;

第二，将波束集中在一定范围内，减少干扰;第三，可大幅降低发射功率，提高功率效率;第四，当天线够大时，其线性编码和检测最优。

3.2基于滤波器组的多载波技术

在5G系统中，基于滤波器组的多载波技术可以解决频谱效率、对抗多径衰落等方面的问题。FBMC技术是5G系统多载波方案的重要方式。因为在FBMC技术中，多载波性能取决于原型滤波器的设计和调制滤波器的设计，为满足特定的频率响应的特性的要求，需要原型滤波器的长度大于子信道的数量，实现复杂难度高，不利于硬件的效用实现。因而，发展和5G要求的滤波器组的快速实现算法是FNMC技术的重要内容。

3.3全双工技术

全双工通信技术即同时同频的进行双向通信技术。在无线通信系统中，网络侧和终端侧有着固有的发射和接收信号的自干扰，当前因技术条件限制，无法实现同时同频的双向通信。全双技术在理论上课提高频谱利用率的一倍潜力，可以实现更为了灵活的频谱使用，同时因为器件技术和信号处理技术的发展，同时同频的全双工技术将在5G移动通信系统中得到充分的挖掘和应用。

以上仅仅只是5G移动通信技术中的几种关键技术。而事实上，5G移动通信技术的关键技术还有很多，且具体的技术更为复杂。因此，对于5G移动通信技术中关键技术的研究还需要专业领域的人士进行进一步的研究和分析。

结语：综上所述，5G移动通信技术必将在今后的移动通信领域发展中成为最为重要的一种技术。但是，5G移动通信技术，尤其是5G移动通信技术中的关键技术涉及的方面比较多，且难度系数十分高，严重的制约了5G移动通信技术的发展。因此，在我国移动通讯领域的今后发展中，一定要加强对5G移动通信技术中关键技术的重视和研究，并且要从5G移动通信技术中的多个方面、多个角度进行分析和研究，从而研究出更有利于推进5G移动通信技术发展的技术方法和措施，促进我国移动通信领域的发展更上一个新的台阶。

参考文献：

[1]潘志文等.5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].中国科学信息技术.2014，11，（6）：155-156

[2]尤肖虎.未来移动通信技术发展趋势与展望[M].电信技术.2013，11，（12）：124-125

5G网络安全 篇12

5G将渗透到未来社会的各个领域, 以用户为中心构建全方位的信息生态系统。5G支持0.1~1Gbit/s的用户体验速率, 每平方千米100万的连接数密度, 毫秒级的端到端时延, 每平方米10Mbit/s以上的流量密度, 每小时500千米的移动性和10Gbit/s以上的峰值速率。5G为虚拟现实、智慧城市、物联网等提供了有效的网络支持。

目前, ITU、3GPP (国际移动通信标准化组织) 均已成立专门的工作组研究和制定5G标准, 我国也成立了IMT-2020推进组 (以下简称“5G推进组”) , 联合产业界对5G需求、频率、技术与标准等进行研究。初步预计2019年5G标准可以确定。

5G关键技术研究尚在进行

由于5G标准尚未成熟, 5G网络采用的关键技术也没有最终确定, 目前各个相关厂家和运营商也都在各自推进5G关键技术的研究。

例如华为在其“新空口和无线接入虚拟化”的白皮书中提出了空口自适应和无线虚拟化的概念, 包括了滤波OFDM (Filtered OFDM) 、稀疏编码多址 (SCMA, Sparse Code Multiple Access) 、极化编码 (Polar Codes) 、多天线MIMO (Massive MIMO) 、全双工 (Full Duplex) 等技术, 其中的Polar码已经被3GPP采纳为5G e MBB (增强移动宽带) 控制信道标准方案。

再如中国移动的“网络2020”技术愿景中, 提出了超大规模天线、智能频谱接入、设备直接通信、超密集组网、超高速光传输系统、新型网络架构、车联网通信、业务和用户的智能感知、网络虚拟化、软件定义网络、软件定义空口、C-RAN、下一代前传接口、智能节能网络大数据安全态势感知、特征行为安全鉴权、网络安全服务开放与定制化、量子保密通信、网络自组织与自管理等关键技术。

总体来看, 5G技术创新主要来源于无线技术和网络技术两方面。在无线技术领域, 大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术已成为业界关注的焦点;在网络技术领域, 基于软件定义网络 (SDN) 和网络功能虚拟化 (NFV) 的新型网络架构已取得广泛共识。此外, 基于滤波的正交频分复用 (F-OFDM) 、滤波器组多载波 (FBMC) 、全双工、灵活双工、终端直通 (D2D) 、多元低密度奇偶检验 (Q-ary LDPC) 码、网络编码、极化码等也被认为是5G重要的潜在无线关键技术。

5G无线网建设具备三大特点

根据工信部、5G推进组的工作部署以及三大运营商的5G商用计划, 我国将于2017年展开5G网络第二阶段测试, 2018年进行大规模组网试验, 并在此基础上于2019年启动5G网络建设, 最快2020年正式商用5G网络。根据5G网络发展的趋势而言, 在无线网络建设方面具有如下几个特点。

首先, 频段更高。2014年9月, 国家无线电监测中心、国家无线电频谱管理中心与全球移动通信系统协会 (GSMA) 共同发布了《关于未来宽带移动通信与频谱高效利用的合作研究报告》。报告显示, 我国下一代移动网络将继续以6GHz以下相关频谱为主, 包括现有2G/3G频谱的重耕、在《中华人民共和国无线电频率划分规定》中通过脚注标记给移动通信系统的频谱, 比如3400~3600MHz、以及WRC-15上为移动通信系统新划分/规划的频谱, 目前中国支持的主要有3段:3300~3400MHz、4400~4500 MHz、4800~4990MHz。在此基础上, 下一代移动网络还将可能使用6GHz以上频谱资源, 目前主要面向6~100GHz。结合中国的频率划分、规划、分配和使用情况, 报告在6~100GHz提出了十余段值得研究的频率, 如下图所示:

由此可见, 5G网络较现有的移动通信网络而言, 将采用更高的频段, 无线信号在传播的衰减将会更大, 在组网过程中对于基站的位置要求将会更高。

其次, 基站更加密集。更好的频段和更大的业务容量都要求基站的间距进一步下降, 密度进一步增加。在2G、3G移动通信网中, 采用的是800MHz和900MHz的频段, 密集城区站间距保持在1千米、农村站间距保持在6~7千米, 即可满足覆盖要求。4G移动网工作在2GHz频段附近, 密集城区站间距要小于500米, 农村要小于3千米才可以基本满足覆盖要求。5G移动网的频段更高, 必将导致站间距的缩小和基站密度的增加。同时, 5G支持0.1~1Gbit/s的用户体验速率, 每平方千米100万的连接数密度, 毫秒级的端到端时延, 每平方米10Mbit/s以上的流量密度, 每小时500km的移动性和10Gbit/s以上的峰值速率, 这些要求都较4G有了大幅度的提升, 从而要求单个基站服务的区域不可能太大, 导致基站密度的增加。

最后, 基站形态的变化。在2G时代, 基站以“宏基站+天馈线”方式为主, 基站建设中, 需要建设专用机房和铁塔, 以满足设备工作要求和基站覆盖要求。到了3G时代, 逐渐出现了分布式基站, 即“BBU+RRU”方式, 进而在4G时代发展为“BBU集中设置”的方式, 对于机房配套资源的需求有所降低。在5G时代, 由于频段的增高和单个基站能力的增加, 要求基站密度大幅度增加, 单个基站需要覆盖的面积不会太大, 无线网络扁平化和网格化将会是演进的方向。因此, 对于基站设备而言, 小型化、安装灵活成为必然的方向。5G时代基站将以小、微基站为主, 基站天线也将集成于设备内部, 以便根据现场的实际情况快速、灵活地进行安装。

5G网建中规划设计的四大要求

鉴于5G无线网建设的特点, 在对无线网进行规划设计过程中, 与现有模式存在一定的差别。

首先, 整体规划十分重要。5G网络的定位决定了其不会成为一个全覆盖网络, 对于高速率、大容量的数据仅仅是人口密集、经济发达区域对于网络的需求, 如何确定这些业务热点区域, 如何确定网络范围和规模是5G网络建设中十分重要的任务。网络规划可以结合业务需求定量地对相关区域进行分析, 从而确保网络建设有的放矢, 能够有效地完成网络建设投资的回收。同时, 由于建设过程中现场的复杂性, 需要不断对规划方案进行调整以确保规划目标的实现。因此, 在5G无线网建设过程中, 整体规划是十分重要的。

其次, 设计与优化结合更加紧密。与现有移动网络先设计再优化的方式不同, 5G网络建设可能是一个边设计边优化的过程。一方面, 在规划中对于业务热点的预测不会十分准确, 100~200米的偏差会导致完全不同的效果;另一方面, 现在建设的难度越来越大, 不可能所有的基站都能够在理想的位置按照理想的方式建设, 因此, 站址的调整是建设过程中的大概率事件。根据现场的情况进行站址的调整, 要充分掌握现场的各项数据, 同时也要符合规划的整体要求, 这就要求设计与优化手段的紧密结合, 在调整站址的同时, 对周边基站也要进行相应的优化, 才能确保网络的整体服务质量。

再次, 设计应采用更加灵活的手段。正是由于在现场牵涉设计、规划方案调整及优化等各项工作, 所以对设计手段提出更高的要求。现有的设计模式是到现场勘察, 记录现场数据, 然后针对现场情况结合建设目标形成设计方案, 最后以图纸和概预算等形式体现出来。在5G无线网设计过程中, 这样的过程显然不足以满足建设的需求。5G无线网的设计, 要求在现场能够把规划、优化、设计有机的进行融合, 最好能够使用集规划、优化、设计工作为一体地终端, 在现场完成站点方案的设计、规划方案的调整和周边基站的优化工作, 这样才能满足5G网络快速建设和快速调整的需求。

最后, 设计与施工的结合。无线网络建设中进场难的问题现在越来越突出, 选点、设计、天馈施工、无线设备施工、传输设备施工等各个工序都需要进场, 对于业主而言十分繁琐。在5G无线网建设中, 基站设备集成了无线、传输以及天馈的功能, 完全可以通过一次进场完成施工。考虑到基站小、微设备安装的易操作性, 设计和施工也可以进行有机的结合, 在现场确定设计方案后, 立即施工, 一方面可以避免施工与设计的不一致, 另一方面又减少了一次进场次数, 既可以降低建设难度又能够提升施工质量。因此, 设计与施工的结合也是5G无线网建设中可能的一个发展方向。

总结