孟楊輝 任征

摘要：未來的5G網(wǎng)絡(luò)不僅有海量設(shè)備的增長，需要承載人與人之間的通信，還要承載人與物之間以及物與物之間的通信，即可支撐大量終端，也使個(gè)性化、定制化應(yīng)用成為常態(tài)。

關(guān)鍵詞：超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；SON；CDN；D2D通信；M2M通信；ICN；移動(dòng)云計(jì)算；SDN/NFV；軟件定義無線網(wǎng)絡(luò)

5G，即第五代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，也稱第五代移動(dòng)通信技術(shù)。

2013年韓國三星電子宣布成功開發(fā)第五代移動(dòng)通信技術(shù)的核心技術(shù)；2015年酷派首提5G新概念終端基站化；2016年工信部召開“5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)”啟動(dòng)會(huì)；2017年，國際通信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP宣布了“5G”的官方Logo。中國三大運(yùn)營商于2018年邁出5G商用的第一步。

5G網(wǎng)絡(luò)正朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向發(fā)展，相應(yīng)的出現(xiàn)了影響5G發(fā)展的以下相關(guān)技術(shù)：

一、超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

隨著各種智能終端的普及，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)爆炸式增長，在未來的5G網(wǎng)絡(luò)中，減小區(qū)域半徑，增加低功率節(jié)點(diǎn)數(shù)量，是保證5G網(wǎng)絡(luò)支持1000倍流量增長的核心技術(shù)之一。因此，超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)成為了未來5G網(wǎng)絡(luò)提高數(shù)據(jù)流量的關(guān)鍵技術(shù)。

密集部署的網(wǎng)絡(luò)拉近了終端與節(jié)點(diǎn)間的距離，使得網(wǎng)絡(luò)的功率和頻譜效率大幅度提高，同時(shí)也擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，擴(kuò)展了系統(tǒng)容量，并且增強(qiáng)了業(yè)務(wù)在不同接入技術(shù)和各覆蓋層次間的靈活性。但同時(shí)會(huì)出現(xiàn)很多問題：首先節(jié)點(diǎn)間距離的減少，越發(fā)密集的網(wǎng)絡(luò)部署將使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓訌?fù)雜，從而容易出現(xiàn)與現(xiàn)有通信系統(tǒng)不兼容的問題；其次是干擾問題，網(wǎng)絡(luò)中的干擾主要有同頻干擾、共享頻譜資源干擾、不同覆蓋層次間的干擾等，現(xiàn)有的通信系統(tǒng)的干擾協(xié)調(diào)算法只能解決單個(gè)干擾源問題，而5G網(wǎng)絡(luò)中，相鄰節(jié)點(diǎn)的傳輸損耗一般差別不大，這將導(dǎo)致多個(gè)干擾源強(qiáng)度相近，進(jìn)一步惡化網(wǎng)絡(luò)性能，使得現(xiàn)有協(xié)調(diào)算法難以應(yīng)付。

二、自組織網(wǎng)絡(luò)SON（self-organizing-network）

在5G網(wǎng)絡(luò)中，由于網(wǎng)絡(luò)存在各種無線接入技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)覆蓋能力各不相同，他們之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，所以自組織網(wǎng)絡(luò)的智能化成為其必不可少的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。需要解決的關(guān)鍵問題，其一網(wǎng)絡(luò)部署階段的自規(guī)劃和自配；其二網(wǎng)絡(luò)維護(hù)階段的自優(yōu)化和自愈合。自配置可實(shí)現(xiàn)即插即用，具有低成本、安裝簡易等優(yōu)點(diǎn)；自優(yōu)化是為了減少業(yè)務(wù)量，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及性能；自愈合可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)檢測、定位問題，排除故障；自規(guī)劃可以動(dòng)態(tài)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并執(zhí)行，滿足系統(tǒng)的容量擴(kuò)展、業(yè)務(wù)檢測或優(yōu)化結(jié)果。

目前主要有三種自組織網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方式：集中式、分布式及混合式。集中式架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是控制范圍廣，沖突小；不足是運(yùn)行速度慢，算法復(fù)雜度高。分布式架構(gòu)主要是通過SON分布在eNB上來實(shí)現(xiàn)，優(yōu)點(diǎn)是效率和響應(yīng)速度高，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性好，對系統(tǒng)以來?。蝗秉c(diǎn)是協(xié)調(diào)困難?；旌鲜絼t集中了兩種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)復(fù)雜?，F(xiàn)有的SON技術(shù)都是從各自的網(wǎng)絡(luò)出發(fā)的自部署、自配置、自優(yōu)化、自愈合等操作相對獨(dú)立和封閉，在多網(wǎng)絡(luò)之間缺乏協(xié)作，所以急需發(fā)展支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)作的SON。

三、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)CDN（content distribution netweok）

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中添加新的層次即智能虛擬網(wǎng)絡(luò)，綜合考慮各節(jié)點(diǎn)連接狀態(tài)、負(fù)載情況、用戶距離等信息，通過將相關(guān)內(nèi)容分發(fā)至靠近用戶的CDN代理服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)用戶就近獲取所需的信息，緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況，降低響應(yīng)時(shí)間，提高響應(yīng)速度。隨著云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容技術(shù)的推進(jìn)，內(nèi)容分發(fā)技術(shù)趨向于專業(yè)化、定制化，在管理、推送、安全性方面都面臨新的挑戰(zhàn)。

未來面向大規(guī)模用戶的音頻、視頻、圖像等業(yè)務(wù)的急劇增長，如何有效的分發(fā)大流量業(yè)務(wù)內(nèi)容，降低用戶獲取信息的時(shí)延，同時(shí)解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，正是CDN技術(shù)成為5G關(guān)鍵技術(shù)之一。

四、D2D通信（device-to-device commmunication）

D2D通信是一種基于蜂窩系統(tǒng)的近距離數(shù)據(jù)直接傳輸技術(shù)，其會(huì)話數(shù)據(jù)直接在終端之間傳輸，不需要基站轉(zhuǎn)發(fā)，相關(guān)控制信令仍由蜂窩網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)加入D2D通信可減輕基站負(fù)擔(dān)，降低端到端的傳輸時(shí)延，提升頻譜效率，降低終端發(fā)射功率。如果無線通信基礎(chǔ)設(shè)施損壞或在其覆蓋盲區(qū)，終端可借助D2D實(shí)現(xiàn)端到端通信甚至接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

更豐富的通信模式和更好的終端體驗(yàn)是5G發(fā)展的一個(gè)方向，設(shè)備到設(shè)備（D2D）通信具有提升系統(tǒng)性能、增強(qiáng)用戶體驗(yàn)、減輕基站壓力、提高頻譜利用率的優(yōu)勢。

五、M2M（machine to machine）通信

M2M從廣義來說是指機(jī)器對機(jī)器、人與機(jī)器及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器之間的通信，狹義上說是指機(jī)器和機(jī)器之間的通信。智能化、交互式是M2M有別于其他應(yīng)用的典型特征，被賦予了更多的“智慧”。

據(jù)預(yù)估在未來物與物之間的通信將是人與人之間通信的幾十倍，M2M市場蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī)。

六、信息中心網(wǎng)絡(luò)ICN（information-centric network）

ICN中的信息有實(shí)時(shí)媒體流、網(wǎng)頁服務(wù)、多媒體通信等，而信息中心網(wǎng)絡(luò)就是這些片段的總集合；ICN的主要概念是信息的分發(fā)、查找和傳遞，不再是維護(hù)目標(biāo)主機(jī)的可連通性；ICN采用的是以信息為中心的網(wǎng)絡(luò)通信模型，忽略了IP地址的作用。ICN網(wǎng)絡(luò)整個(gè)傳輸過程由用戶的實(shí)時(shí)信息請求觸發(fā)，網(wǎng)絡(luò)則通過信息緩存的方式，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)用戶；信息安全只與信息自身相關(guān)，而與存儲器無關(guān)，這種安全機(jī)制更加合理可信，且能實(shí)現(xiàn)更細(xì)的安全策略粒度。

七、移動(dòng)云計(jì)算

隨著智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備的硬件水平極大的提高，需要支持大量的應(yīng)用和服務(wù)為用戶帶來更大的方便，而5G時(shí)代將出現(xiàn)百億級連接的萬物互聯(lián)服務(wù)，這對只能終端的計(jì)算能力和服務(wù)質(zhì)量的要求也越來越高，移動(dòng)云計(jì)算成為5G網(wǎng)絡(luò)新服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)智能終端以按需、易擴(kuò)展的方式連接到遠(yuǎn)端的服務(wù)提供商，從而獲得所需的基礎(chǔ)設(shè)施、平臺、計(jì)算存儲能力和應(yīng)用資源。

八、SDN/NFV

SDN（software-defined networking軟件定義網(wǎng)絡(luò)）/NFV（network function virtualization網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）是一中新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和構(gòu)建技術(shù)，倡導(dǎo)控制與數(shù)據(jù)分離、軟件化、虛擬化思想。SDN架構(gòu)的核心特點(diǎn)是開放性、靈活性和可編程性；SDN將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面從設(shè)備中分里出來，放到具有網(wǎng)絡(luò)控制功能的控制器上進(jìn)行集中控制，這樣可以消除大量手動(dòng)配置的過程，簡化管理員對全網(wǎng)的管理，提高業(yè)務(wù)部署的效率，讓整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施簡化，減低運(yùn)營成本。

九、軟件定義無線網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)在無線網(wǎng)絡(luò)中存在大量的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)且采用了垂直架構(gòu)，出現(xiàn)了難以互通、資源優(yōu)化困難、無線資源浪費(fèi)等問題，而且網(wǎng)絡(luò)中單一網(wǎng)絡(luò)特性對多種服務(wù)的，無法針對不同服務(wù)的特點(diǎn)提供網(wǎng)絡(luò)保障，所以在無線網(wǎng)絡(luò)中引入SDN將打破現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)的封閉僵化現(xiàn)象。在軟件定義無線網(wǎng)絡(luò)中，控制平面可以獲取、更新、預(yù)測全網(wǎng)信息，能夠更好的優(yōu)化和調(diào)整資源分配、轉(zhuǎn)發(fā)策略、流表管理等。

十、結(jié)語

就調(diào)制、編碼、多址、組網(wǎng)、多天線等關(guān)鍵技術(shù)上，現(xiàn)在所謂的5G技術(shù)升級增益有限，或者尚不成熟難以實(shí)用。5G網(wǎng)速的提高方法也只是擴(kuò)大占用頻段、加大投資基站的密度、提升芯片數(shù)據(jù)處理速度等。如果覆蓋目前4G覆蓋的區(qū)域，基站數(shù)量至少是4G的5倍，這個(gè)建設(shè)成本會(huì)非常高。用戶對普遍覆蓋即任何地點(diǎn)任何時(shí)間接入的網(wǎng)絡(luò)是剛需，比較而言超高網(wǎng)速反而并非必需，所以目前，人流超高密度區(qū)的通信需求是5G最可行的應(yīng)用方向。

人類科技的根本性進(jìn)步都需要依賴?yán)碚撏黄疲駝t只能是量的積累，無法實(shí)現(xiàn)技術(shù)迭代，5G也是如此，基礎(chǔ)理論的突破是必需。

（作者單位：河南省永城市永煤公司）