張成娟

(青海建筑職業(yè)技術學院，信息技術學院，青海 西寧 800001)

0 引言

伴隨著5G的迅速發(fā)展，語音、多媒體、實時互動游戲、遠程醫(yī)療、應急監(jiān)控等業(yè)務場景中的超實時網絡傳輸技術越來越受到人們的重視。目前，網絡傳輸技術已成為業(yè)界和學術界研究的熱點。

目前提出的傳輸技術在5G通信中應用廣泛，相關學者也進行了較為深刻的研究。文獻[1]提出了窄帶物聯(lián)網的傳輸技術，利用數據包提高傳輸速度；文獻[2]提出了無線空口沖突方法，從而提高傳輸速度；文獻[3]引入海量終端，彌補終端不足的問題。

本文在傳統(tǒng)研究的基礎上，分析傳輸技術的應用效果，并利用實驗驗證了加入傳輸技術后，5G通信的傳輸速度是否更快。

1 5G通信中傳輸技術的應用

在5G通信中應用傳輸技術能夠實現網絡資源的控制、分配和預留，在提高通信效果、資源傳播速度，擴大傳播資源量的同時，保證通信的穩(wěn)定和質量，其具體的實現過程包括傳輸網絡資源控制、基于傳輸技術的資源分配、基于傳輸技術的資源預留[4-5]。

1.1 傳輸網絡資源控制

在5G移動網絡系統(tǒng)常見的海量終端場景中，傳統(tǒng)資源控制終端的非接入層的控制層易出現時延現象，影響了網絡資源的控制效果[6]。目的在于加強對網絡資源的控制管理，創(chuàng)建虛擬電路和其網絡資源傳播途徑，減少在接入鏈和輸出鏈出現的延遲效果。i.MX6ULL控制器的嵌入架構如圖1所示。

圖1 i.MX6ULL控制器的嵌入架構

從圖1可以看出，網絡設備能夠直接或間接連接到i.MX6ULL控制器，經過i.MX6ULL控制器的統(tǒng)一調度和管理，能夠有效地管理網絡資源，傳輸技術的應用也使其控制面和數據管理面更加靈活，并采用SDN接口加大資源傳輸量和傳輸速度，通過在控制面部署相應模塊從而完成相應功能，并可以更改網絡設備流表項實線對網絡設備的控制，無論是核心網還是其他業(yè)務流的網絡資源都通過控制器來實現資源的分配和預留[7]。

1.2 基于傳輸技術的資源分配

5G網絡資源的分配定義在所提出的網絡資源控制架構下。其主要目的是在滿足各級用戶資源需求的前提下，合理分配業(yè)務流資源，從而提高資源利用率。本文設計的基于傳輸技術的網絡資源分配框架如圖2所示。

圖2 基于傳輸技術的網絡資源分配框架

從圖2可以看出，在進行網絡資源分配和調度時，首先通過SDN接口向控制器發(fā)送資源分配的請求訪問，控制器根據網絡資源特性進行資源分類，然后根據用戶需求決定資源分配和調度，根據資源特征網絡資源大體可分為連續(xù)大寬帶實時業(yè)務流資源、離散大寬帶實時業(yè)務流資源、連續(xù)小寬帶實時業(yè)務流資源和離散小寬帶實時業(yè)務流資源，如圖3所示。

圖3 網絡資源分類

實現資源分類后，在各個傳輸途徑的中繼設備上設置不同等級的調度策略，調度策略對網絡資源進行計算，引入以下幾個定義。

定義1 到達函數。構建一個平穩(wěn)的廣義函數增長模型，規(guī)定傳輸時間t小于1 s，則認為傳輸資源量R限定在a數量內，且當實際傳輸時間T小于1 s，模型構建如式(1)：

R(t)-R(t)≤a(T-t)

(1)

若滿足式(1)，則a是R的到達函數模型。

定義2 服務函數。假設系統(tǒng)f和經過該系統(tǒng)的資源流F，進入該資源流F的B和輸出資源流b，我們則認為F提供了一個服務函數給系統(tǒng)f。

定義3 帶寬計算。在遵循到達函數和服務函數的前提下，假設在經過系統(tǒng)f的資源流F中存在一個確定的延時D，我們定義該延時帶寬Df的計算方式如式(2)：

e(Df)=sup{a(f)l(f+D)}

(2)

并根據傳輸技術特性和算數理論可證明，該資源流F的帶寬計算方式如式(3)：

(3)

2 基于傳輸技術的資源預留

無線空口和核心網作為資源預留的重要組成部分，其傳輸時延現象的產生嚴重影響了資源業(yè)務服務，為減少從資源端到用戶終端的時延現象，本文以傳輸技術為基礎，采用核心網資源預留和空口資源預留2種預留方法，對資源端到用戶終端的業(yè)務流資源進行預留，在用戶申請通過的情況下，可以直接使用預留資源，能夠有效減少傳輸時延現象[8-9]。

2.1 核心網資源預留

完整的核心網資源預留過程包括資源注冊、資源預留和資源輸出3個過程。首先由終端UE向控制器發(fā)送連接請求，在連接通路建立后，由控制器識別和標識數據，終端UE根據標識和識別結果確定需預留資源；然后采用靜態(tài)資源預留方法和動態(tài)資源預留方法結合的預留方法，在規(guī)定的數據庫中預留相應的網絡資源；最后根據用戶的申請需求輸出預留資源[10]。核心網的資源分配和資源傳輸流程如圖4所示。

圖4 核心網的資源分配和資源傳輸流程

2.2 空口資源預留

空口資源的預留方法與核心網的預留方法相似，空口資源預留方法也分為資源注冊、空口資源預留和空口資源輸出3個步驟。

資源注冊。首先通過空口終端向BS基站發(fā)送注冊請求，并判斷此資源是否已經在基站注冊過，若已注冊過，可直接跳到下一步，否則需注冊資源信息。

空口資源預留。由空口終端向BS基站發(fā)送預留請求，判斷此類資源是否在基站已經預留，若預留可直接使用，否則將根據資源的帶寬大小，采用相應的帶寬計算方式預留與之相應的資源，并標識資源和預留位置。

空口預留資源的輸出。根據預留資源的特有標識和預留位置，用戶可隨時從基站中提取空口預留資源，并不需向控制器等其他設備發(fā)送資源申請請求。

3 實驗與研究

經過上述應用研究分析，為有效驗證本文5G通信中傳輸技術的應用對5G通信技術的影響效果，將本文應用研究的實驗結果與傳統(tǒng)技術在5G通信中的應用研究的實驗結果進行比較，并設置實驗對比檢驗指標：

(1) 通信過程中可承載的超實時用戶數量；

(2) 預留平均時延。

本文實驗環(huán)境模擬資源選擇空間，確保仿真環(huán)境的幀數為10 ms，設置相同數量的子幀數據，將終端的數量控制在0至220之間，利用內部等量的子幀數據進行實驗數據傳輸，同時檢驗子幀數據內部的矛盾數據，及時調整矛盾數據狀態(tài)，并管理內部傳輸空間，匹配相應的外部數據發(fā)送裝置，并設置實驗操作參數表，如表1所示。

表1 實驗參數1

根據表1模擬外側數據傳輸通道數據，并隨機分配傳輸操作任務，設置子幀操作時間間隔為1 ms，在內部基站添加子幀數據，控制子幀數據處于系統(tǒng)傳輸平衡狀態(tài)。同時調試實驗場景，實驗場景模擬如圖5所示。

圖5 實驗場景模擬圖

根據圖5實驗場景緩解內部終端操作壓力，并按照內部操作方式簡化傳輸步驟，降低實驗檢驗的困難程度。

一個子幀內部的多個用戶同時發(fā)出相同的傳輸指令，需對5G通信中的傳輸系統(tǒng)進行數據監(jiān)控，防止傳輸數據的外泄。由于子幀在操作過程中將產生數據排斥現象，需不斷調節(jié)子幀狀態(tài)，檢驗子幀傳輸次數是否超出標準數值。設置此時的傳輸幀結構如圖6所示。

在圖6中，將子幀內容數據保留至關聯(lián)終端，管理5G通信通道中的數據流狀態(tài)。標定預留數據數量，控制數據數量處于一定的可操作范圍內，由此確保內部傳輸數據的平衡。檢驗此時的通信用戶狀況，將通信過程中可承載的超實時用戶數量錄入實驗對比系統(tǒng)中等待實驗對比操作，并構建實驗對比，如圖7所示。

圖6 傳輸幀結構圖

圖7 實驗對比圖

從圖7可以看出，本文5G通信中傳輸技術的應用的可承載超實時用戶數量均多于其他2種傳統(tǒng)應用研究，通信效果最優(yōu)；傳統(tǒng)5G通信中的智能天線的應用的可承載超實時用戶數量較多，通信效果較好；傳統(tǒng)5G通信中的網絡功能虛擬化的應用的可承載超實時用戶數量較少，通信效果較差。由于本文在研究過程中利用傳輸技術溝通通信通道，快速傳輸通信數據，方便用戶通信與使用，同時配置保護裝置，確保用戶信息時刻處于安全狀態(tài)。在數據傳輸的同時審核內部數據，并按照通信標準管理通信信息，具有良好的通信性能，可強化用戶的承載力，可承載的超實時用戶數量較多，通信效果良好。傳統(tǒng)5G通信中的智能天線的應用利用智能天線增強5G信號的覆蓋范圍，擴展通信的傳輸通道，增強信號障礙物的穿透能力。增強信號的頻譜復用率，并不斷轉化外部交流空間，提高用戶的使用效率，增加可承載的超實時用戶數量，通信效果較優(yōu)。傳統(tǒng)5G通信中的網絡功能虛擬化的應用雖利用網絡功能虛擬化技術整合通信信息數據，但在操作過程中存在通信數據偏離問題，對于內部數據的操控力度較小，無法達到通信的標準需求，且基站建設消耗較大，導致其可承載的超實時用戶數量較少，通信效果較差。

經過上述實驗研究，對本文應用研究進行二次性能檢驗操作，利用終端注冊用戶信息，并降低數據通信的重復率，避免因數據重復導致的實驗操作失誤，及時調整內部通信管理信息，根據信息基礎設置實驗研究參數。

利用表1參數結合模擬場景分析中心通信通道，將終端數據全部存儲于內部控制空間中等待實驗控制操作。下達傳輸信令，管理信令內容，并轉變信令傳達方式，設置信令傳達，如圖8所示。

圖8 傳輸信令傳達圖

在完成信令傳達后，將接收信令管理的數據傳輸至實驗空間內部，選用相應的傳輸結果數據對比通信過程中的預留平均時延，實驗結果表如表2～表4所示。

表2 本文應用研究預留平均時延結果

表3 傳統(tǒng)網絡功能虛擬化應用研究預留平均時延結果

表4 傳統(tǒng)智能天線應用研究預留平均時延結果

根據表2～表4實驗結果可以得出，傳統(tǒng)5G通信中的智能天線的應用方法的預留平均時延較長，傳統(tǒng)5G通信中的網絡功能虛擬化的應用方法的預留平均時延略小于智能天線的應用方法，而本文5G通信中傳輸技術的應用方法的預留平均時延均明顯短于另2種方法。

造成此種差異的原因在于本文應用研究管理了不同狀態(tài)的通信數據信息，在數據信息通信傳輸的同時，整合相應的數據狀態(tài)，并強化內部數據管理操作；增強了通信的防御性能，防止外界干擾信號的侵入，具有良好的可操作性，保證內部數據的安全；獲取的通信數據預留平均時延較短。傳統(tǒng)5G通信中的網絡功能虛擬化的應用利用網絡功能虛擬化的內部網絡連接功能調整通信的信號頻率，強化數據信號傳輸性能，增加傳輸方式，提升數據通信的效率，縮短預留平均時延。傳統(tǒng)5G通信中的智能天線的應用雖擴展了5G通信的信號覆蓋面，但在操作過程中對于信號的監(jiān)管力度較小，部分隱藏數據的監(jiān)控性能較弱，產生了部分數據流失現象，導致其最終的預留平均時延較長。

4 總結

5G通信中傳輸技術的應用對于提高網絡速度有重要意義。本文針對5G通信進行了研究，結果表明，應用傳輸技術后5G通信具有較強的通信性能，可在不同的環(huán)境下進行5G網絡通信，提高通信速率，方便用戶使用，具有較為廣闊的發(fā)展空間。