新兴的移动通信技术——5G

新兴的移动通信技术——5G（第五代移动通信技术）13通信工程柏扬13020023001诺基亚与加拿大运营商BELLCANADA合作，完成加拿大首次5G网络技术的测试。测试中使用了73GHZ范围内频谱，数据传输速率为加拿大现有4G网络的6倍。鉴于两者的合作，外界分析加拿大很有可能将在5年内启动5G网络的全面部署。由于物联网尤其是互联网汽车等产业的快速发展，其对网络速度有着更高的要求，这无疑成为推动5G网络发展的重要因素。因此无论是加拿大政府还是全球各地，均在大力推进5G网络，以迎接下一波科技浪潮。不过，从目前情况来看5G网络离商用预计还需4到5年时间。基本概念：第五代移动电话行动通信标准（第五代移动通信技术）缩写：5G也是4G之后的延伸，正在研究中，网速可达5M/S-6M/S.发展状况：2013年2月，欧盟宣布，将拨款5000万欧元。加快5G移动技术的发展，计划到2020年推出成熟的标准。2013年5月13日，韩国三星电子有限公司宣布，已成功开发第5代移动通信（5G）的核心技术，这一技术预计将于2020年开始推向商业化。该技术可在28GHz超高频段以每秒1Gbps以上的速度传送数据，且最长传送距离可达2公里。相比之下，当前的第四代长期演进（4GLTE）服务的传输速率仅为75Mbps。而此前这一传输瓶颈被业界普遍认为是一个技术难题，而三星电子则利用64个天线单元的自适应阵列传输技术破解了这一难题。与韩国目前4G技术的传送速度相比，5G技术预计可提供比4G长期演进（LTE）快100倍的速度。利用这一技术，下载一部高画质（HD）电影只需十秒钟。5G发展历程：早在2009年，华为就已经展开了相关技术的早期研究，并在之后的几年里向外界展示了5G原型机基站。华为在2013年11月6日宣布将在2018年前投资6亿美元对5G的技术进行研发与创新，并预言在2020年用户会享受到20Gbps的商用5G移动网络。2014年5月8日，日本电信营运商NTTDoCoMo正式宣布将与Ericsson、Nokia、Samsung等六家厂商共同合作，开始测试凌驾现有4G网络1000倍网络承载能力的高速5G网络，传输速度可望提升至10Gbps。预计在2015年展开户外测试，并期望于2020年开始运作。2015年3月1日，英国《每日邮报》报道，英国已成功研制5G网络，并进行100米内的传送数据测试，每秒数据传输高达125GB，是4G网络的6.5万倍，理论上1秒钟可下载30部电影，并称于2018年投入公众测试，2020年正式投入商用。2015年3月3日，欧盟数字经济和社会委员古泽·奥廷格正式公布了欧盟的5G公司合作愿景，力求确保欧洲在下一代移动技术全球标准中的话语权。奥廷格表示，5G公私合作愿景不仅涉及光纤、无线甚至卫星通信网络相互整合，还将利用软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）、移动边缘计算（MEC）和雾计算(FogComputing)等技术。在频谱领域，欧盟的5G公私合作愿景还将划定数百兆赫用于提升网络性能，60GHz及更高频率的频段也将被纳入考虑。欧盟的5G网络将在2020年~2025年之间投入运营。2015年9月7日，美国移动运营商Verizon无线公司宣布，将从2016年开始试用5G网络，2017年在美国部分城市全面商用。我国5G技术研发试验将在2016-2018年进行，分为5G关键技术试验、5G技术方案验证和5G系统验证三个阶段实施2016年3月，工信部副部长陈肇雄表示：5G是新一代移动通信技术发展的主要方向，是未来新一代信息基础设施的重要组成部分。与4G相比，不仅将进一步提升用户的网络体验，同时还将满足未来万物互联的应用需求。从用户体验看，5G具有更高的速率、更宽的带宽，预计5G网速将比4G提高10倍左右，只需要几秒即可下载一部高清电影，能够满足消费者对虚拟现实、超高清视频等更高的网络体验需求。从行业应用看，5G具有更高的可靠性，更低的时延，能够满足智能制造、自动驾驶等行业应用的特定需求，拓宽融合产业的发展空间，支撑经济社会创新发展。从发展态势看，5G目前还处于技术标准的研究阶段，今后几年4G还将保持主导地位、实现持续高速发展。但5G有望2020年正式商用。关键技术：超密集异构网络自组织网络内容分发网络D2D通信M2M通信超密集异构网络未来5G网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向发展。随着各种智能终端的普及，面向2020年及以后，移动数据流量将呈现爆炸式增长。在未来5G网络中，减小小区半径，增加低功率节点数量，是保证未来5G网络支持1000倍流量增长的核心技术之一。因此，超密集异构网络成为未来5G网络提高数据流量的关键技术。未来无线网络将部署超过现有站点10倍以上的各种无线节点，在宏站覆盖区内，站点间距离将保持10m以内，并且支持在每1km2范围内为25000个用户提供服务。同时也可能出现活跃用户数和站点数的比例达到1∶1的现象，即用户与服务节点一一对应。密集部署的网络拉近了终端与节点间的距离，使得网络的功率和频谱效率大幅度提高，同时也扩大了网络覆盖范围，扩展了系统容量，并且增强了业务在不同接入技术和各覆盖层次间的灵活性。在5G移动通信网络中，干扰是一个必须解决的问题。网络中的干扰主要有:同频干扰，共享频谱资源干扰，不同覆盖层次间的干扰等。准确有效地感知相邻节点是实现大规模节点协作的前提条件。在超密集网络中，密集地部署使得小区边界数量剧增，加之形状的不规则，导致频繁复杂的切换。为了满足移动性需求，势必出现新的切换算法;另外，网络动态部署技术也是研究的重点。由于用户部署的大量节点的开启和关闭具有突发性和随机性，使得网络拓扑和干扰具有大范围动态变化特性;而各小站中较少的服务用户数也容易导致业务的空间和时间分布出现剧烈的动态变化。内容分发网络在未来5G中，面向大规模用户的音频、视频、图像等业务急剧增长，网络流量的爆炸式增长会极大地影响用户访问互联网的服务质量。如何有效地分发大流量的业务内容，降低用户获取信息的时延，成为网络运营商和内容提供商面临的一大难题。仅仅依靠增加带宽并不能解决问题，它还受到传输中路由阻塞和延迟、网站服务器的处理能力等因素的影响，这些问题的出现与用户服务器之间的距离有密切关系。内容分发网络(contentdistributionnetwork，CDN)会对未来5G网络的容量与用户访问具有重要的支撑作用。内容分发网络是在传统网络中添加新的层次，即智能虚拟网络。CDN系统综合考虑各节点连接状态、负载情况以及用户距离等信息，通过将相关内容分发至靠近用户的CDN代理服务器上，实现用户就近获取所需的信息，使得网络拥塞状况得以缓解，降低响应时间，提高响应速度。CDN网络架构在用户侧与源server之间构建多个CDN代理server，可以降低延迟、提高QoS(qualityofservice)。当用户对所需内容发送请求时，如果源服务器之前接收到相同内容的请求，则该请求被DNS重定向到离用户最近的CDN代理服务器上，由该代理服务器发送相应内容给用户。因此，源服务器只需要将内容发给各个代理服务器，便于用户从就近的带宽充足的代理服务器上获取内容，降低网络时延并提高用户体验。随着云计算、移动互联网及动态网络内容技术的推进，内容分发技术逐步趋向于专业化、定制化，在内容路由、管理、推送以及安全性方面都面临新的挑战。在未来5G网络中，随着智能移动终端的不断普及和快速发展的应用服务，用户对移动数据业务需求量将不断增长，对业务服务质量的要求也不断提升。CDN技术的优势正是为用户快速地提供信息服务，同时有助于解决网络拥塞问题。因此，CDN技术成为5G必备的关键技术之一关键技术：信息中心网络移动云计算SDN/NFV软件定义无线网络情境感知技术信息中心网络随着实时音频、高清视频等服务的日益激增，基于位置通信的传统TCP/IP网络无法满足海量数据流量分发的要求。网络呈现出以信息为中心的发展趋势。信息中心网络(information-centricnetwork，ICN)的思想最早是1979年由Nelson提出来的，后来被Baccala强化。目前，美国的CCN、DONA和NDN等多个组织对ICN进行了深入研究。作为一种新型网络体系结构，ICN的目标是取代现有的IP[6]。ICN所指的信息包括实时媒体流、网页服务、多媒体通信等，而信息中心网络就是这些片段信息的总集合。因此，ICN的主要概念是信息的分发、查找和传递，不再是维护目标主机的可连通性。不同于传统的以主机地址为中心的TCP/IP网络体系结构，ICN采用的是以信息为中心的网络通信模型，忽略IP地址的作用，甚至只是将其作为一种传输标识。全新的网络协议栈能够实现网络层解析信息名称、路由缓存信息数据、多播传递信息等功能，从而较好地解决计算机网络中存在的扩展性、实时性以及动态性等问题。ICN信息传递流程是一种基于发布订阅方式的信息传递流程。首先，内容提供方向网络发布自己所拥有的内容，网络中的节点就明白当收到相关内容的请求时如何响应该请求。然后，当第一个订阅方向网络发送内容请求时，节点将请求转发到内容发布方，内容发布方将相应内容发送给订阅方，带有缓存的节点会将经过的内容缓存。其他订阅方对相同内容发送请求时，邻近带缓存的节点直接将相应内容响应给订阅方。因此，信息中心网络的通信过程就是请求内容的匹配过程。传统IP网络中，采用的是“推”传输模式，即服务器在整个传输过程中占主导地位，忽略了用户的地位，从而导致用户端接收过多的垃圾信息。ICN网络正好相反，采用“拉”模式，整个传输过程由用户的实时信息请求触发，网络则通过信息缓存的方式，实现快速响应用户。此外，信息安全只与信息自身相关，而与存储容器无关。针对信息的这种特性，ICN网络采用有别于传统网络安全机制的基于信息的安全机制。这种机制更加合理可信，且能实现更细的安全策略粒度。和传统的IP网络相比，ICN具有高效性、高安全性且支持客户端移动等优势。目前比较典型的ICN方案有CCN，DONA，NetInf，INS和TRIAD。移动云计算近年来，智能手机、平板电脑等移动设备的软硬件水平得到了极大地提高，支持大量的应用和服务，为用户带来了很大的方便。在5G时代，全球将会出现500亿连接的万物互联服务，人们对智能终端的计算能力以及服务质量的要求越来越高。移动云计算将成为5G网络创新服务的关键技术之一。移动云计算是一种全新的IT资源或信息服务的交付与使用模式，它是在移动互联网中引入云计算的产物。移动网络中的移动智能终端以按需、易扩展的方式连接到远端的服务提供商，获得所需资源，主要包含基础设施、平台、计算存储能力和应用资源。SaaS软件服务为用户提供所需的软件应用，终端用户不需要将软件安装在本地的服务器中，只需要通过网络向原始的服务提供者请求自己所需要的功能软件。PaaS平台的功能是为用户提供创建、测试和部署相关应用等服务。PaaS自身不仅拥有很好的市场应用场景，而且能够推进SaaS。而IaaS基础设施提供基础服务和应用平台。软件定义无线网络目前，无线网络面临着一系列的挑战。首先，无线网络中存在大量的异构网络，如:LTE、Wimax、UMTS、WLAN等，异构无线网络并存的现象将持续相当长的一段时间。目前，异构无线网络面临的主要挑战是难以互通，资源优化困难，无线资源浪费，这主要是由于现有移动网络采用了垂直架构的设计模式。此外，网络中的一对多模型(即单一网络特性对多种服务)，无法针对不同服务的特点提供定制的网络保障，降低了网络服务质量和用户体验。因此，在无线网络中引入SDN思想将打破现有无线网络的封闭僵化现象，彻底改变无线网络的困境。软件定义无线网络保留了SDN的核心思想，即将控制平面从分布式网络设备中解耦，实现逻辑上的网络集中控制，数据转发规则由集中控制器统一下发。软件定义无线网络的架构分为3个层面。在软件定义无线网络中，控制平面可以获取、更新、预测全网信息，例如:用户属性、动态网络需求以