5G网络技术不只是网速快 更多功能应用在这里

[导读] 国际数据公司(IDC)的最新预测显示,2017年全球物联网消费支出将达到8000亿美元,并有望在未来五年后超过1.4万亿美元。目前,我国近30个城市将物联网作为新兴战略产业,物联网进入快速发展时期,即将迎来5G时代。

国际数据公司(IDC)的最新预测显示,2017年全球物联网消费支出将达到8000亿美元,并有望在未来五年后超过1.4万亿美元。目前,我国近30个城市将物联网作为新兴战略产业,物联网进入快速发展时期,即将迎来5G时代。

一、发展背景

2016年11月,举办于乌镇的第三届世界互联网大会,美国高通公司带来的可以实现“万物互联”的5G技术原型入选15项“黑科技”—— 世界互联网领先成果,高通5G 向千兆移动网络和人工智能迈进。

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二、5G网络的概念

第五代移动电话行动通信标准,也称第五代移动通信技术,英文名5th-Generation,故外语缩写为:5G。也是4G之后的延伸,正在研究中,网速可达5M/S – 6M/S 。

第五代移动电话行动通信标准,也称第五代移动通信技术,外语缩写:5G。也是4G之后的延伸,正在研究中。目前还没有任何电信公司或标准订定组织(像3GPP、WiMAX论坛及ITU-R)的公开规格或官方文件提到5G。

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三、5G网络的特点及应用

要谈5G网络会怎样的改变世界,谈通信技术本身,必须谈及伴随着这种技术应运而生的应用。5G网络主要有三大特点:

1、高速率

5G可以说是站在巨人的肩膀上,依托4G良好的技术架构,5G可以比较方便的在其基础之上构建新的技术。未来的5G愿景最强烈的一个方面就是用户体验到的网络速率。4G现在已经很快了,但是还不够,5G要做到的目标是最大10Gbps(defined by METIS)。

如此高的速率可以支持什么应用呢?

高速上传下载

3D视频,4K甚至8K视频流的实时播放

结合云技术,工作,生活和娱乐全都交给云

AR,VR与游戏生活相结合

Media everywhere 改变媒体传播的方式

2、大容量

物联网这个话题最近几年来一直占据着热门,但是受限于终端的功耗以及无线网络的覆盖,广域物联网仍处于萌芽的状态,伴随着5G网络的出现,可以预见未来它必将大热。

如此大的容量可以支持什么应用呢?

物联网

智慧城市

智慧家居

智慧电网

智能放牧,种植

物流实时追踪(以后不是查快递到没到,而是查它在哪条路上)

3、低时延

LTE网络的出现使移动网络的时延迈进了100ms的关口,使对实时性要求比较高的应用如游戏,视频,数据电话成为可能。而5G网络的出现,将会使时延降到更低,会为更多对时延要求极致的应用提供生长的土囊。

降低时延的技术原理:LTE中的一个TTI是1ms,而5G将通过对帧结构的优化设计,将每个子帧在时域上进行缩短从而在物理层上进行时延的优化。相信在后期5G信令的设计上也会采用以降低时延为目标的信令结构优化。

如此低的时延可以支持什么应用呢?

远程医疗手术

远程驾驶

车联网自动驾驶

工业控制

四、5G网络未来将由哪些网络技术组成?

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1、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1 000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。

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2、自组织网络

传统移动通信网络中,主要依靠人工方式完成网络部署及运维,既耗费大量人力资源又增加运行成本,而且网络优化也不理想。在未来5G网络中,将面临网络的部署、运营及维护的挑战,这主要是由于网络存在各种无线接入技术,且网络节点覆盖能力各不相同,它们之间的关系错综复杂。因此,自组织网络(self-organizing network,SON) 的智能化将成为 5G 网络必不可少的一项关键技术。

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3、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 (content distribution network, 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。

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4、D2D 通信

在未来5G网络中,网络容量、频谱效率需要进一步提升,更丰富的通信模式以及更好的终端用户体验也是5G的演进方向。设备到设备通信 ( device-to-device communication,D2D) 具有潜在的提升系统性能、增强用户体验、减轻基站压力、提高频谱利用率的前景。因此,D2D是未来5G网络中的关键技术之一。

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5、M2M 通信

M2M(machine to machine, M2M)作为物联网在现阶段最常见的应用形式, 在智能电网、 安全监测、城市信息化、 环境监测等领域实现了商业化应用。3GPP 已经针对 M2M 网络制定了一些标准,并已立项开始研究 M2M 关键技术。根据美国咨询机构FORRESTER 预测估计, 到 2020 年, 全球物与物之间的通信将是人与人之间通信的 30 倍。IDC 预测,在未来的 2020 年,500 亿台 M2M 设备将活跃在全球移动网络中。M2M 市场蕴藏着巨大的商机。因此,研究 M2M 技术对 5G 网络具有非比寻常的意义。

M2M 的定义主要有广义和狭义 2 种。

(1)广义的M2M

广义的M2M 主要是指机器对机器、 人与机器间以及移动网络和机器之间的通信, 它涵盖了所有实现人、 机器、系统之间通信的技术;

(2)狭义的M2M

从狭义上说, M2M 仅仅指机器与机器之间的通信。智能化、 交互式是 M2M 有别于其它应用的典型特征,这一特征下的机器也被赋予了更多的“智慧” 。

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6、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-centric network,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 。

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7、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。

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8、SDN /NFV

随着网络通信技术和计算机技术的发展, 互联网 + 、三网融合、云计算服务等新兴产业对互联网在可扩展性、安全性、可控可管等方面提出了越来越高的要求。SDN(software-defined networking, 软件定义网络) /NFV(network function virtualization,网络功能虚拟化)作为一种新型的网络架构与构建技术,其倡导的控制与数据分离、软件化、虚拟化思想,为突破现有网络的困境带来了希望。

在欧盟公布的 5G 愿景中, 明确提出将利用 SDN /NFV 作为基础技术支撑未来 5G 网络发展。SDN 架构的核心特点是开放性、 灵活性和可编程性。主要分为 3 层:基础设施层位于网络最底层,包括大量基础网络设备,该层根据控制层下发的规则处理和转发数据;中间层为控制层,该层主要负责对数据转发面的资源进行编排,控制网络拓扑、 收集全局状态信息等;最上层为应用层,该层包括大量的应用服务,通过开放的北向 API 对网络资源进行调用。

SDN 将网络设备的控制平面从设备中分离出来, 放到具有网络控制功能的控制器上进行集中控制。控制器掌握所有必需的信息, 并通过开放的 API 被上层应用程序调用。这样可以消除大量手动配置的过程,简化管理员对全网的管理, 提高业务部署的效率。SDN 不会让网络变得更快, 但他会让整个基础设施简化,降低运营成本, 提升效率。未来 5G 网络中需要将控制与转发分离,进一步优化网络的管理,以 SDN 驱动整个网络生态系统。

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9、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、动态网络需求以及实时网络状态。因此,控制平面能够很好地优化和调整资源分配、转发策略、流表管理等,简化了网络管理,加快了业务创新的步伐。

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10、情境感知技术

随着海量设备的增长,未来的 5G 网络不仅承载人与人之间的通信, 而且还要承载人与物之间以及物与物之间的通信,既可支撑大量终端,又使个性化、 定制化的应用成为常态。情境感知技术能够让未来 5G 网络主动、智能、及时地向用户推送所需的信息。

五、三大运营商获得物联网号段

8月初,物联网发展进程取得关键性成果,工信部2017年第十批《中华人民共和国电信网码号资源使用证书》首次颁发了三大运营商物联网号段。本次三大运营商获得物联网号段,已逐步开始大规模建设或商用物联网网络,意味着物联网商用大幕的正式开启。

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其中,中移动获得148(0-9)号段(物联网业务专用号段)、1440(0-9)号段(物联网网号);中电信获得了1410(0-9)号段(物联网网号);中联通获得了146(0-9)号段(物联网业务专用号段)。(信息来源网络)

在获得号段之后,国内三大运营商对于物联网的方向也更加明确。除了在基础设施方面升级以外,在应用场景的探讨也不断深入。

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六、5G网络技术与物联网的关系

1、物联网第一枪限制令打响

物联网范畴宽广,产业链长,将会延伸到社会的多个层面,然而第一例共享单车发展问题频现,遭受多地限制。

以我们熟知的共享单车为例,共享单车作为物联网第一个大规模推广的应用,在短时间内异军突起,风靡大江南北,甚至走向世界。

许多城市的共享单车乱停乱放现象严重,挤占公共出入口、人行道、盲道、非机动车道,并且以各种“姿势”随意堆放的破损故障车辆随处可见,变成了令人头疼的“调控对象”?

上海市交通委对各家互联网租赁自行车,也就是通常说的“共享单车”企业发出告知书,要求从即日起在上海暂停新增投放车辆,否则将作为严重失信行为纳入企业征信档案。上海因此成为继杭州、福州、广州、郑州、南京等城市之后,国内又一个暂停新增投放共享单车的城市。

共享单车浪费公共资源和市场疏于管理是离不开的,对共享单车按下暂停键,调整共享市场,为物联网发展树立规范成为产业亟待解决的问题。

2、5G作为物联网发展基石迎头追赶

近些年,受限于网络技术的发展,物联网始终停留在话语和文字层面,并未获得实质进展。随着4G演进及5G网络即将商用,物联网将从梦想照进现实。业界普遍认为,智能化、自主化、网络化及互联化是移动技术的最新发展趋势。而未来的5G网络将会为万物连接时代提供一个一体化的连接平台,对万物连接时代提供最有力的支撑。5G是物联网IoT的核心技术,通信速度比当前手机所使用通信技术高出10-100倍,可传送高清视频等大容量数据,即使同时连接多台设备,速度也不会下降。

目前,我国5G技术最新研发成果公布 2017年将完成第二阶段试验,预计今年年底将完成整体测试工作。在我国拥有的全球最大5G外场试验环境,北京怀柔外场已经完成30个站址规划,可满足多家系统厂商的外场组网性能测试需求。我国以5G技术研发试验为平台,支持5G技术研发、标准化和产业发展,推动5G完整产业链的形成,为物联网实质性发展奠定基础。

3、5G将会通过什么技术手段来支持物联网技术的发展呢?

首先看看它将如何解决物联网技术的核心问题:功耗问题是困扰着物联网技术发展的最大障碍,因为物联网的节点太多,而且由于很多条件的限制,终端没有办法充电,只有通过初次装入电池,寄希望于终端自身能够节省电能,使用越久越好。为了解决这个问题3GPP专门推出了针对广域物联网的窄带物联网技术,通过限定终端的速率(物联网终端对通信的实时性一般不高),降低使用带宽,降低终端发射功率,降低天线复杂度(SISO),优化物理层技术(HARQ,降低盲编码尝试),半双工使终端的耗电量降低。而5G还会在这个基础上走得更远,通过降低信令开销使终端更加省电,使用非正交多址技术以支持更多的终端接入。

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