万物互联5G时代的关键技术

乔伟哲， 李 雅

(1.山西大众电子信息产业集团有限公司第一研究所,山西 太原 030024；2.山西工商学院计算机信息工程学院，山西 太原 030006)

0 引言

在通信领域5G的通信时代已经飞速到来。统一的5G标准才能达到最大化全球发展的规模，使整个产业链上下游受益于这种规模，降低研发的成本，最终降低设备的成本，这也是全球移动通信产业共同追求的目标。

5G除了为人服务，更多的是实现万物互联，5G将提高全球智能环境，甚至整个工业制造水平，包括人们的生活、医疗、家居、出行等都将有质的飞跃。5G将要迎来海量数据、海量设备、海量应用。在满足基础通信需求的基础上，5G要不断满足海量的人和人、物和物、人和物在内的全社会各个行业万物互联的通信需求[1-3]。

物联网经过从连接到智能化到自主发展三阶段，期间对计算的要求是在逐渐升级，通信和计算的融合，加快了人工智能技术的融入，从5G和5G之后，整个产业的重心在向通信同计算融合演进。设备智能化连接与处理信息，是全面自主化的前提，这对计算的要求、数据处理的要求也不断升级，同时更涉及到通信与计算的融合。在设备的自主化连接、信息处理阶段，软件定义和人工智能将是关键。

5G行业不单单是平时所讲的传统意义的在空中接口定义上的升级，确切来讲，当今的5G行业其实就是终端系统和新一代网络的交互，并且，这两者之间的交互就是两种学科之间的交叉融合，即计算机技术和通信技术之间的交叉融合。目前，这两种技术的融合无处不在，当今定位的“三位一体”就是把传统意义的通信、存储和计算机这三者用网络有机地结合在一起。而5G网路将是把更强的计算能力融合在各种智能设备当中[4]。

1 通信技术与计算技术的融合

5G通信是一个端对端的生态系统，需要配备全面移动和联网的设备。5G虽是从4G发展而来，但5G并不是单一的无线接入技术，而是真正意义的融合网络。如图1所示，目前5G网络并不是单独存在的一个个体，而是将多种网络技术进行整合，这些网络技术包括2G，LTE、Wi-Fi、3G等网络技术。相对于这些网络技术而言，5G网络技术在传输速度、延时和网络容量方面有很大的优势，这种网络技术可以将普通网络的能效提高至原先的百倍左右。

图1 5G融合万物互联网络结构示意图

从以前的嵌入式技术、无人驾驶技术到目前的智能家居、智能医院等技术的进步，这些智能设备所产生的海量数据为如今的巨大市场带来了非常大的商机。在这个全新时代技术的引领下，5G网络技术是连接各种技术的纽带，起到至关重要的作用，它将建设一个统一的大环境，设备终端部分，5G设备的占有量越来越多，而且移动设备的范畴不仅仅是以前所用到的手机、平板之类的便携式设备了，而是像穿戴式设备、无人机这样的用物联网方式实现的设备[6,7]。

2 5G网络转型

全新的高可靠性链路模式将通过统一的5G空口保证连接功能。这种接口指的是终端与网络的通信途径，伴随的网络转型主要分为四个阶段：

1) 虚拟化和云化阶段：虚拟化主要是像以前使用的路由器原理一样要实现网元中硬/软件的分离技术。这就实现了从软件功能到硬件功能的大的转变，可以共享计算机的计算能力和存储能力，因为软件应用在商品化硬件(COTS)上和在专门硬件上的运行效率是一样的。

目前，计算机的存储能力和计算能力也在渐渐地向集中式的云转移方向发展。云设施的出现带来很多好处比如资源共享、低功耗地提升网络扩展，能够实现位置和设备功能之间的解耦。它能够把海量数据集中传送给不同的用户，还可以用于其他用途，并且可以对大数据进行分析。

2) 业务迁移阶段：运营商采用了很多策略对目前的网络迁移到别的大环境和平台上，需要进行对NFV和SDN的部署，采用的每一种策略方法都必须考虑到它们所涉及业务的独立性和其重要性。

3) 端到端业务编排(EEO)阶段：这两种技术是能够互补的技术，但是也是相对独立的技术，它们能够实现对运营商网络的软件进行转型，如果要发挥这两项技术的最大功效必须在全国范围内有支撑端到端的技术手段和各项应用[8-10]。

4) 网络切片阶段：网络切片技术是能够让运营商在某一个硬件设备上换分出多个端到端的基础网络，这些基础网络中，每一网络都可以适合各种类型的服务，并且能够完全满足用户的很多需求，它是通过网络切片在接入网、设备和核心网等方面使用了逻辑隔离功能。网络切片是5G时代的理想网络架构。它可以实现网络资源的优化设计，最大程度地节约了成本，满足多元化需求。

3 总结

5G网络不单是一个传统意义的无线接口技术，而是整合了多种技术的异构网络整体。在这个网络当中，有多种无线技术无缝地参与配合比如：WiFi、毫米波等，在5G时代下,“端到端”更多地由固定的设备和可移动设备之间进行通信。是将许多其他设备连接在一起并实现完整通信的一种交互网络。因此,在这种不断下沉的5G网络环境下,终端将成为新一代移动通信节点的起点。这就说明将来的网络不再是从前那种端到端的网络，而是终端、边缘、云的完整架构。目前,在设备端开发研究在5G条件下的创新性使用模式设备;在云端，可以使用对海量数据的分析能力和大数据的处理能力；在网络端，提供网络所需要的构建模块为即将到来的5G时代助力，在无线通信技术端,为广泛的联网设备提供了无线通信解决方案。

[1] 张平,陶运铮,张治，等.5G若干关键技术评述[J].通信学报,2016,37(7):15-29.

[2] 钱志鸿,王雪.面向5G通信网的D2D技术综述[J].通信学报,2016,37(7):1-14.

[3] 赵国锋,陈婧,韩远兵，等.5G移动通信网络关键技术综述[J].重庆邮电大学学报(自然科学版),2015,27(4):441-452.

[4] 朱浩,项菲.5G网络架构设计与标准化进展[J].电信科学,2016,32(4):126-132.

[5] 周一青,潘振岗,翟国伟，等.第五代移动通信系统5G标准化展望与关键技术研究[J].数据采集与处理,2015(4):714-724.

[6] 李俊,田苑,邱玉，等.面向5G应用的OQAM-OFDM调制:原理、技术和挑战[J].电信科学,2016,32(6):15-19.

[7] 方箭,朱颖,郑娜，等.从WRC-19议题看5G与未来移动通信发展趋势[J].电信科学,2016,32(6):65-72.

[8] 许方敏,仇超,赵成林，等.业务需求推动下的5G若干关键技术探讨[J].电子技术应用,2016,42(7):5-7.

[9] 周逸凡,赵志峰,张宏纲，等.基于智能SDN面向5G的异构蜂窝网络架构[J].电信科学,2016,32(6):28-35.

[10] 王志勤,罗振东,魏克军，等.5G业务需求分析及技术标准进程[J].中兴通讯技术,2014,20(2):1-4,25.