基于5G环境的大数据网络架构及监控技术研究

胡成娟

摘要：5G技术的研究与释放，将通信网络带到了一个新的高度，然而核心技术的变化，加上5G用户量的快速增加，必然为既有的网络基础带来了新一轮的巨大挑战，尤其是关于网络稳定运行、网络功能实现、网络安全等相关方面，需要更多的技术予以支持。基于此，本文讨论了5G环境的特点以及对大数据网络的要求，并分别就5G环境下大数据网络的架构及监控相关技术进行了分析，最后提出了5G环境下大数据网络的保障性思考。希望以此为5G环境下大数据网络建设提供一定的理论帮助。

关键词：5G环境;大数据;网络架构;网络监控

中图分类号：TN929.5   文献标识码：A   文章编号：1672-9129（2020）04-0024-02

Abstract：the research and release of 5 g technology， the communication network to a new level， but the change of the core technology， the quick increase， add 5 g users inevitably as the foundation of the existing network has brought the new challenge， especially the stable operation of network， network functions， network security and other related aspects， need more technical support. Based on this， this paper discusses the characteristics of 5G environment and requirements for big data network， analyzes the architecture of big data network and monitoring related technologies respectively in 5G environment， and finally puts forward the safeguard thinking of big data network in 5G environment. This paper hopes to provide some theoretical help for the construction of big data network in 5G environment.

Key words：5G environment;Big data;Network architecture;Network monitoring

1 5G環境特点及对大数据网络的要求

1.1 5G环境的特点。5G环境就是在5G基础网络支撑下的通信大环境，其特点受到5G网络技术的直接影响。5G网络相对于4G网络而言具有更加强大的功能，在现有研究中显示，综合看来5G技术具有如下特点：①5G技术是目前世界上最为前沿的通信技术，其理论传输峰值可以达到约2.5GB/s，是4G传输速度的十倍以上，信息的中途传输速度变快，单位时间内的工作量增大，将会缩短信息传输的成本。②5G技术可以克服多种复杂的环境，实现稳定信息传输，因为这种稳定性的存在，使得5G网络更具实用性，降低了工作的难度和风险。③采用虚拟化的网络技术，在建设成本上相对更加便利。除此以外，5G环境的特点还表现如下表。

表1.5G技术特点

SDN软件定义网络连接可能性更多覆盖能力和可靠性强延迟率低反应速度快多载波传播速率高

虚拟化物联网基础设施实时性传输功率

1.2 5G环境对大数据网络的要求。大数据网络的运行建立在通信技术的基础之上，因此通信技术由4G升级为5G后，必然存在性能不匹配的问题，集中表现为：①网络中断风险增强，由于采用了虚拟网络技术，虽然相较于以往的实体通信更加便捷，但关于网络故障或风险排查，以及排查后的维护工作难度增加，也就说如果面临针对虚拟通信网络的恶意攻击，或者是网络系统滋生的故障等问题，需要一个缓慢排查与处理的过程，因为都是不可见因素引发的问题，所以不能用简单的方法进行处理。②存储、转换技术和设备压力陡增，在大批量信息涌入网络的情况下，如果没有合适的监控与服务能力，可能会导致部分系统出现阻塞、必须准备更加可靠的管理计划。③面对数据的多样化和非数字化发展，以及关于网络传播诉求的多样性，需要确保大数据网络的兼容性，即在网络配置上需要同时满足4G环境下的功能实现，又要在业务和技术上进行突破，尤其是面对各类业务需求下，是否能够实现个性化定制或个性化服务，将有可能成为判断网络功能的一大标准。

2 5G环境下大数据网络的架构

2.1 5G网络架构中的关键问题。首先是实现5G网络的功能性配置。在5G环境下，蜂窝网络在不断应用到各方面的社会活动中，例如物流系统、物联网、云计算等。但各种社会活动对于蜂窝网络的用途各不相同，需求也因此有所区别，5G技术需要以灵活的方式来建立网络才能够切实得融入人们的生产和生活活动中。其次是使用集中式或分布式网络架构。这两种网络架构一直存在着争议，在实际的使用过程中，二者的技术与应用也一直在发展变化中。二者的开发思路不同，现实原因是由于受到设备性能等方面原因的限制，二者究竟孰优孰劣应当如何统筹应用还需要时间来进行研究考证。

2.2组网模式。目前我国存在两种组网模式，一种是非独立组网模式（NSA），另一种是独立组网模式（SA）。非独立组网模式是由双连接、主基站控制（信令面锚点），核心网采用4G EPC或NGC。非独立组网模式虽然不能完全满足5G通信技术的全部需求，且由于在该组网模式中通信链路会相互产生影响，因此只能在小范围内使用，但是这一组网模式可以通过此前已建设的通讯基础设施搭载5G同行网络，因此前期建设成本较低。而独立组网模式则是直接使用5G设备进行控制与承载，可以完全满足5G技术的需求，能够支持5G与4G网络同时并行，但这一模式建设成本与非独立组网模式相比较高。

2.3通信频谱分配。我国的5G通信频谱目前高频段与低频段共存，二者以频谱范围进行区分，高频段即频谱范围为24.75GHz至27.5GHz以及37GHz至42.5GHz，低频段即频谱范围为3.3GHz至3.6GHz以及4.8GHz至5GHz。二者因其特性不同所以使用场景有所区别，高频段主要用于室内区域或多热点区域的数据传输，而低频段主要用于接入层无线数据连接，二者共同使用能够保证5G通信数据传输的无缝连接。

2.4开放的5G微基站。相对于既有的通信技术，5G技术下的通信平率更高，但是这一特性也限制了网络的区域性建设，在硬件（基站）方面，依靠独立的站点无法实现区域内的有效覆盖，这必然导致末端信号存在传输质量问题，因此必须采用有效措施构建5G的区域性网格实现网络通畅。微基站方案，选用功耗较低的RRU设备安装于建筑上、道路旁，或附着于合适的其他設备上，由于设备体积较小且重量轻，不会对周边环境产生较大影响，供电方式也可以选择电池直流供电、远程直流供电或低压交流供电，便于管理。利用远端覆盖单元和扩展单元进行微功率的射频收发，对上下行信号进行有效收发，并保障单元的用电需求，打造区域内的分布式信号覆盖形式，依靠接入单元实现信令处理和交互。

3 5G环境的大数据网络的监控

3.1无线网络监控存在的问题。无线监控技术在目前已经在许多监控场景中得到了应用，但是市场上的大多数监控设备的数据传输方式都采用的是WLAN传输，而使用移动通信信号进行数据传输的监控设备并不常见。这个现象是由监控数据的特点造成的，监控数据是一种高清视频数据，在传输的过程中需要相当水平的带宽以及流量，在5G技术出现之前，4G技术下的高清流量成本过高，无线监控终端的数据传输因此受到限制。除了这一方面的原因外，4G技术的无线传输对环境要求较高，周围的地形建筑物等对信号的阻碍会影响监控数据传输的实时性及监控的画面质量。目前5G技术的应用时日尚短，因此无线网络监控中的5G技术运用还需要一些时间来发展与成熟。

3.2 5G环境下的无线监控技术。前文提及无线监控技术在4G环境下受到带宽、环境干扰及流量成本的限制，并未普遍采用移动网络进行数据传输，但在5G环境下，无线监控技术可以突破这些限制。5G技术的带宽能够满足8K高清视频数据的传输要求，使无线监控数据采用移动网络进行传输在带宽方面的限制得到突破。5G移动网络信号的通信频率较高，因此5G信号具有很强的穿透性，使无线监控在使用移动网络传输数据时受到环境的干扰大大减弱，保证了监控数据传输的及时性及有效性。此外，5G环境下流量费用较4G环境下会降低许多，这就降低了无线监控技术使用无线网络传输数据的成本。基于以上5G技术的优点，使无线监控技术在5G环境下能够得到进一步的发展。

以往大部分监控采用WLAN数据传输方式，无法进行远距离数据传输，因此监控系统一般使用三级甚至四级监控模式，监控终端取得的数据需要经过多层数据交换才能够达到总系统，无疑会降低监控的实时性。而5G环境下，监控终端设备数据传输的距离得到提升，数据传输的模式能够得到简化，有三级到四级减少为二级，监控数据从监控终端直接传输至总系统，一方面能够保证监控数据的实时性，另一方面又降低了建设监控网络的成本。

4 关于5G环境下大数据网络的保障性思考

5G环境下的大数据网络应当具备长时间的稳定和安全性，并且有助于实现网络效益的最大化。首先是要完成网络架构的完善，依靠MIMO天线增强网络信号，微基站完成区域内网络功能的优化，室分技术则可以处理室内覆盖深度问题，确保高低频信号的协同。其次是研究如何快速识别和利用闲置网络和设备，通过合理的协约或方案，对闲置通道和设备进行调配，以实现网络功能的二次补全，同时也是降低网络运行风险的有效思路。此外还应当思考网络监控阵地的适度前移，将监控与控制管理阵地尽可能向微基站端前移，精准识别与控制风险。

5 总结

大数据网络是当前网络通信系统中的重要组成部门，大数据网络的稳定性与安全性，直接关系到大数据应用程序的运行质量。5G时代的到来，实现了通信技术的升级，有效解决了大数据网络固有延迟、稳定、拥塞、传输速度等一系列问题，使大数据网络升级成为可能。但是在5G环境下，既有的大数据网络配置必然存在一定的问题，需要对网络构架及监控的相关内容进行同步升级，由此产生了一系列问题亟待解决。因此作为运营商、服务商和技术人员，为了确保自身业务与产品的可靠性，就必须要重点关注大数据网路与5G环境的客观联系，打造高水准的网络服务基础。

参考文献：

[1]胡伟.5G环境下的大数据网络架构与监控技术研究[J].决策探索（中），2019（08）：92-93.

[2]陈昱彤，等.基于命名数据网络的5G架构网络层研究[J].南开大学学报（自然科学版），2019，52（03）：22-28.

[3]宋强.基于大数据分析的通信网络监控体系研究[J].信息技术与信息化，2019（10）：128-130.