5G網絡

5G網絡原名第五代移動通信技術,

性能目標是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連接

5G的發展來自於移動數據日益增長的需求,移動數據暴漲使原始網絡能耗驟增,比特成本難以承受,爲此ITU爲5G定義了eMBB(增強移動帶寬,主要是針對4K8K超高清電視、全息技術、增強現實、虛擬現實等應用,對網絡帶寬要求比較高)、mMTC(海量機器通信,海量的物聯網傳感器部署於測量、建築、農業、智慧城市等領域,規模龐大,對時延和移動性要求不高)、uRLLC(超高可靠超低時延通信,主要應用於無人駕駛、車聯網、自動工廠,要求低時延和高可靠性)三大應用場景。

5G網絡的優勢在於,數據傳輸速率遠遠高於以前的蜂窩網絡;另一個優勢在於有較低的網絡延遲,低於1毫秒

而5G網絡的高傳輸速率是如何實現的呢

首先我們要先看看移動通信的基本原理,我們的手機信號是通過無線電來進行傳遞的,無線電是電磁波的一種。我們平時的通信是使用收集通過地面基站來進行信號傳遞的,手機通過無線信號與移動網絡的基站連接,基站再通過線纜與其他基站相連,再通過基站與被呼叫手機相連,實現兩個手機的聯通。信號的傳遞需要佔用資源——無線電波的頻率,如果大家都用一個頻率會造成干擾,就像我們使用的對講機,幾個相互連通的對講機要使用相同的頻段,否則無法相互交流。

5G網絡要想達到較高的傳輸速度,首先要實現頻率上的突破,現在我們使用的網絡是採用中頻和高頻頻段。5G網絡採用超高頻、極高頻網絡,這樣的高頻率帶寬大,傳輸的信息多,但是隨着頻率越高,波長越短,越趨近於直線傳播(繞射能力差),同時在傳播介質中衰減也越大,容易造成信號丟失。採用高密度的微基站解決以上問題。

5G網絡通過哪些技術實現低時延呢

我們知道端到端的時延由多段路徑上的時延加和而成,緊靠單獨優化某一局部時延無法達到1nm的極致時延要求,因此5G超低時延的時延需要一系列技術有機結合。主要從兩個方面減少時延,一方面要大幅度降低空口傳輸時延,另一方面要儘可能較少轉發節點,縮短源到目的節點之間的距離。

5G網絡技術中將提出全光網是實現低時延的重要支撐,新型的多址技術以節省調度開銷,同時基於軟件定義網絡和網絡功能虛擬化實現網絡切片並採用FlexE技術使業務流以最短最快的路由到達目的用戶。

5G網絡有很多優點和廣闊的前景,但是面臨的挑戰也不容忽視,下面的文章介紹了國內5G工程建設面臨的6大挑戰。

http://www.qianjia.com/html/2019-02/27_326646.html

https://www.eefocus.com/communication/429838

爲什麼要進行網絡切片

爲了應對不同業務,不同業務對時延、丟包率等因素的要求不同,將5G網絡的應用場景劃分爲三塊:

增強型移動寬帶(eMBB):需要關注峯值速率、容量、頻譜效率、移動性、網絡能效等指標

海量機器通信(mMTC):主要關注連接數,對下載速率,移動性指標並不關心

高可靠低時延通信(uRLLC):主要關注高可靠性、移動性和低延時,對連接數、峯值速率、容量、網絡能效等指標沒大需求

爲了滿足這些側重點不同且保證Qos服務質量,將5G網絡劃分爲幾個子網,分別用來支持幾大場景,因此設計了網絡切片。

如何進行網絡切片

要利用NFV和SDN技術

NFV(Network function virtualization)網絡功能虛擬化,就像電腦上的虛擬機一樣,把多餘的存儲資源、計算資源、網絡資源提出來作爲虛擬化層,並對這些資源進行統一分配管理形成資源池,便於各種應用管理。

SDN(software defined network)軟件定義網絡,可以理解爲一個大路由器,對數據從一個位置發往另一個位置進行統一管理,可以實現控制和轉發,

這兩種技術爲網絡切片提供技術支持。

網絡切片及其架構

網絡切片本質上就是將運營商的物理網絡劃分爲多個虛擬網絡,每個虛擬網絡根據不同的服務需求,比如時延、帶寬、安全性和可靠性來劃分,以靈活的應對不同的網絡應用場景。

需要根據不同需求將物理網絡切片成多個虛擬網絡:智能手機切片網絡、自動駕駛切片網絡、大規模物聯網切片網絡。

爲了實現切片網絡,網絡功能虛擬化(NFV)是先決條件。網絡採用NFV和SDN後才能更容易執行切片。

網絡功能虛擬化技術是將網絡中的各類物理資源抽象成虛擬資源,並給予指定的網絡功能和特定的接入網技術,按需構建端到端的邏輯網絡,提供多種網絡服務。

在網絡切片運行時,能夠根據業務和用戶的動態需求,進行資源的按需調整,提升網絡的靈活性。不同切片間的隔離和區分,能夠在保證當前業務質量的前提下,增強整體網絡的安全性和強健性。網絡切片與虛擬化技術息息相關。NFV(network function virtualization,網絡功能虛擬化)與SDN(software defined networking,軟件定義網絡)作爲實現核心網中的網絡切片的主要技術支撐,受到了廣泛的關注和研究。

作爲網絡切片的使能技術之一,SDN技術幫助實現網絡的控制/數據平面分離及軟件可編程並在兩者之間定義開放接口,以實現對網絡切片中的不同功能的靈活定義。除SDN技術以外,網絡切片藉助NFV技術實現軟硬件解耦,將物理資源抽象成虛擬資源,同時實現功能抽象,使網絡設備功能不再依賴於專用硬件,實現靈活的資源共享以提高資源利用率。

當前存在的挑戰

當前的無線接入網絡架構中,爲支撐不同的5G應用,設立了同應用和業務對應的獨立的網絡,具有獨立的接入機制和協議棧,對於每種制式,核心網接口、空口和地面接口之間是端到端耦合,並沒有一個接入側接口或模塊能夠對多種應用或者傳輸網絡的信息進行交互、翻譯以及統一處理。因此,需要一個統籌的接入網絡架構,能夠利用其接入機制與協議棧來支撐不同的用戶和業務接入,爲5G應用和業務自適應的無線資源的高效靈活分配提供支持(這裏是調度的一個切入點)

另外網絡切片管理包括多個維度和技術:在服務級別創建、激活、維護和停用網絡切片;在網絡級別調整負載均衡、計費策略、安全性和QoS;抽象和隔離虛擬化網絡資源;切片間和切片內資源共享。此外,隨着應用和服務的持續升級,網絡切片管理的複雜性和難度可能增加。

 

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