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- 5G相较于4G做了哪些提升
- 5G与5G的关键性技术
- 5G与5G所面临的问题
- 总结
在在4G项目实施至今，LTE技术已经非常成熟，在此基础上，5G也随之而来，在全面推进5G建设的时候，固然有很多问题也随之诞生，在大环境的前提下，我尝试着查阅了一些资料，并将其与4G进行了一些简单的对比，并尝试观察两者的差异性以及未来展望。
5G相较于4G做了哪些提升：
| 指标 | 流量密度 | 连接密度 | 时延 | 移动性 | 能效 | 用户体验速率 | 频谱效率 | 峰值速率 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4G参考值 | 0.1Tbps/Km² | 10万/Km | 10ms | 350Km/h | 1倍 | 10Mbps | 1倍 | 1Gbps |
| 5G取值 | 10Tbps/Km² | 100万/Km | 1ms | 500Km/h | 100倍提升 （网络侧） | 0.1-1Gbps | 3倍提升 （某些场合5倍） | 20Gbps |
*流量密度：单位体积内的总流量数
*连接密度：指单位体积内可以支持的在线设备总和时延：发送端到接收端接收数据之间的间隔
*移动性：支持用户终端的最大移动终端
*能源效率：每消耗单位能量可以传送的数据量
*用户体验效率：单位时间内用户获得MAC层用户面数据传送量
*频谱效率：每小区或单位面积内。单位频谱资源提供的吞吐量
*峰值效率：用户可以获得的最大速率
由这些数据可以看出5G对比4G关键性能指标有了相当大的提升，
总结起来就是5G具有高速率、低时延、大容量、高可靠、海量连接等特点，
但实际上，即便在5G大力推广的今天，依然有许多地方没有达到全覆盖，其主要原因还是因为他的抗干扰能力差且制造成本昂贵。
由3GPP确立并认可的5G工作模式中，分为NSA（非独立组网模式）和SA（组网模式）的两种工作模式：
其中SA模式下的5G基站是单独建立的5G基站，她可以直接作为访问用户终端和后台数据库中，速率和频谱都可以达到很高的数据。
而NSA模式下，是以4G作为终端的信号接收，然后发给5G基站，再由5G基站传输给后台云数据库中处理，再由云服务器将数据发还给5G基站，这时，5G基站将根据当前信号速率以及干扰源等多方面因素做出判断，是由5G基站将信息返还，亦或者继续由4G基站进行信号传输的工作模式。
总结：相较于4G基站，由于5G信号覆盖范围较小，需要大规模的建站来进行全方位的信号增强，因此5G想要进行全面覆盖的成本更加昂贵，但即使如此，5G通过其高速率、低时延等特点，依然使5G能够快速商业化，其高流量，高利用以及低时延的特点，将各类行业的智能化推向了一个新高度。而由将NSA作为过渡，最终实现SA全覆盖的观点来看，5G的前程更是无比闪耀。
5G与5G的关键技术：
动态自组织网络(SON)
动态自组织网络用于满足5G对于低时延、高可靠场景下降低端到端时延，提高传输可靠性；
在低功耗、大链接场景下延申网络覆盖和接入能力这两方面的性能要求；
而相较于在传统蜂窝网络结构即4G网络环境下，终端必须通过基站和蜂窝网网关才能与目标端进行通信。终端在获得数据传输服务前必须首先选择一个服务基站，与服务进展建立并保持连接这一特点；
在动态自组网中，任何接入网节点，都具备数据存储和转发功能，动态自组网中的每个节点，都具备无
线信号收发能力，并且每个节点，都可以与上一个或多个相邻节点进行无线通信，整个自组网呈网状结构。
在动态自组网结构中，任何节点间（终端与终端、终端与基站、基站与基站等）均通过无线通信，无需任何布线，并具有支持分布式网络的冗余机制和重新分配路由功能。
任何新节点（如终端或基站）的添加，只需要简单的接上电源即可，节点可自动配置，并确定最佳多跳传输路径。
动态自组网有如下优点：
部署灵活：
部署方面，动态自组织网络节点（终端或微型基站），只要处于目标区域，就可以进行自动的配置，自动建立并维护网络拓扑，确定最佳传输途径，大大降低网络部署成本，加快部署速度。
支持多跳：
动态自组织网络支持多跳传输，与发射端有直接视距的接收端先接受到无线信号，然后接收端无线信号转发到它直视视距的下一条终端。因此，数据包在自组网络中传输，能供这样一跳一跳传递下去，直至到达目标终端。动态自组网络中通过多跳方式传输，大大扩展了应该领域和覆盖范围。
高可靠性
动态自组织网络支持空中多路冗余传输提高宽带。因为传输距离越长，干扰因素也会大大增加。而且自组网络的多跳传输可以有力的获得高带宽。也因为传输距离小，需要的功率也小，也因此更加绿色节能。
支持超高带宽
无线通信领域传输距离越短，越容易获得高带宽。因为传输距离越长，干扰因素也会越大。而自组织网络的多跳传输可以有力的获得高带宽。也因为传输距离小，需要的功率也小，因此更加绿色节能。
5G关键技术-软件定义网络（SDN）
1.物理上分离控制平面和转发平面
2.控制器集中管理多台转发设备
3.服务和程序部署在控制器上
在5G网络架构设计上要遵循智能、开放、灵活、高效的原则。IT新技术给了5G网络结构的实现，提高了新的技术支持。其中软件定义网络（SDN）和网络功能虚化技术
SDN起源：
SDN起源于2008年美国斯坦福大学教授Nick Mckeown等人的Ethane项目研究。其主要思想是将传统的网络设备的数据平面和控制平面分离，使用户能通过标准化的接口对各种网络转发设备进行统一管理和配置。这种传统网络设备向SDN的演变，正像大型机与PC机的类比。
总结
SDN--软件定义网络
SDN的核心思想--转发和控制分离，从而实现网络流量的灵活控制
SDN网络的新角色--控制器
承上：对上层应用提供网络编程的接口
启下：对下提供对实际物理网络网元的管理
网络功能虚拟化（NFV）：
软硬件解耦、虚拟化
通用硬件实现网络功能
SDN与NFV的本质区别与关联
二者都有将传统的一体化网络设备进行软硬件解耦的特点，从封闭走向开放，从独享的硬件发展到共享的软件，二者都有很强的互补性，但它们又相互独立，没有必然的依赖性。
SDN侧重于控制与转发的分离、网络集中控制（逻辑上）和网络虚化，主要影响到是网络结构；而NEV侧重点是软件与硬件的分离、硬件通用化和网络功能虚拟化，主要影响的是设备形态。
因此，SDN是面向网络结构的创新；NFV是面向设备形态的创新。
SDN的关键特征：
集中控制、优化全局效率；
开放接口、加快业务上线；
网络抽象、屏蔽底层差异。
NFV的关键特征：
上层业务云化，底层硬件标准化；
分层运营，加快业务上线与创新。
SDN与NFV的深度融合
SDV是面向网络架构的创新
NFV是面向设备形态的创新
SDNFVS使整个网络可编程，可灵活性
5G与5G即将面临的挑战
谱率资源的挑战：
我国的频段划分属于行政划分，和相对比的市场主导有区别
在欧美国家，频段是用来拍卖的，比如现在的3G时代，对于相应的频段，我国三大运营商都已经行政划分好了，剩下的就是比拼服务。而欧美采用拍卖的方式，他们首先要拍的是此频段的牌照，比如英国的3G频谱就拍卖了220亿英镑，德国更是高达450亿美元。
频谱之所以这么贵，是因为目前可用的频谱资源是有限的。
相当于提高频谱利用率，增加频谱带宽的方法就显得更加简单直接。在频谱利用率不变的情况下，可用带宽如果翻倍则可以实现的数据传输速率也翻倍。但是，现在常用5GHz以下已经非常拥挤。因此使用高频段和超高频段，成为广大厂商不约而同的解决办法。比如使用28GHz和60GHz的毫米波频段，是最具有希望使用在5G的两个频段。
使用28GHz和60GHz的毫米波频段，可以获得更大的带宽。各个频段可用频谱带宽比较
综上，5G技术的落地，仍要面临频谱资源稀缺及高频段开发等挑战：
通信产业发展至今，频谱资源日益稀少。
5G网络需要使用高频段甚至更高频段（例如毫米波频段）的深度开发、非授权频段的使用，满足未来网络对频谱资源的需求。这些技术的发展同时也需要终端设备的升级。
与低频无线传播特性相比，高频对无线传播路径上的建筑物材质、植被、雨衰/氧衰等更敏感。
不同频段存在不同的使用规则和约束，这使得频谱规划也变得更加复杂。
解决方向：
使用60GHz甚至300GHz的频段，加强带宽利用率。
新业务挑战：
围绕业务体验进行网络建设已经成为行业共识，体验建网可以达成用户需求作为网络建设的目标，规划方法涉及的关键能力包括：业务识别、体验评估、GAP分析、规划仿真等。根据业务类型的体验需求特征，不同的5G业务要求不同。
uRLLC：对时延（1ms）和可靠性（99.999%）的要求很高
mMTC：对连接数量和耗电/待机的要求较高
eMBB：要求移动网络为AR/VR等新业务提供良好的用户体验
新业务在待机、时延、可靠性等方面的体验需求，当前在评估方法、仿真预测、以及规划方案等领域均处于空白或刚起步的阶段，面临非常大的挑战。
新使用场景的挑战
因为大量新业务的引入，5G应用场景将远远超出了传统移动通信网络的范围，包括：
移动热点：人群的聚集和移动会带来大量的移动热点场景，需要有超密组网的网络规划方案
物联网络：面向各种垂直行业的物联新业务，如智能抄表，智能停车、工业4.0等，其应用场景大大超出了人的活动范围。
低空/高空覆盖：很多国家明确提出了提高移动通信网络为低空无人机提供覆盖和监管的需求：高考飞机航线覆盖，5G为这些应用场景，无论是相关的传播特性、还是组网规划方案，目前基本是空白，需要开展相关的课题研究。
终端设备带来的挑战
随着移动互联网和物联网的兴起，终端不断向便携式、智能化、多元化方向发展，未来联网终端数量将呈爆发式增长，互联网时代的用户长尾化需求，移动互联网时代的用户碎片化需求，将在终端设备形态上得到充分体现。对用户而言，有好多用户体验和应该的多样化成为服务类终端的核心竞争力。因此，要实现低成本多模终端的研发，对终端设备的芯片和工艺、射频技术以及器材、电池寿命等技术研发带来了挑战。
5G面临的安全挑战
5G带来了三大应用场景：增强型移动宽带（eMBB）、大规模机器类通信（mMTC）、高可靠低时延（uRLLC）。
5G三大应该场景面临的安全挑战
这三大应用场景中，
对增强移动宽带来说，它需要更高的安全处理性能，保障用户获得良好的体验速率；
二是它需要支持外部网络二次认证，能更好地与业务结合在一起；
三是需要解决目前发现的已知漏洞问题。
对于低功耗的大规模机器类通信来说，需要轻量化的安全机制，以使用功耗受限、时延受限的物联网设备的需要；需要通过群组认证机制，解决海量物联网设备认证时所带来的信令风暴问题；需要抗DDOS攻击机制，应对由于设备安全能力不足被攻击者利用，而对网络基础设施发起攻击的危险。对于高可靠低时延通信来说，需要提供低时延的安全算法和协议，要简化和优化原有安全上下文的交换、密钥管理等流程，支持边缘计算架构，支持隐私和关键数据的保护。
新架构的安全挑战
面对5G带来的三大应用场景，
以IT为中心的网络架构，会引入超密集组网、SDN、云计算、NFV等新技术。
新技术也带来了新挑战，如SDN和NFV
这样的技术引入，使得网络边界变得十分模糊，以前依赖物理边界防护的安全机制难以得到应用。所以，安全机制要适应虚拟云化的需要。
5G网络会变得更加开放，相比现有的相对封闭的移动通信系统来说，会面临更多的网络空间安全问题。比如APT攻击、DDOS、worm恶意软件攻击等，而且攻击会更加猛烈，规模更大，影响也会更大
总结
在5G高速发展的今天，我们已经具备了较为完善的技术支持，以及各种应对方案，而5G的建设也在加速推广中，遍及各个行业，都有5G的身影，其中包括但不限于医疗、物流、IT、通信，这些行业的5G利用方法都非常的出色，也在处处流露出，5G的用途之广、使用之便利，5G的加速普及，对云计算和大数据等方面的IT产业也有着极大的推进作用，其发展走向早已万里鹏程，势不可挡了。