第353章 纳奇大陆 4

    1、课题技术背景（来自百度搜索引擎）

    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，5g网络的理论下行速度为10gbs（）。

    诺基亚与加拿大运营商bellcanada合作，完成加拿大首次5g网络技术的测试。测试中使用了73ghz范围内频谱，数据传输速率为加拿大现有4g网络的6倍。鉴于两者的合作，外界分析加拿大很有可能将在5年内启动5g网络的全面部署。

    由于物联网尤其是互联网汽车等产业的快速发展，其对网络速度有着更高的要求，这无疑成为推动5g网络发展的重要因素。因此无论是加拿大政府还是全球各地，均在大力推进5g网络，以迎接下一波科技浪潮。不过，从2016年的情况来看5g网络离商用预计还需4到5年时间。

    三星电子通过研究和试验表明，在28ghz的超高频段，以每秒1gb以上的速度，成功实现了传送距离在2km范围内的数据传输。此前，世界上没有一个企业或机构开发出在6ghz以上的超高频段实现每秒gb级以上的数据传输技术，这是因为难以解决超高频波长段带来的数据损失大、传送距离短等难题。

    三星电子利用64个天线单元的自适应阵列传输技术，使电波的远距离输送成为可能，并能实时追踪使用者终端的位置，实现数据的上下载交换。超高频段数据传输技术的成功，不仅保证了更高的数据传输速度，也有效解决了移动通信波段资源几近枯竭的问题。

    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1000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。

    未来无线网络将部署超过现有站点10倍以上的各种无线节点，在宏站覆盖区内，站点间距离将保持10m以内，并且支持在每1km2范围内为个用户提供服务。同时也可能出现活跃用户数和站点数的比例达到1∶1的现象，即用户与服务节点一一对应。密集部署的网络拉近了终端与节点间的距离，使得网络的功率和频谱效率大幅度提高，同时也扩大了网络覆盖范围，扩展了系统容量，并且增强了业务在不同接入技术和各覆盖层次间的灵活性。虽然超密集异构网络架构在5g中有很大的发展前景，但是节点间距离的减少，越发密集的网络部署将使得网络拓扑更加复杂，从而容易出现与现有移动通信系统不兼容的问题。在5g移动通信网络中，干扰是一个必须解决的问题。网络中的干扰主要有：同频干扰，共享频谱资源干扰，不同覆盖层次间的干扰等。现有通信系统的干扰协调算法只能解决单个干扰源问题，而在5g网络中，相邻节点的传输损耗一般差别不大，这将导致多个干扰源强度相近，进一步恶化网络性能，使得现有协调算法难以应对。此外，由于业务和用户对qos需求的差异性很大，5g网络需要采用一些列措施来保障系统性能，主要有：不同业务在网络中的实现，各种节点间的协调方案，网络的选择，以及节能配置方法等。

    准确有效地感知相邻节点是实现大规模节点协作的前提条件。在超密集网络中，密集地部署使得小区边界数量剧增，加之形状的不规则，导致频繁复杂的切换。为了满足移动性需求，势必出现新的切换算法；另外，网络动态部署技术也是研究的重点。由于用户部署的大量节点的开启和关闭具有突发性和随机性，使得网络拓扑和干扰具有大范围动态变化特性；而各小站中较少的服务用户数也容易导致业务的空间和时间分布出现剧烈的动态变化。

    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-organizingnetwork，son)的智能化将成为5g网络必不可少的一项关键技术。

    自组织网络技术解决的关键问题主要有以下2点：①网络部署阶段的自规划和自配；②网络维护阶段的自优化和自愈合。自配置即新增网络节点的配置可实现即插即用，具有低成本、安装简易等优点。自优化的目的是减少业务工作量，达到提升网络质量及性能的效果，其方法是通过ue和enb测量，在本地enb或网络管理方面进行参数自优化。自愈合指系统能自动检测问题、定位问题和排除故障，大大减少维护成本并避免对网络质量和用户体验的影响。自规划的目的是动态进行网络规划并执行，同时满足系统的容量扩展、业务监测或优化结果等方面的需求。目前，主要有集中式、分布式以及混合式3种自组织网络架构。其中，基于网管系统实现的集中式架构具有控制范围广、冲突小等优点，但也存在着运行速度慢、算法复杂度高等方面的不足；而分布式恰恰相反，主要通过son分布在enb上来实现，效率和响应速度高，网络扩展性较好，对系统依懒性小，缺点是协调困难；混合式结合集中式和分布式2种架构的优点，缺点是设计复杂。son技术应用于移动通信网络时，其优势体现在网络效率和维护方面，同时减少了运营商的资本性支出和运营成本投入。由于现有的son技术都是从各自网络的角度出发，自部署、自配置、自优化和自愈合等操作具有独立性和封闭性，在多网络之间缺乏协作。因此，研究支持异构网络协作的son技术具有深远意义。

    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(contentdistributionnetwork，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。

    内容分发网络是在传统网络中添加新的层次，即智能虚拟网络。cdn系统综合考虑各节点连接状态，负载情况以及用户距离等信息，通过将相关内容分发至靠近用户的cdn代理服务器上，实现用户就近获取所需的信息，使得网络拥塞状况得以缓解，降低响应时间，提高响应速度。cdn网络架构在用户侧与源server之间构建多个cdn代理server，可以降低延迟、提高qos(qualityofservice)。当用户对所需内容发送请求时，如果源服务器之前接收到相同内容的请求，则该请求被dns重定向到离用户最近的cdn代理服务器上，由该代理服务器发送相应内容给用户。因此，源服务器只需要将内容发给各个代理服务器，便于用户从就近的带宽充足的代理服务器上获取内容，降低网络时延并提高用户体验。随着云计算、移动互联网及动态网络内容技术的推进，内容分发技术逐步趋向于专业化、定制化，在内容路由、管理、推送以及安全性方面都面临新的挑战。

    在未来5g网络中，随着智能移动终端的不断普及和快速发展的应用服务，用户对移动数据业务需求量将不断增长，对业务服务质量的要求也不断提升。cdn技术的优势正是为用户快速地提供信息服务，同时有助于解决网络拥塞问题。因此，cdn技术成为5g必备的关键技术之一。

    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-devicecon，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。

    d2d通信是一种基于蜂窝系统的近距离数据直接传输技术。d2d会话的数据直接在终端之间进行传输，不需要通过基站转发，而相关的控制信令，如会话的建立、维持、无线资源分配以及计费、鉴权、识别、移动性管理等仍由蜂窝网络负责。蜂窝网络引入d2d通信，可以减轻基站负担，降低端到端的传输时延，提升频谱效率，降低终端发射功率。当无线通信基础设施损坏，或者在无线网络的覆盖盲区，终端可借助d2d实现端到端通信甚至接入蜂窝网络。在5g网络中，既可以在授权频段部署d2d通信，也可在非授权频段部署。

    m2m通信

    omachine，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。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；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”。

    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tcpip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(inforwork，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。

    icn所指的信息包括实时媒体流、网页服务、多媒体通信等，而信息中心网络就是这些片段信息的总集合。因此，icn的主要概念是信息的分发、查找和传递，不再是维护目标主机的可连通性。不同于传统的以主机地址为中心的tcpip网络体系结构，icn采用的是以信息为中心的网络通信模型，忽略ip地址的作用，甚至只是将其作为一种传输标识。全新的网络协议栈能够实现网络层解析信息名称、路由缓存信息数据、多播传递信息等功能，从而较好地解决计算机网络中存在的扩展性、实时性以及动态性等问题。icn信息传递流程是一种基于发布订阅方式的信息传递流程。首先，内容提供方向网络发布自己所拥有的内容，网络中的节点就明白当收到相关内容的请求时如何响应该请求。然后，当第一个订阅方向网络发送内容请求时，节点将请求转发到内容发布方，内容发布方将相应内容发送给订阅方，带有缓存的节点会将经过的内容缓存。其他订阅方对相同内容发送请求时，邻近带缓存的节点直接将相应内容响应给订阅方。因此，信息中心网络的通信过程就是请求内容的匹配过程。传统ip网络中，采用的是“推”传输模式，即服务器在整个传输过程中占主导地位，忽略了用户的地位，从而导致用户端接收过多的垃圾信息。icn网络正好相反，采用“拉”模式，整个传输过程由用户的实时信息请求触发，网络则通过信息缓存的方式，实现快速响应用户。此外，信息安全只与信息自身相关，而与存储容器无关。针对信息的这种特性，icn网络采用有别于传统网络安全机制的基于信息的安全机制。这种机制更加合理可信，且能实现更细的安全策略粒度。和传统的ip网络相比，icn具有高效性、高安全性且支持客户端移动等优势。目前比较典型的icn方案有ccn，dona，netinf，ins和triad。

    移动云计算