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5G环境下的网络架构与监控技术5G环境下的网络架构与监控技术随着通信技术的发展,5G通信技术带来的不仅是安全、髙速的网络,更多 的是带来无线网络的全面无缝连接。5G技术强大的兼容性,可以接入现阶段几 乎所有的电子设备,其与大数据的融合对今后的无线网络的传输构架和平安城 市、智慧城市的发展都有着不可估量的影响。文章结合现阶段无线通信技术的 发展,浅析5G环境下的大数据网络架构与监控技术。关键词:5G通信技术;网络架构;监控技术2G 通信技术实现了语音和小数据的无线传输, 3G 通信技术实现了简单的多 媒体数据互联, 4G 通信技术打造了髙清、实时的人与物互联的移动网络。 5G 通 信技术可以实现现今超髙流量密度、超髙连接数密度、超髙移动性需求的物物 互联,其与大数据的融合,使移动互联网络已从单一的人与人的沟通、人与网 络的交互上升到了万物互联的髙度。 5G 环境下的大数据所涵盖的内容如图1所 示。我国的5G通信技术从2015年开始,经历了 Rel14、Rel15和Rel16三个阶 段,其中Rel14为理论研究阶段,Rel15为5G第一阶段,制定了第一个版本的 5G标准,满足了部分5G需求,支持eMBB和URLLC两大场景的应用,Rel16为 5G 第二阶段,完成了全部标准化工作,满足了 ITU 定义的需求,完成了 eMBB、URLLC和mMTC三大场景的应用。一、5G环境下的大数据网络架构5G 技术的应用,不再局限于单一的网络通信,其扩容性让其涵盖了社会生 活的各个方面,其应用场景所使用的技术是多样化的(图2)。因此, 5G 环境 下的大数据网络架构相较于传统通信网络架构来说,其组网模式、通信频谱、 天线技术和末端基站都有较大的改变。(一)组网模式现阶段 4G 与 5G 处于共存模式,因此 5G 通信网络的组网 模式必须采用独立组网(SA)和非独立组网(NSA)两种模式。其中独立组网直 接使用5G设备做控制和承载,采用下一代核心网(NGC),其优点在于在支持 5G 的全部功能和应用的同时,支持 5G 和 4G 无线传输网络同时并行,其缺点在 于组网初期建设成本相对较高。非独立组网由双连接、主基站控制(信令面锚 点),核心网采用4GEPC或者NGC,其优点在于可以通过已有的通讯基础设施 建设 5G 同行网络,能加快 5G 技术的商业部署进程,并且前期投资较小,其缺 点是非独立组网设备性能并不能完全满足 5G 通信技术的需求,在小范围内效果 很好,但是由于通信链路的互相影响,不利于大范围内使用。(二)通信频谱分配 5G 通信的频段分为高频段和低频段,其中高频段频谱 范围是24.7527.5GHz和3742.5GHz;低频段的频谱范围为3.33.6GHz和 4.85GHz。髙频段的主要作用是在多热点区域以及室内区域实现数据无线连 接,低频段的主要作用是在接入层实现无线数据传输,同时采用高低频紧密耦 合实现数据无缝连接,其示意图如图 3 所示。(三)MassiveMIMO 技术 MassiveMIMO 技术主要用于宏覆盖、髙层建筑、 异构网络、室内外热点、无线回传链路的地域,其技术主要优势包括:当基站 天线数远大于用户天线数时,各个用户的信道将趋于正交;小区内同频干扰及 加性噪声趋于消失,系统性能仅受限于邻区导频的复用;能多维度(空域、时 域、频域、极化域等)提升频谱利用效率和能量利用效率;通过空间复用技术 和拟制干扰技术,可进一步提髙系统容量。(四)开放平台小基站(5G微站)由于5G通信频率相较于传统通信手段 而言比较髙,因此其信号覆盖范围远低于传统通信手段,非独立组网的基站并 不能完整地覆盖整个区域,开放平台小基站的应用,弥补了末端信号传输的问 题,小基站单RRU功耗0.5kW,其供电方式可采用220V交流电或者远供直流 电,或者锂电池等方式,并且设备体积和重量都较小,可考虑在建筑外墙、监 控立杆和部分市政道路设施上安装。远端覆盖单元具备微功率射频收发,用以 实现5G通信信号的分布式覆盖;扩展单元主要是实现频率可覆盖区域内的上下 行信号交换和通信数据的分发与汇聚,同时为远端覆盖单元提供电力支持;接 入单元完成基带部分的信号处理以及上下行信令的交互。(五)5G网络架构5G网络的架构应包括三个部分:利用MIMO天线技术 进行网络全方位覆盖,利用小基站提供盲点补充覆盖和热点流量服务,利用室 分技术解决室内深度覆盖。通过以上手段,实现网络架构的宏微异构和高低频 协同。其网络架构如图 4 所示。二、5G环境下的监控技术(一)无线监控技术所面临的问题在现阶段,无线监控技术已经运用到部 分监控场景中,但是其大多数信号传输都是采用 WLAN 传输,主流监控设备生 产厂家并没有生产基于4G移动通信的无线监控设备。其主要原因是监控数据大 部分都是髙清视频数据,其数据传输对无线网络的带宽和流量要求较髙,4G技 术下的髙清流量是无线监控终端所消耗不起的。再者,4G技术下,无线数据的 传输对环境要求较髙,建筑物的遮挡等环境因素都将影响数据传输的实时性和 有效性。因此,现阶段的环境监控、交通监控和治安监控都是采用有线信号传 输,这也导致了在一定区域内,必须建立一个信号中转机房,才能保证监控信 号的正常传输。(二)5G 环境下的无线监控技术现阶段,由于带宽、延迟、流量费用等问 题限制了无线监控技术的发展,大范围内的监控系统都采取三级甚至四级监控 模式,由监控终端到总系统需要经过多层数据交换,使监控系统的实时性和有 效性大打折扣。5G技术作为新的无线传输技术,其数据传输上下行带宽足够满 足 4K、8K 髙清视频信号的传输要求,其超髙的通信频率可以极大增强无线通信 信号的穿透性,同时,5G时代的流量使用费用也将极大降低。基于以上5G技 术带来的便利,髙清监控设备终端可以通过加载基于5G的通信模块来实现无线 高清视频信号的传输,减少了监控范围内视频数据传输的中间环节,可实现监 控中心的二级分层模式,使终端视频监控信号直接接入中心机房,通过大数据 分析直接提取有效视频信息,既保证了视频数据的实时有效,也大大节约了整 个监控网络的建设投资。三、结语5G时代是一个万物互联的时代,不论是通信技术还是数据传输技术,5G必 将以其超强的包容性和超大的数据网络引起新一轮的技术变革,在监控领域, 监控终端如何在5G大数据网络构架下,实现数据髙效采集、传输、存储和分 析,将成为新一轮的研究课题。
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