5G環境下的網絡架構與監控技術范文

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摘要：隨著通信技術的發展，5g通信技術帶來的不僅是安全、高速的網絡，更多的是帶來無線網絡的全面無縫連接。5G技術強大的兼容性，可以接入現階段幾乎所有的電子設備，其與大數據的融合對今后的無線網絡的傳輸構架和平安城市、智慧城市的發展都有著不可估量的影響。文章結合現階段無線通信技術的發展，淺析5G環境下的大數據網絡架構與監控技術。

關鍵詞：5G通信技術；網絡架構；監控技術

2G通信技術實現了語音和小數據的無線傳輸，3G通信技術實現了簡單的多媒體數據互聯，4G通信技術打造了高清、實時的人與物互聯的移動網絡。5G通信技術可以實現現今超高流量密度、超高連接數密度、超高移動性需求的物物互聯，其與大數據的融合，使移動互聯網絡已從單一的人與人的溝通、人與網絡的交互上升到了萬物互聯的高度。5G環境下的大數據所涵蓋的內容如圖1所示。我國的5G通信技術從2015年開始，經歷了Rel14、Rel15和Rel16三個階段，其中Rel14為理論研究階段，Rel15為5G第一階段，制定了第一個版本的5G標準，滿足了部分5G需求，支持eMBB和URLLC兩大場景的應用，Rel16為5G第二階段，完成了全部標準化工作，滿足了ITU定義的需求，完成了eMBB、URLLC和mMTC三大場景的應用。

一、5G環境下的大數據網絡架構

5G技術的應用，不再局限于單一的網絡通信，其擴容性讓其涵蓋了社會生活的各個方面，其應用場景所使用的技術是多樣化的（圖2）。因此，5G環境下的大數據網絡架構相較于傳統通信網絡架構來說，其組網模式、通信頻譜、天線技術和末端基站都有較大的改變。

（一）組網模式現階段4G與5G處于共存模式，因此5G通信網絡的組網模式必須采用獨立組網（SA）和非獨立組網（NSA）兩種模式。其中獨立組網直接使用5G設備做控制和承載，采用下一代核心網（NGC），其優點在于在支持5G的全部功能和應用的同時，支持5G和4G無線傳輸網絡同時并行，其缺點在于組網初期建設成本相對較高。非獨立組網由雙連接、主基站控制（信令面錨點），核心網采用4GEPC或者NGC，其優點在于可以通過已有的通訊基礎設施建設5G同行網絡，能加快5G技術的商業部署進程，并且前期投資較小，其缺點是非獨立組網設備性能并不能完全滿足5G通信技術的需求，在小范圍內效果很好，但是由于通信鏈路的互相影響，不利于大范圍內使用。

（二）通信頻譜分配5G通信的頻段分為高頻段和低頻段，其中高頻段頻譜范圍是24.75～27.5GHz和37～42.5GHz；低頻段的頻譜范圍為3.3～3.6GHz和4.8～5GHz。高頻段的主要作用是在多熱點區域以及室內區域實現數據無線連接，低頻段的主要作用是在接入層實現無線數據傳輸，同時采用高低頻緊密耦合實現數據無縫連接，其示意圖如圖3所示。

（三）MassiveMIMO技術MassiveMIMO技術主要用于宏覆蓋、高層建筑、異構網絡、室內外熱點、無線回傳鏈路的地域，其技術主要優勢包括：當基站天線數遠大于用戶天線數時，各個用戶的信道將趨于正交；小區內同頻干擾及加性噪聲趨于消失，系統性能僅受限于鄰區導頻的復用；能多維度（空域、時域、頻域、極化域等）提升頻譜利用效率和能量利用效率；通過空間復用技術和擬制干擾技術，可進一步提高系統容量。

（四）開放平臺小基站（5G微站）由于5G通信頻率相較于傳統通信手段而言比較高，因此其信號覆蓋范圍遠低于傳統通信手段，非獨立組網的基站并不能完整地覆蓋整個區域，開放平臺小基站的應用，彌補了末端信號傳輸的問題，小基站單RRU功耗0.5kW，其供電方式可采用220V交流電或者遠供直流電，或者鋰電池等方式，并且設備體積和重量都較小，可考慮在建筑外墻、監控立桿和部分市政道路設施上安裝。遠端覆蓋單元具備微功率射頻收發，用以實現5G通信信號的分布式覆蓋；擴展單元主要是實現頻率可覆蓋區域內的上下行信號交換和通信數據的分發與匯聚，同時為遠端覆蓋單元提供電力支持；接入單元完成基帶部分的信號處理以及上下行信令的交互。

（五）5G網絡架構5G網絡的架構應包括三個部分：利用MIMO天線技術進行網絡全方位覆蓋，利用小基站提供盲點補充覆蓋和熱點流量服務，利用室分技術解決室內深度覆蓋。通過以上手段，實現網絡架構的宏微異構和高低頻協同。其網絡架構如圖4所示。

二、5G環境下的監控技術

（一）無線監控技術所面臨的問題在現階段，無線監控技術已經運用到部分監控場景中，但是其大多數信號傳輸都是采用WLAN傳輸，主流監控設備生產廠家并沒有生產基于4G移動通信的無線監控設備。其主要原因是監控數據大部分都是高清視頻數據，其數據傳輸對無線網絡的帶寬和流量要求較高，4G技術下的高清流量是無線監控終端所消耗不起的。再者，4G技術下，無線數據的傳輸對環境要求較高，建筑物的遮擋等環境因素都將影響數據傳輸的實時性和有效性。因此，現階段的環境監控、交通監控和治安監控都是采用有線信號傳輸，這也導致了在一定區域內，必須建立一個信號中轉機房，才能保證監控信號的正常傳輸。

（二）5G環境下的無線監控技術現階段，由于帶寬、延遲、流量費用等問題限制了無線監控技術的發展，大范圍內的監控系統都采取三級甚至四級監控模式，由監控終端到總系統需要經過多層數據交換，使監控系統的實時性和有效性大打折扣。5G技術作為新的無線傳輸技術，其數據傳輸上下行帶寬足夠滿足4K、8K高清視頻信號的傳輸要求，其超高的通信頻率可以極大增強無線通信信號的穿透性，同時，5G時代的流量使用費用也將極大降低。基于以上5G技術帶來的便利，高清監控設備終端可以通過加載基于5G的通信模塊來實現無線高清視頻信號的傳輸，減少了監控范圍內視頻數據傳輸的中間環節，可實現監控中心的二級分層模式，使終端視頻監控信號直接接入中心機房，通過大數據分析直接提取有效視頻信息，既保證了視頻數據的實時有效，也大大節約了整個監控網絡的建設投資。

三、結語

5G時代是一個萬物互聯的時代，不論是通信技術還是數據傳輸技術，5G必將以其超強的包容性和超大的數據網絡引起新一輪的技術變革，在監控領域，監控終端如何在5G大數據網絡構架下，實現數據高效采集、傳輸、存儲和分析，將成為新一輪的研究課題。

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作者：胡偉 單位：湖南省郵電規劃設計院有限公司