云计算学习笔记（1）（初识5G）

移动通信发展历程

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• 通信技术具有代际演进规律
• "G"代表一代
• 每十年一个周期

1G	2G	3G	4G	5G
1980s	1990s	2000s	2010	2020
语音	短信	社交应用	在线，互动，游戏	虚拟现实，"零"时延感知
AMPS,TACS	2G:GSM,IS-95 2.5G: GPRS,EDGE,IS-95B	WCDMA,CDMA2000,TD-SCDMA	LTE-Advanced,Wireless MAN-Advanced

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5G八大技术指标

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指标名称	流量密度	连接数密度	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/Km²	10ms	350Km/h	1倍	10Mbps	1倍	1Gbps
5G取值	10Tbps/Km²	100万/Km²	1ms	500Km/h	100倍提升(网络侧)	0.1-1Gbps	3倍提升(某些场景提升)	20Gbps

• 八大应用指标具体阐述

  1. 流量密度：单位面积内的总流量数
  2. 连接数密度：指单位面积内可以支持的在线设备总和
  3. 时延：发送端到接收端接收数据之间的间隔
  4. 移动性：支持用户终端的最大移动速度
  5. 能源效率：每消耗单位能量可以传送的数据量
  6. 用户体验速率：单位时间内用户获得MAC层用户面数据传送量
  7. 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
  8. 峰值速率：用户可以获得的最大业务速率

  • 5G对比4G关键性能指标有了相当大程度的提升

    总结起来就是5G具有高速率，低时延，大容量，高可靠，海量连接等待等特点

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5G应用场景

• 应用场景1：增强的移动宽带

  eMBB即增强移动宽带，具备超大带宽和超高速率，实现用户体验速率100 Mbps、移动性500 Km/h；

• 应用宽带2：海量机器通信

  mMTC即低功耗大连接，支持连接数密度100万/平方公里

• 应用场景3：超高可靠和低时延通信

  uRLLC即高可靠低时延，支持单向空口时延最低1ms级别；

5G应用场景–VR/AR

• VR: 虚拟现实
• AR: 增强现实
• MR: 混合现实

5G应用场景–车联网

• 自动驾驶
• 远程驾驶
• 编队驾驶

5G应用场景–远程医疗

• 远程B超
• 远程手术

5G应用场景–智慧城市

• 交通，医疗，公共安全，公共事业，教育和科技，市民服务…
• 智慧灯杆

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5G关键技术

超密集组网

• 5G需要满足热点高容量场景

• 超密集组网：大量增加小基站，以空间换性能（宏基站，家庭基站，微基站）

  • 小基站优势
    1. 体积小，成本低，安装容易，适合深度覆盖
    2. 功率小，干扰小，更小的范围内实现频率复用，提升容量
    3. 距离用户近，提升信号质量和高速率

• 部署架构：1，宏基站+微基站 2，微基站+微基站

• 关键技术：1，多连接技术 2，无线回传技术

大规模天线阵列

• 传统天线2、4、8根 Massive MIMO可达64、128、256个天线
• 优点
  1. 提升了信号可靠性
  2. 提升了基站吞吐率
  3. 大幅降低对周边基站的干扰
  4. 服务更多的移动终端

动态自组织网络（SON）

指可自动协调指可自动协调相邻小区、自动配置和自优化的网络，以减少网络干扰，提升网络运行效率。
在传统蜂窝网络架构下，终端必须通过基站和蜂窝网网关才能与目标端进行通信。在这种架构下，终端在获得数据传输服务前必须首先选择一个服务基站，与服务基站建立并保持连接。
在动态自组织网络中，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。
在动态自组织网络中，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，无须任何布线，并具有支持分布式网络的冗余机制和重新路由功能。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。

• 用于满足低时延高可靠场景
• 优点
  1. 部署灵活
  2. 支持多跳
  3. 高可靠性
  4. 支持超高带宽

软件定义网络（SDN）

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

• 物理上分离控制平面和转发平面
• 控制器集中管理多台转发设备
• 服务和程序部署在控制器上

网络功能虚拟化

NFV的核心思想—软件和专用硬件解耦，软件与通用硬件联姻
NFV的核心技术—虚拟化，把通用服务器的CPU、内存、IO等资源切片给多个虚拟机使用。把交换机路由器防火墙的功能作为软件应用运行在虚拟机里来模拟它们的功能。通过OpenStack来进行管理和编排
NFV带来的网络革命—网络搜身（专用硬件向通用硬件的转化），业务带宽随需而动

• 软硬件解耦，虚拟化
• 通用硬件实现网络功能

SDN与NFV的深度融合

• SDN是面向网络架构的创新
• NFV是面向设备形态的更薪
• SDNFVS使整个网络可编程，可灵活性

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5G面临的挑战

频谱资源挑战

• 5GHz以下的频段已非常拥挤
• 解决方向：高频段和超高频段

新业务挑战

• eMBB：AR/VR等传输速率要求高
• mMTC：对连接数量，耗电/待机要求较高
• uRLLC：对时延（1ms），可靠性（99.99%）要求很高

新使用场景挑战

• 移动热点：大量热点带来的超密组网挑战
• 物联网络：捂脸新业务远超人的活动范围
• 低空/高空覆盖：无人机，飞机航线覆盖等

终端设备挑战

• 联网终端爆发式增长
• 中单多模研发，工艺，电池寿命等挑战

安全挑战

• 三大场景安全挑战

  • eMBB：安全处理性能，二次认证，已知漏洞

    对eMBB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；需要支持外部网络二次认证，能更好地与业务结合在一起；需要解决目前发现的已知漏洞的问题。

  • mMTC：轻量化安全，海量连接信令风暴

    对mMTC低功耗的大规模机器类通信来说，需要轻量化的安全机制，以适应功耗受限、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的问题；需要抗攻击机制，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。

  • uRLLC：低时延的安全算法，边缘计算，隐私保护

    对于uRLLC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。

• 新架构安全挑战

  • SDN，NFV等新安全机制要适应虚拟化，云化的需要

    随着SDN和NFV这样的技术引入，使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化、云化的需要。