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5G的概念及特点

在第一章里我们谈了数据,也谈了大数据技术,大数据之前所具有的特征已经基本介绍完了。随着通信技术的发展,大数据又迎来了新一轮的发展期,5G将成为大数据发展必不可少的一环。

自2015年世界无线电通信大会后,全球通信产业对5G的研究和应用逐渐提速,不少公司在正式的5G技术标准出台之前就开始了各种技术测试,业内出现越来越多畅想5G时代美好生活的声音。而经历了历次通信技术的进步后,普通民众开始期盼互联网和无线通信技术的发展速度更快。很显然,人们已经不满足于4G服务,业界的躁动更是勾起了人们对5G的好奇心,点燃了人们对5G时代的无限期待和想象。

何为5G

所谓5G,指的是第五代移动通信技术(5th generation mo-bile network),是继2G、3G、4G之后的最新一代蜂窝移动通信技术。而蜂窝移动通信(Cellular Mobile Communication)指的是以蜂窝无线组网方式,在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来,进而实现用户在活动中可相互通信(可与固定电话,即座机相对比)。这种无线组网方式的主要特征就是终端的移动性,并且具有越区切换和跨本地网自动漫游功能。

对于5G,大家还需了解的是,它有一个法定名称——IMT-2020,即“International Mobile Telecommunications- 2020”。2015年10月26日至30日,在瑞士日内瓦召开的2015年世界无线电通信大会上,国际电联无线电通信部门(ITU- R)正式批准了三项有利于推进未来5G研究进程的决议,并正式确定5G的法定名称为“IMT- 2020”。

当然,我们还需大致了解5G的标准制定工作。2G时代欧洲有GSM(全球移动通信系统),美国有CDMA(码分多址);3G时代中国也加入其中,从而形成全球的三个标准,分别是欧洲的WCDMA、美国的CDMA2000以及中国的TD- SCDMA。有意思的是,3G时代,中国的电信主管部门发放了三张3G牌照,分别是上述三个标准(中国移动的TD- SCDMA、中国联通的WCDMA以及中国电信的CDMA2000);到了4G时代,各方博弈的最终结果是,欧洲的LTE- FDD和中国的TDLTE成为4G时代全球的两大技术标准。

标准不统一是之前几代通信技术的共同特点,而随着全球化的不断演进,移动设备的跨国使用越来越频繁,不仅如此,跨国或跨地区的通信设备基础设施建设也越来越普遍,标准不统一就意味着更多的成本和资源消耗。拿通信设备制造商来说,在进行相关设备生产时,技术研发和产品设计等可能存在较大的差异。与此同时,标准不统一意味着不能互联互通,这本身也违背了通信技术的发展趋势。

而5G在标准统一上迈进了一大步,由3GPP(第三代合作伙伴计划)主管全球的标准制定。简单来看,3GPP技术规范的制定分为五个步骤,分别是早期研发、项目提案、可行性研究、技术规范和商用部署。在标准制定过程中,每一个参与者各自提出自己的想法,大家一起讨论、修改,最后形成共同的意见。关于5G更为详尽的标准制定过程不是本书的重点,在此不再赘述。不过,需要一提的是,5G建设分为两步,第一步是非独立组网模式NSA,第二步是独立组网模式SA。在NSA模式下,5G依赖于4G网络,不能单独工作,也不能共建共享,在带宽和时延方面的能力很有限,除了满足eMBB(增强型移动宽带)场景外,对uRLLC(超高可靠低时延通信)和mMTC(海量机器类通信)等场景无能为力,因此,很多国家推出的基于NSA的5G服务都是过渡性的。只有等到SA阶段,5G网络的全部特性都可以实现的时候,才算真正进入了5G时代。

5G的六大特点

了解完5G的基本信息后,可能大家已经察觉到,5G将带来一个全球互联的时代。确实,5G除了标准统一外,还具有诸多新的特点,所有这些为5G带来了更广阔的应用空间。

1.高速度

如果问及2G、3G、4G、5G的区别是什么,大多数用户的答案都是网速更快了。在过去,每一代新的通信技术出现之后,给人最直观的体验便是速度加快。确实,随着网络在人们日常生活中的重要性不断提高,民众对网速的要求越来越高,感受也大不相同。如果可以1秒下载完《王者荣耀》,谁又愿意多花好几分钟等那个圈圈转个不停呢?理论上,5G的下行速度可快至10GB/s,是4G的近百倍,且5G的基站峰值要求不低于20GB/s,这意味着你不用担心在万人齐聚的演唱会上无法上传朋友圈,在人流量大的车站发不出去语音。在5G时代,因抢带宽而导致的4G变2G的情况将不复存在。

2.泛在网

如果说高速度是普通用户最容易感知到的特点,那么泛在网则是5G的一个突出亮点。泛在网就是广泛存在的网络,它以实现在任何时间、任何地点,任何人、任何物都能顺畅地通信为目标。泛在网整合了多样化的信息通信技术,包含了物联网、互联网和通信网等所有已有的网络。当泛在网的目标得以实现时,人类将真正进入万物互联的时代。届时,地下车库不再是网络盲区,小型基站将遍布整个车库,以支持汽车进行自动启停等操作;当人们身处高山峡谷、深山老林等自然环境恶劣的地方时,再也不会因为无法联网而必须绞尽脑汁地寻找有利地形,小型基站的存在让人和所有联网设备可以随时保持在线状态,整个网络资源触手可及。

3.低功耗

人类发展一直伴随着能源问题,如何解决能源问题也是通信领域不得不考虑的事情,而5G在加速互联的同时还带来了功耗的降低,给了能源问题另一种解答方式。功耗降低的作用在哪里?我们举个简单的例子,不知大家是否还记得,此前,水表和电表的查验方式是挨家挨户查,如今,水表电表的查验都采取一种远程监控的方式。但通常来讲,这些MTC终端可能需要部署在无法供电的地方,电池是这些设备最常用的供电工具。遗憾的是,电池供电极为有限,对于MTC终端来说并不可行,人们迫切需要它们能够满足超低功耗要求,而5G MTC终端仅用两节AA高能电池,便可提供长达10年以上的续航能力。5G的低功耗也印证了关于发展解决问题的观点,如果人类难以在短时间内在能源方面有所创新,那么在低功耗的道路上走得更远,不失为一种明智的选择。

4.低时延

低时延看上去有点儿像高速度,简单来说,低时延就是信号从一个终端传输到另一个终端的响应速度更快了,但要注意,这里的速度提高是端到端的。5G的超低时延使得很多领域看到了转型升级的可能性,比如在工业互联网领域,德国某研究所在5G网络下对飞机喷气式发动机所用的扇叶盘进行测试,发现利用毫秒级的低时延能力控制和实时监控生产工艺,可以将打磨时间降低25%,质量提升20%;在远程医疗服务中,低时延更能保证治疗的有效性。除此之外,对于像自动驾驶、VR等对时延有很高要求的领域,5G通信网络的引入将大大提高生产效率和可靠性。

5.万物互联

回顾之前的发展,通信技术就是在一步步地走向互联,1G 到4G有效地解决了人与人之间的通信,而5G则向着更广阔的空间迈进,人与物、物与物的通信成为可能,“随时随地万物接入”也就实现了万物互联。从连接的本质来看,相较于原来孤立的、不连续的连接,万物互联是实时的和全方位的连接。

比如,特斯拉汽车里就有几百个传感器监控汽车运行的情况,并进行行车记录,包括司机有没有握好方向盘,在行驶过程中是不是有使用手机等行为。汽车一旦出现故障,厂家可以马上定位问题的原因,而不需要像其他汽车维修中心那样在修理之前还要花上几个小时去排查故障原因。当然,人们还将目光投向了更遥远的地方,IBM(国际商业机器公司)曾提出“智慧地球”的概念,认为通过把感应器嵌入和装备到全球每个角落的电网、铁路等各种物体中,普遍连接形成物联网,然后通过超级计算机和云计算将物联网整合,最终就能形成“互联网+物联网=智慧地球”。

6.重构安全体系

在大数据技术属性方面,我们曾提到数据的安全问题,5G也面临同样的问题,在实现了更为广泛的人与物、物与物之间的连接后,一旦出现安全漏洞,其所带来的风险将会是系统性的,破坏力将大大增加。我们依然以汽车为例,大家还记得电影《速度与激情》中反派角色操控汽车使得城市混乱的场景吗?在5G时代,如果城市交通系统或是自动驾驶系统被不法分子攻破,可能整条街道甚至整座城市的汽车都将被黑客控制,这种场景简直不堪设想。

在泛在网时代,人与人、人与物、物与物都通过网络连接在一起,牵一发而动全身,所以,为了保证整个泛在网的安全,在构建5G网络时,应该首先在底层解决安全问题。即在网络建设之初,就应该加入安全机制,对信息进行加密,对特殊的服务还应该建立起专门的安全机制。随着5G的大规模商用,越来越多的安全问题将会逐渐出现,世界各国应该针对安全问题形成新的机制,最后建立起全新的安全体系。 hBbnk6jDAtCyGClu8qcwWMjUZjMfHahLH+gLPrCgySbRqz6CEL7bhkSCAqa8EK3v

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