5G通信中數(shù)據(jù)傳輸部署及傳輸可靠性分析

趙威

[摘? ? ? ? ? ?要]? 隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，中國也正處于5G通信研發(fā)的階段。與3G、4G相比，5G通信具有安全性、智能性等特點(diǎn)。想要順利實(shí)現(xiàn)5G數(shù)據(jù)傳輸，必須借助多數(shù)關(guān)鍵技術(shù)支持，基于此，以5G通信為研究視角，在概述5G通信發(fā)展概況及其實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)（包含MIMO技術(shù)、毫米波技術(shù)等）基礎(chǔ)上，深入分析5G通信傳輸可靠性，提出確保5G通信傳輸安全性的架構(gòu)，以期為類似研究提供一定參考。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 5G通信;數(shù)據(jù)傳輸;可靠性;安全架構(gòu)

[中圖分類號]? TN929.5? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）12-0220-02

隨著信息化時(shí)代的發(fā)展，大街小巷已經(jīng)遍布通訊信號。在智能手機(jī)快速發(fā)展的同時(shí)，廣大用戶對通信數(shù)據(jù)要求更高，普通的3G/4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足多數(shù)居民的需求?；诖?，大力研發(fā)5G通信技術(shù)，并將其提供給廣大居民使用尤為重要。眾所周知，5G通信技術(shù)在未來物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，由于5G標(biāo)準(zhǔn)逐漸敲定，5G也會逐步推廣應(yīng)用。本文針對5G通信傳輸可靠性及其安全性展開分析，以推進(jìn)5G通信技術(shù)的發(fā)展。

一、概述5G通信發(fā)展?fàn)顩r

5G就是中國第五代移動通信技術(shù)，如今，國內(nèi)通信技術(shù)主要為3G、4G。與4G通信技術(shù)相比，5G具有較高的容量，能有效提升數(shù)據(jù)傳輸速度。此外，5G能夠同時(shí)支持多數(shù)用戶，并提供更高的數(shù)據(jù)傳輸量。一般情況下，處于同一趨勢下，越來越多的人可以獲取并觀看高清視頻等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在5G系統(tǒng)中的使用，不僅可以降低能耗及其成本，順利實(shí)現(xiàn)對通信支持。如今，并未出現(xiàn)規(guī)范的5G部署標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)5G通信技術(shù)發(fā)展目標(biāo)可知，我們應(yīng)對其標(biāo)準(zhǔn)做出下列預(yù)測：對于用網(wǎng)高峰區(qū)，最大的運(yùn)行速率達(dá)到1Gh/s，平均速率為100bit/s。與此同時(shí)，5G信號覆蓋面積明顯擴(kuò)大，它可以減少同一區(qū)域基站數(shù)量，進(jìn)而降低5G通信運(yùn)營及其維護(hù)成本，更好地滿足用戶實(shí)際需求[1]。中國計(jì)劃在2020年前順利實(shí)現(xiàn)5G通信，這一目標(biāo)不單符合我國國情，也是通信發(fā)展的必然結(jié)果。除此以外，5G網(wǎng)絡(luò)安全性明顯提升，依托物聯(lián)網(wǎng)、多天線等技術(shù)5G通信會對安全防護(hù)設(shè)備實(shí)施升級，提供廣播服務(wù)等功能。基于此，越來越多的商家開始大力研發(fā)5G通信，如芯片制造企業(yè)等，總體來說，5G通信重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)高速率、高安全設(shè)計(jì)，它依托4G通信順利實(shí)現(xiàn)大范圍突破。5G通信技術(shù)能有效解決信號盲區(qū)問題，提供大量優(yōu)質(zhì)服務(wù)，促使廣域移動性真正實(shí)現(xiàn)。2018年6月14日，3GPP全會證實(shí)批準(zhǔn)5G組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。使用5G通信技術(shù)在于促使終端用戶可以一直處在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，5G網(wǎng)絡(luò)所支持的設(shè)備也不再僅僅是智能手機(jī)，還包含智能手環(huán)、智能家居設(shè)備等[2]。

二、影響5G通信實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

（一）部署超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

超密集異構(gòu)不僅能有效解決5G通信所提出網(wǎng)絡(luò)高出10倍的問題，也有利于提升空間譜利用率，擴(kuò)大室內(nèi)的覆蓋范圍。因蜂窩小區(qū)覆蓋區(qū)域明顯變小，而小區(qū)分裂難度增加，使運(yùn)營商難以找出最佳的站點(diǎn)?；诖?，主要通過更改站點(diǎn)部署密集度實(shí)現(xiàn)。而超密集異構(gòu)網(wǎng)依托完善的部署無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，提升頻率服用效率，其主要使用場景包含地鐵站、校園、住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)等。

（二）MIMO技術(shù)的應(yīng)用

MIMO技術(shù)就是在發(fā)送與接收端兩側(cè)均設(shè)計(jì)多個(gè)天線，使信號依托發(fā)射端和接收端多個(gè)天線傳輸及接收，以此組成獨(dú)特的MIMO通信線路[3]。使用該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠全面使用空間資源，借助多數(shù)天線順利實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在并未增加頻譜資源及其天線發(fā)射功率條件下，能成倍提升系統(tǒng)信道容量。

（三）D2D技術(shù)應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，與用戶終端相關(guān)的種類隨之增加，使無線通信能量明顯增加。目前，終端設(shè)備間直接實(shí)現(xiàn)通信，除要依托2G、3G、4G連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)以外，也可通過藍(lán)牙、Wifi等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。除此以外，借助對以上通信技術(shù)的收集和改進(jìn)，還會催生出新的應(yīng)用場景滿足用戶實(shí)際需求。例如，終端之間實(shí)現(xiàn)協(xié)作通信，在未來通信發(fā)展過程中，不單網(wǎng)絡(luò)兩端可依托無線進(jìn)行協(xié)作，此后的發(fā)展過程中，終端間也會利用臨近終端的短距離技術(shù)實(shí)現(xiàn)連接，達(dá)到相互協(xié)作的效果。與此同時(shí)，海量數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)，終端依托基站節(jié)點(diǎn)的協(xié)助，能夠組成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

（四）毫米波技術(shù)

毫米波頻段通常處于30～300GHz范圍之內(nèi)，其存在波束窄、傳輸質(zhì)量高、支持全天候通信等特點(diǎn)[4][5]。在緊缺頻譜資源條件下，可利用毫米波技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信，有利于提高通信容量。除此以外，因5G必須創(chuàng)建超密集網(wǎng)絡(luò)，由于各基站之間的間距比較短，基站間會存在較多干擾。而毫米波技術(shù)由于自身波速窄，擁有良好的抗干擾能力，可以及時(shí)解決上述問題。

（五）多址技術(shù)的應(yīng)用

新型多址技術(shù)主要有FDMA、SDMA等，就是在無線通信系統(tǒng)內(nèi)，多用戶利用同一個(gè)基站及其用戶實(shí)現(xiàn)通信，在接收端通過科學(xué)的接收算法，對多用戶信息予以分離，有效提高系統(tǒng)頻譜效率，使系統(tǒng)接入容量隨之增加[6]。在未來發(fā)展中，移動互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)也會是移動通信發(fā)展主要的驅(qū)動力?；诖?，要求5G不單要具有提高系統(tǒng)頻譜效率的性能，還應(yīng)支持與海量設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接。

三、5G通信中數(shù)據(jù)傳輸可靠性分析

5G通信技術(shù)發(fā)展過程中，確保其安全性尤為重要，借助防火墻、電子信息門戶能獲取良好的防護(hù)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的漏洞。特別是之前并未遇到過的ODay漏洞應(yīng)及時(shí)做好填補(bǔ)工作，對相應(yīng)的電子信息予以備份處理，如果數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題則及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)，找出進(jìn)行惡意篡改的原因，防止日后出現(xiàn)類似的問題。從5G通信可靠性視角分析，利用網(wǎng)絡(luò)安全功能能夠獲得更好的詮釋。對于電子信息工程員工而言，準(zhǔn)確把握其特點(diǎn)，并把優(yōu)勢和5G通信相互結(jié)合，促使電子通信工程高效率、科學(xué)的發(fā)展。為使企業(yè)生產(chǎn)效能盡可能的展現(xiàn)出來，設(shè)法優(yōu)化企業(yè)工作效率，必須加強(qiáng)相應(yīng)的管理工作，運(yùn)用高新技術(shù)及專門人才保障工程質(zhì)量，這也成為企業(yè)發(fā)展的重心。5G通信應(yīng)用可靠性優(yōu)勢主要表現(xiàn)在可以順利完成整理、分析信息化數(shù)據(jù)，同一個(gè)數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建大量的信息數(shù)據(jù)，依據(jù)自己的工作建設(shè)通信，不同參建者也會把數(shù)據(jù)采集使用，有效減少人力、物力及財(cái)力產(chǎn)生的損耗，也可保證數(shù)據(jù)及時(shí)實(shí)現(xiàn)同步上傳操作。而數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、實(shí)效性在提升工程效率中發(fā)揮著重要作用，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)能同步傳輸信息，真正意義上實(shí)現(xiàn)便捷通信[7]。全方面及時(shí)傳遞給用戶數(shù)據(jù)，信息化檢索與信息整理相互結(jié)合組成相應(yīng)的咨詢報(bào)告，也可滿足用戶對信息的需求，促使數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確、完整地展現(xiàn)出來。

四、5G通信安全框架

未來5G網(wǎng)絡(luò)三朵云依次為接入云、云架構(gòu)以及處理云，5G相關(guān)設(shè)備如果想要達(dá)到安全通信的效果，必須建立與之對應(yīng)的安全框架，見下圖。

（一）確保終端設(shè)備安全

在未來發(fā)展過程中，5G通信技術(shù)的使用可以為海量用戶提供支持，并保證各類設(shè)備安全接入。5G不單能豐富移動互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的相關(guān)場景，也能深入普及在智能家居、環(huán)境監(jiān)測、移動醫(yī)療等領(lǐng)域，促使更多的設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接，構(gòu)成萬物互聯(lián)的場景。在這種場景內(nèi)，如果保障海量接入設(shè)備安全，即網(wǎng)元安全性，也是確保5G通信技術(shù)安全的前提。在保證網(wǎng)元安全前提下，需要在接入設(shè)備中設(shè)計(jì)合理的終端基礎(chǔ)安全模塊，在設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)階段開展安全測試，對處于運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備定期開展驗(yàn)證與維護(hù)操作，以此保證設(shè)備運(yùn)行安全[8]。

（二）數(shù)據(jù)處理與傳輸安全

為滿足5G通信業(yè)務(wù)發(fā)展需求，5G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)會引入一系列的組網(wǎng)模式，如實(shí)施核心網(wǎng)簡化等。對所提到的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以上變化均要利于三朵云網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)予以實(shí)現(xiàn)。在5G通信不同實(shí)體之間的傳輸也要通過三朵云間的協(xié)同，構(gòu)建相應(yīng)的通信鏈路，確保數(shù)據(jù)可以安全、有效的傳輸。必須注意，數(shù)據(jù)如果要想在5G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)完成安全傳輸，也必須利用SDN/NFV服務(wù)層不同功能進(jìn)行保證。而SDN使用使核心網(wǎng)絡(luò)趨向扁平化，網(wǎng)絡(luò)及其中繼點(diǎn)節(jié)點(diǎn)資源也會完成動態(tài)優(yōu)化，并把解耦網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面及其數(shù)據(jù)面，提供支持編程的接口使用;NFV則通過虛擬化技術(shù)促使其通信功能實(shí)現(xiàn)。針對SDN/NFV廣泛應(yīng)用引起的一系列網(wǎng)絡(luò)特性改變，多數(shù)原來圍繞通信設(shè)備設(shè)置的安全策略、方法等并不適用。未來5G通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中，三朵云的轉(zhuǎn)發(fā)、負(fù)載均衡等功能會使用戶數(shù)據(jù)具有良好的保密性，這也是確保5G數(shù)據(jù)處理及傳輸安全的重要工作。

總之，5G通信技術(shù)應(yīng)用有利于提升無線頻譜效率、信息傳送速度，也可以降低運(yùn)營成本。必須注意，雖然5G通信傳輸安全性明顯提升，但依舊不可以放松警惕，如今最重要的任務(wù)在于加強(qiáng)科學(xué)研究，合理使用各種關(guān)鍵技術(shù)（如D2D技術(shù)、新型多址技術(shù)等），保障5G通信的安全性及可靠性。

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