基于大數(shù)據(jù)的5G 無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模式研究

陳譜滟，盧睿文，盧文娟，李 洋，尤利航

（中國電信股份有限公司河南分公司 河南 鄭州 450046）

0 引言

隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展和普及，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和復(fù)雜性也在快速增加。 同時(shí)，大數(shù)據(jù)技術(shù)的興起為無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠收集、存儲和分析海量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，從中提取有價(jià)值的信息，為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供決策支持和指導(dǎo)［1］。 因此，基于大數(shù)據(jù)的5G 無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模式的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。

1 大數(shù)據(jù)技術(shù)在5G 通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的優(yōu)勢

網(wǎng)絡(luò)通信用戶能夠體驗(yàn)全新、獨(dú)特、規(guī)模較大的城市移動通信技術(shù)，打造大連接、更低功耗的5G 網(wǎng)絡(luò)通信運(yùn)營模式。 5G 通信基礎(chǔ)設(shè)施的基本結(jié)構(gòu)幾乎匹配，如圖1所示。

圖1 5G 通信網(wǎng)絡(luò)的基本組成結(jié)構(gòu)

近年來，在我國5G 通信基礎(chǔ)設(shè)施中，大數(shù)據(jù)技術(shù)得到了普遍應(yīng)用［2］。 大數(shù)據(jù)技術(shù)是最常用的，它能夠提高數(shù)據(jù)處理功能，改善數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，具體優(yōu)點(diǎn)如下：

1.1 有助于改善數(shù)據(jù)處理功能

從數(shù)字經(jīng)濟(jì)總量來看，發(fā)達(dá)國家和高收入國家數(shù)字經(jīng)濟(jì)總量占全球比重均超過七成［3］。 如圖2 所示。

圖2 2021 年全球不同國家組別數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模（單位：萬億美元）

1.2 有助于完善網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

據(jù)中國信通院數(shù)據(jù)，我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)保持較快發(fā)展，數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模由2016 年的22.6 萬億元增長至2021 年的45.5 萬億元， 占 GDP 的比重也從30.28% 提升至39.78%［4］。 2022 年，面對經(jīng)濟(jì)新的下行壓力，各級政府、各類企業(yè)紛紛把發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)作為培育經(jīng)濟(jì)增長新動能、搶抓發(fā)展新機(jī)遇的重要路徑手段，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展活力持續(xù)釋放，我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模達(dá)到50.2 萬億元，占GDP 比重超過四成，占比達(dá)41.5%［5］。 如圖3 所示。

圖3 2016—2022 年我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模及占GDP 比重

2 5G 無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化面臨的問題分析

中國移動等運(yùn)營商積極采取無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)，以期提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋水平。

2.1 語音話務(wù)負(fù)載均衡優(yōu)化技術(shù)

目前，5G 移動通信覆蓋縣級以上行政區(qū)域，這些區(qū)域周邊的人群也非常密集，如高層住宅區(qū)、商業(yè)寫字樓、大型商場等，不可能造成5G 移動通信技術(shù)局域網(wǎng)連接完全阻塞，借助語音流量負(fù)載均衡器技術(shù)來分析每個(gè)5G 通信基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)際容量是否能夠過載來進(jìn)行優(yōu)化。 如果出現(xiàn)信號覆蓋過載，能夠部署電信基站分流流量數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，維持各個(gè)信號覆蓋的實(shí)際容量，避免語音流量網(wǎng)絡(luò)擁塞。如果不是語音聊天流量負(fù)載均衡器還應(yīng)該對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)趨勢進(jìn)行具體分析。 一般情況下，根據(jù)兩個(gè)歷史時(shí)期的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，將為未來網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的決策過程予以支持，能夠進(jìn)一步完善。 并提升5G 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中局域網(wǎng)（local area network，LAN）連接的質(zhì)量和性能。 只是清理垃圾文件的形式是手動優(yōu)化，不太容易做到實(shí)時(shí)自動、準(zhǔn)確，不利于進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的快速性和及時(shí)性。

2.2 移動信號干擾控制優(yōu)化技術(shù)

5G 移動通信技術(shù)使用無線網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。與有線網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施不同，無線通信系統(tǒng)在局域網(wǎng)連接中面臨巨大的干擾信號。 這些干擾信號可能來自多種因素，比如住宅中央空調(diào)、不間斷電源和電池等設(shè)備。 這些設(shè)備通常會對無線路由器信號造成干擾，從而影響5G移動通信局域網(wǎng)連接數(shù)據(jù)的傳輸，導(dǎo)致錯(cuò)誤或數(shù)據(jù)傳輸中斷。 以采用移動信號不穩(wěn)定性比較技術(shù)來控制干擾信號。此外還可以采用評估整體信號覆蓋范圍和所在區(qū)域的無線路由器信號干擾情況的手段。 如果不選用先進(jìn)的信號覆蓋范圍和接收信號音頻放大器等設(shè)備，將無法進(jìn)一步提高5G 移動通信技術(shù)的傳輸數(shù)據(jù)質(zhì)量和性能。 大數(shù)據(jù)輔助規(guī)劃示意圖如圖4 所示。

圖4 大數(shù)據(jù)輔助規(guī)劃示意圖

2.3 覆蓋優(yōu)化技術(shù)

覆蓋優(yōu)化是一項(xiàng)非常實(shí)用的無線網(wǎng)絡(luò)連接、清理無用文件的技術(shù)比較。 該項(xiàng)技術(shù)比對能夠檢測5G 通信基礎(chǔ)設(shè)施是否存在缺口以及其他未覆蓋的異?，F(xiàn)象。 目前，大城市擁有相當(dāng)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，還部署了許多5G 基站。 信號覆蓋只是理論上做到全覆蓋。 但鑒于大面積建筑物遮擋、信號干擾等原因，不易造成部分區(qū)域無全覆蓋或弱全覆蓋。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所在區(qū)域有良好的無線通信系統(tǒng)，從而避免計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)中斷或數(shù)據(jù)低速減慢。 對比覆蓋優(yōu)化技術(shù)后，檢測到接收信號沒有全覆蓋，能夠提高該區(qū)域的電信基站或直放站，也能夠調(diào)整智能手機(jī)信號放大器的發(fā)射功率或相關(guān)參數(shù)，從而做到各個(gè)信號覆蓋和信號接收的相互覆蓋。

2.4 切換性能優(yōu)化技術(shù)

隨著5G 移動通信技術(shù)的普及和應(yīng)用，越來越多的大城市開通了5G 通信基礎(chǔ)設(shè)施，直連移動互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量也在以最快的速度增長。 除了傳統(tǒng)的5G 手機(jī)和無線路由器外，各種客戶端設(shè)備和無線網(wǎng)口也需要相應(yīng)的設(shè)備支持。 盡管計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中有數(shù)以億計(jì)的用戶和智能終端設(shè)備，但5G 手機(jī)的網(wǎng)絡(luò)仍存在一些漏洞和數(shù)據(jù)通信擁堵等問題。 為了達(dá)到更好的效果，必須進(jìn)一步提高5G 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和性能。 借助交換質(zhì)量和性能技術(shù)的比較來優(yōu)化5G 通信基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)一步改善手機(jī)連接的5GLAN 信號。 上海、北京、廣州等一線城市的5G 手機(jī)網(wǎng)絡(luò)毫米波頻段資源相對豐富，不太可能造成接收信號網(wǎng)絡(luò)終端和5G 通信質(zhì)量和性能惡化，與交換技術(shù)相比，能夠提高移動通信技術(shù)LAN 連接的常用水平，進(jìn)一步提高質(zhì)量和性能。5G 移動通信技術(shù)的切換質(zhì)量和性能技術(shù)涵蓋多種技術(shù)，主要有垂直平分切換和水平切換。 結(jié)合具體分析評估水平，最終發(fā)揮5G 通信基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)傳輸潛力。

3 大數(shù)據(jù)驅(qū)動5G 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化

3.1 大數(shù)據(jù)支撐大規(guī)模天線與分布式天線

在5G 通信基礎(chǔ)設(shè)施中，需要選用具備多個(gè)輸入和多個(gè)輸出的大型天線，并且5GLAN 連接中從數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)終端到數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的通道數(shù)量并不大。 高階多輸入多輸出（multiple input multiple output，MIMO）能夠?yàn)槊總€(gè)通道予以一個(gè)信號放大器，用于傳輸合成孔徑雷達(dá)，促進(jìn)空分設(shè)備復(fù)用，但合成孔徑雷達(dá)之間會存在不可靠的干擾信號，從而降低MIMO 運(yùn)行效率。 一定要從密集SAR相互間的干擾信號數(shù)據(jù)庫中收集數(shù)據(jù)，并借助恢復(fù)系統(tǒng)強(qiáng)大的計(jì)算能力進(jìn)行優(yōu)化。 考慮到連接局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)終端在信號覆蓋中心處實(shí)際接收到的功率較大，而信號覆蓋邊緣接收到的相關(guān)信息較差，能夠采取使用分布式網(wǎng)絡(luò)信號放大器。 在常用的分布式網(wǎng)絡(luò)信號放大器具體應(yīng)用過程中，考慮到分布式網(wǎng)絡(luò)信號放大器之間也存在信號干擾的問題，借助大數(shù)據(jù)的技術(shù)對比，采集所有信號放大器的信道數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和干擾信號數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。 另外，還能夠收集MIMO 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和LAN 連接數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)比對進(jìn)行具體分析，促進(jìn)精準(zhǔn)定位。 在具體情況下，能夠?qū)?nèi)部和外部信號放大器與無線路由器局域網(wǎng)連接技術(shù)相結(jié)合。 重視三維模擬與三維光線追蹤技術(shù)的對比效果更佳。 以保證接收信號的接收質(zhì)量。

3.2 大數(shù)據(jù)支撐5G 無線接入網(wǎng)資源管理

在傳統(tǒng)2G、3G 時(shí)代的環(huán)境下，無線接入網(wǎng)絡(luò)是多級局域網(wǎng)連接。 參照結(jié)合局域網(wǎng)連接基本結(jié)構(gòu)下逐步形成的漩渦效應(yīng)，信號覆蓋范圍繁忙。 4G 通信基礎(chǔ)設(shè)施借助信號覆蓋分解為基帶處理單元和射頻遠(yuǎn)程定制模塊。 為了應(yīng)對多個(gè)信號覆蓋，基帶處理單元可以集中到巴龍5000 池中，進(jìn)而做到資源的集約化利用。 在5G 通信基礎(chǔ)設(shè)施中，主要采用集中式五單元和分布式五單元來處理基帶信號。 集中式單元能夠?qū)Χ鄠€(gè)分布式五單元做到更有效的信息管理。 推動干擾信號信息管理與業(yè)務(wù)融合，五臺分布還可做到多信號放大處理和前傳壓縮，可靈活應(yīng)對傳輸數(shù)據(jù)變化和定制化需求，保證實(shí)時(shí)傳輸。 定時(shí)自動質(zhì)量優(yōu)化和性能，促進(jìn)計(jì)算機(jī)硬件產(chǎn)品成本更加有效可控。 如果沒有設(shè)計(jì)和制作，能夠縮短計(jì)算機(jī)用戶與計(jì)算機(jī)用戶相互間的直線距離，并能夠促進(jìn)集中信息管理。 在對多個(gè)分布式五單元進(jìn)行集中式單元信息管理的情況下，需要借助大數(shù)據(jù)技術(shù)比對收集大量計(jì)算機(jī)用戶空間內(nèi)的行為、未知等相關(guān)信息。 結(jié)合相關(guān)信息進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，從能源效率的角度做到忙閑時(shí)不同資源的科學(xué)配置。

3.3 大數(shù)據(jù)分析支撐異構(gòu)接入組網(wǎng)

5G 局域網(wǎng)連接的主要特點(diǎn)是毫米波頻段高、上傳下載量大。 在選用低功耗版本的窄帶物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，能夠參照結(jié)合具體情況進(jìn)行設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行應(yīng)該需要比較高的產(chǎn)品成本，但是大量采取使用窄帶物聯(lián)網(wǎng)也存在嚴(yán)重的干擾信號問題，如何解決公交車站選址和優(yōu)化相對困難。 針對具體情況，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)來比較宏蜂窩和微蜂窩獨(dú)立組網(wǎng)。宏蜂窩小區(qū)負(fù)責(zé)構(gòu)建多層，支持或不支持高優(yōu)先級網(wǎng)銀業(yè)務(wù)；微蜂窩覆蓋所有熱點(diǎn)，支持低優(yōu)先級的高速公路網(wǎng)銀。此外，還可以采取使用控制面和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)面分開獨(dú)立組網(wǎng)的方式，用集中信息管理大量窄帶物聯(lián)網(wǎng)。 為了防止干擾信號問題，可以將控制面數(shù)據(jù)鏈路與來自同一臺計(jì)算機(jī)的用戶數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)分開，并將控制面數(shù)據(jù)鏈路接入平臺到宏蜂窩小區(qū)。 在具體案例中，網(wǎng)絡(luò)終端在切換中不受窄帶物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路的影響，借助園區(qū)集群集中控制系統(tǒng)，能夠有效解決小單調(diào)問題。 為了減少干擾信號并解決協(xié)調(diào)器和負(fù)載平衡器的問題，可以使用上行鏈路和下行鏈路分布式架構(gòu)的異構(gòu)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)解決方案的形式。 考慮到網(wǎng)絡(luò)終端的MIMO 數(shù)量并不明顯小于信號覆蓋范圍，使得下行總覆蓋范圍低于下行，在小區(qū)邊緣，可以使用“5G 下行＋4G 上行”的異構(gòu)數(shù)據(jù)形式進(jìn)行操作。

3.4 大數(shù)據(jù)支撐5G 云網(wǎng)

5G 通信基礎(chǔ)設(shè)施屬于基于云的局域網(wǎng)連接，具體涵蓋直連云、轉(zhuǎn)發(fā)云和控制云。 在接入云中，窄帶物聯(lián)網(wǎng)（narrow band IoT，NB?IoT）集群根據(jù)微蜂巢的超強(qiáng)覆蓋逐步形成虛擬軟件園社區(qū)，促進(jìn)達(dá)成NB?IoT 資源相互間的協(xié)同信息管理和干擾信號協(xié)調(diào)。 轉(zhuǎn)發(fā)云是各行業(yè)、流的共享高速公路存儲文件、防火墻、流媒體服務(wù)器等網(wǎng)銀服務(wù)的五個(gè)單元。 控制云是根據(jù)服務(wù)器資源審核、局域網(wǎng)連接潛力研發(fā)等自定義模塊以及可控制的簡單邏輯。 結(jié)合5G場景，還涉及移動云計(jì)算和人工智能、移動邊緣計(jì)算技術(shù)、云邊、飛云等各種云。 從某種角度看來，對于局域網(wǎng)連接和計(jì)算機(jī)用戶，借助大數(shù)據(jù)分析來優(yōu)化資源分配。

3.5 大數(shù)據(jù)支撐5G 終端與云端的智能

目前，智能移動終端的能力較強(qiáng)，但網(wǎng)絡(luò)終端機(jī)器人的人工智能和數(shù)據(jù)處理能力相對較弱。 例如，當(dāng)智能手機(jī)采取使用2D 人臉識別技術(shù)時(shí)，識別效果不是很好，并且會受到發(fā)射光線、角度、面部表情和化妝學(xué)習(xí)等因素的影響。 具體過程中很難區(qū)分是照片還是真人。 在實(shí)際選用3D 面部識別技術(shù)過程中，采用本地網(wǎng)絡(luò)連接到云端來處理智能手機(jī)，可以有效提高安全性和減少無法識別的可能性。 借助云計(jì)算和人工智能，手機(jī)WiFi 不斷完善，能夠有效支持計(jì)算強(qiáng)度的共同使用。 但不予以通用支持，即不能夠?qū)⒂?jì)算任務(wù)從計(jì)算機(jī)客戶端轉(zhuǎn)移到最后的云端。 絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)終端智能手機(jī)仍然是云智能手機(jī)，具體情況需要結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的使用進(jìn)行比較。

3.6 大數(shù)據(jù)支撐5G 網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)切片是5G 通信基礎(chǔ)設(shè)施中相對最重要的功能?？紤]到5G 通信基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的具體流程要支持不同的定制需求，當(dāng)上傳和下載不同時(shí)，對局域網(wǎng)連接的質(zhì)量和性能的具體要求會有明顯的差異。 借助不同的定制需求，將計(jì)算機(jī)用戶的外圍組織切成不同的切片，此外，應(yīng)用到兩小組軟件的深度檢測數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建統(tǒng)計(jì)模型，準(zhǔn)確請求數(shù)據(jù)庫熱點(diǎn)數(shù)據(jù)預(yù)測。

3.7 借助網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)優(yōu)化5G 源選路

切片子網(wǎng)在處理內(nèi)部傳輸和回程時(shí)扮演著重要的角色。 在傳統(tǒng)的IP 局域網(wǎng)連接中，采用無連接方式工作，對于來自同一源、具有完全相同詳細(xì)源地址和目標(biāo)地址第二個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)IP 組，都會被獨(dú)立處理。 并且，從某種角度上看，它們之間的前后關(guān)系通常會被忽略。 來自同一源、具有相同源地址和目標(biāo)地址的第二個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)IP 組，將各自獨(dú)立選擇路由甚至可能使用不同的寬帶路由器。 因此，在確保局域網(wǎng)連接穩(wěn)定性和可靠性方面存在困難。 然而，當(dāng)前局域網(wǎng)連接質(zhì)量和性能已經(jīng)有了顯著改善。 通過結(jié)合第一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中前兩個(gè)組的外部特征，并配置數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)以具備兩個(gè)平面設(shè)備后續(xù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將兩個(gè)組抽象成為一個(gè)流，并且無須再選擇第二個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)后續(xù)IP 路由。 分段路由也被稱為源路由，選擇正確的設(shè)計(jì)生產(chǎn)源碼路由的局域網(wǎng)連接非常重要。 對于中間進(jìn)程來說，通常不需要進(jìn)行小標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議內(nèi)容或數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議內(nèi)容。 相反，可以借鑒互聯(lián)網(wǎng)流量建設(shè)工程擴(kuò)展的資源預(yù)留協(xié)議內(nèi)容，并適應(yīng)中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的控制。 通過此方式，可以提高局域網(wǎng)連接的性能和質(zhì)量。

4 結(jié)語

通過綜合分析，可以在優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)連接的過程中利用大數(shù)據(jù)分析。 該方法結(jié)合局域網(wǎng)連接情況和用戶的實(shí)際需求進(jìn)行計(jì)算，并參考大數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步完善實(shí)際應(yīng)用場景，提高效果。 因此，在大數(shù)據(jù)計(jì)算研究方面，更重要和有效的是對大數(shù)據(jù)信息收集和詳細(xì)分析工作的改進(jìn)。 可以進(jìn)一步提高無線網(wǎng)絡(luò)連接的效果，保證常用大數(shù)據(jù)處理的效率，并為市場上使用網(wǎng)絡(luò)連接的用戶提供更好的服務(wù)。