5G环境下的网络架构与监控技术范文

摘要：随着通信技术的发展，5G通信技术带来的不仅是安全、高速的网络，更多的是带来无线网络的全面无缝连接。5G技术强大的兼容性，可以接入现阶段几乎所有的电子设备，其与大数据的融合对今后的无线网络的传输构架和平安城市、智慧城市的发展都有着不可估量的影响。文章结合现阶段无线通信技术的发展，浅析5G环境下的大数据网络架构与监控技术。

关键词：5G通信技术；网络架构；监控技术

2G通信技术实现了语音和小数据的无线传输，3G通信技术实现了简单的多媒体数据互联，4G通信技术打造了高清、实时的人与物互联的移动网络。5G通信技术可以实现现今超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性需求的物物互联，其与大数据的融合，使移动互联网络已从单一的人与人的沟通、人与网络的交互上升到了万物互联的高度。5G环境下的大数据所涵盖的内容如图1所示。我国的5G通信技术从2015年开始，经历了Rel14、Rel15和Rel16三个阶段，其中Rel14为理论研究阶段，Rel15为5G第一阶段，制定了第一个版本的5G标准，满足了部分5G需求，支持eMBB和URLLC两大场景的应用，Rel16为5G第二阶段，完成了全部标准化工作，满足了ITU定义的需求，完成了eMBB、URLLC和mMTC三大场景的应用。

一、5G环境下的大数据网络架构

5G技术的应用，不再局限于单一的网络通信，其扩容性让其涵盖了社会生活的各个方面，其应用场景所使用的技术是多样化的（图2）。因此，5G环境下的大数据网络架构相较于传统通信网络架构来说，其组网模式、通信频谱、天线技术和末端基站都有较大的改变。

（一）组网模式现阶段4G与5G处于共存模式，因此5G通信网络的组网模式必须采用独立组网（SA）和非独立组网（NSA）两种模式。其中独立组网直接使用5G设备做控制和承载，采用下一代核心网（NGC），其优点在于在支持5G的全部功能和应用的同时，支持5G和4G无线传输网络同时并行，其缺点在于组网初期建设成本相对较高。非独立组网由双连接、主基站控制（信令面锚点），核心网采用4GEPC或者NGC，其优点在于可以通过已有的通讯基础设施建设5G同行网络，能加快5G技术的商业部署进程，并且前期投资较小，其缺点是非独立组网设备性能并不能完全满足5G通信技术的需求，在小范围内效果很好，但是由于通信链路的互相影响，不利于大范围内使用。

（二）通信频谱分配5G通信的频段分为高频段和低频段，其中高频段频谱范围是24.75～27.5GHz和37～42.5GHz；低频段的频谱范围为3.3～3.6GHz和4.8～5GHz。高频段的主要作用是在多热点区域以及室内区域实现数据无线连接，低频段的主要作用是在接入层实现无线数据传输，同时采用高低频紧密耦合实现数据无缝连接，其示意图如图3所示。

（三）MassiveMIMO技术MassiveMIMO技术主要用于宏覆盖、高层建筑、异构网络、室内外热点、无线回传链路的地域，其技术主要优势包括：当基站天线数远大于用户天线数时，各个用户的信道将趋于正交；小区内同频干扰及加性噪声趋于消失，系统性能仅受限于邻区导频的复用；能多维度（空域、时域、频域、极化域等）提升频谱利用效率和能量利用效率；通过空间复用技术和拟制干扰技术，可进一步提高系统容量。

（四）开放平台小基站（5G微站）由于5G通信频率相较于传统通信手段而言比较高，因此其信号覆盖范围远低于传统通信手段，非独立组网的基站并不能完整地覆盖整个区域，开放平台小基站的应用，弥补了末端信号传输的问题，小基站单RRU功耗0.5kW，其供电方式可采用220V交流电或者远供直流电，或者锂电池等方式，并且设备体积和重量都较小，可考虑在建筑外墙、监控立杆和部分市政道路设施上安装。远端覆盖单元具备微功率射频收发，用以实现5G通信信号的分布式覆盖；扩展单元主要是实现频率可覆盖区域内的上下行信号交换和通信数据的分发与汇聚，同时为远端覆盖单元提供电力支持；接入单元完成基带部分的信号处理以及上下行信令的交互。

（五）5G网络架构5G网络的架构应包括三个部分：利用MIMO天线技术进行网络全方位覆盖，利用小基站提供盲点补充覆盖和热点流量服务，利用室分技术解决室内深度覆盖。通过以上手段，实现网络架构的宏微异构和高低频协同。其网络架构如图4所示。

二、5G环境下的监控技术

（一）无线监控技术所面临的问题在现阶段，无线监控技术已经运用到部分监控场景中，但是其大多数信号传输都是采用WLAN传输，主流监控设备生产厂家并没有生产基于4G移动通信的无线监控设备。其主要原因是监控数据大部分都是高清视频数据，其数据传输对无线网络的带宽和流量要求较高，4G技术下的高清流量是无线监控终端所消耗不起的。再者，4G技术下，无线数据的传输对环境要求较高，建筑物的遮挡等环境因素都将影响数据传输的实时性和有效性。因此，现阶段的环境监控、交通监控和治安监控都是采用有线信号传输，这也导致了在一定区域内，必须建立一个信号中转机房，才能保证监控信号的正常传输。

（二）5G环境下的无线监控技术现阶段，由于带宽、延迟、流量费用等问题限制了无线监控技术的发展，大范围内的监控系统都采取三级甚至四级监控模式，由监控终端到总系统需要经过多层数据交换，使监控系统的实时性和有效性大打折扣。5G技术作为新的无线传输技术，其数据传输上下行带宽足够满足4K、8K高清视频信号的传输要求，其超高的通信频率可以极大增强无线通信信号的穿透性，同时，5G时代的流量使用费用也将极大降低。基于以上5G技术带来的便利，高清监控设备终端可以通过加载基于5G的通信模块来实现无线高清视频信号的传输，减少了监控范围内视频数据传输的中间环节，可实现监控中心的二级分层模式，使终端视频监控信号直接接入中心机房，通过大数据分析直接提取有效视频信息，既保证了视频数据的实时有效，也大大节约了整个监控网络的建设投资。

三、结语

5G时代是一个万物互联的时代，不论是通信技术还是数据传输技术，5G必将以其超强的包容性和超大的数据网络引起新一轮的技术变革，在监控领域，监控终端如何在5G大数据网络构架下，实现数据高效采集、传输、存储和分析，将成为新一轮的研究课题。

参考文献：

[1]张锐.5G时代下的大数据网络架构及监控探讨[J].中国新通信,2019(6):77.

[2]陈伟.5G的大数据网络架构探讨[J].通讯世界,2018(11):29-30.

[3]章璐.5G环境下的大数据网络架构与监控技术分析[J].通讯世界,2017(23):87.

[4]杨旭.基于5G的大数据网络架构分析[J].科技资讯,2017(17):3,5.

[5]刘润哲,谢璨.基于5G的大数据网络架构及监控技术[J].中国新通信,2015(17):99-100.

作者：胡伟 单位：湖南省邮电规划设计院有限公司