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5G技术概述与产业发展趋势研究

发布时间:2021-06-30 09:21所属分类:通信加入收藏

摘 要:本文通过梳理5G的发展现状,系统分析了5G产业创新业务应用及5G总体安全架构,从未来应用场景、加速实现产业融合、实现万物互联三个方面预测

  摘 要:本文通过梳理5G的发展现状,系统分析了5G产业创新业务应用及5G总体安全架构,从未来应用场景、加速实现产业融合、实现万物互联三个方面预测了5G产业发展趋势,以期为5G技术在万物智能互联时代发挥更重要的作用提供给一定理论参考。

  关键词:5G;安全架构;应用场景;万物互联

5g通信论文

  5G不仅改变了网络传输的效率,也改变了各行各业的传统规则,使传统行业发生融合、协同,极大提升了生产效率,推动经济社会可持续、高质量的发展。专家学者在全世界范围内进行统计,并依据预测模型得出:到2025年,5G将达到目前4G网络的覆盖水平,全球用户将突破10亿。商业机构对市场进测算,超过10万亿美元的全球GDP和超过2 000万的就业岗位将直接和5G应用相关[1]。当前,以华为为代表的国内通讯企业在全球处于领先地位。根据我国官方学术机构研究结果,超过6万亿元的GDP和超过1 000万的就业岗位将直接和5G应用相关。大力发展5G将有利于网络强国和制造强国战略的实施,5G技术将成为我国经济社会实现可持续发展、高质量发展的持续推动力量之一。

  1 5G概述

  5G是第五代移动通信技术的全称,是第五代手机移动通信标准。虽然4G技术依然占据市场主流,但5G技术优势能全面超越4G。数据传输层面,5G网络理论速度可以达到4G的100倍以上,下行速度更是可以达到10Gbps以上。网络安全性上,5G网络实现全面提升。网络稳定性上,变现在数据传输的低延迟特性上,可以面向无人驾驶、远程工程操作和手术医疗等特定场景。5G技术对4G技术的升级迭代已经不可避免,并将逐步实现商业化,通信产业将迎来新一轮的发展,将带动数万亿规模的新兴产业发展。

  2 5G技术的发展现状

  5G技术的快速发展改变了整个互联网生态。5G网络三个基本要素是网络基建、云计算设备以及大数据分析,其中5G网络的基础设施建设是基础,在此基础上可以发展基于次时代网络传输效率的远程实时计算,并且在4G不具备大规模应用的大数据分析也将实现。尤其是在工业界,高精度的数据传输以及涉及商业机密的可靠性网络需要,都将依托于5G网络的高速率、低延迟和可靠特性,智能化的工业互联网时代已经到来[2]。5G运营商将顺势而为,利用网络基建、云计算设备以及大数据分析打造全新的万物互联新消费场景。

  2.1 5G技术标准进展

  5G技术还未建立统一标准。世界各国的科研机构、科技公司都在积极争取先机。其中较为有影响力的是国际电信联盟发布的合作伙伴计划(下文简称3GPP),这一举动使得国际电信联盟在5G技术标准制定上暂时领先。3GPP在2018年发布了两项重要的技术标准:空中接口技术(NR)和独立组网功能(SA),这是5G独有的技术,并且在此基础上继续制定了非独立组网标准(NSA),可以说5G网络的基本标准已经在这个时期制定完成(如图2所示)。2020年,3GPP继续更新早先制定的标准,宣布R16标准,这被业界视为5G网络第一次技术升级。同一时间,我国在政府主导下,国家发改委、科技部、中科院以及国有龙头通讯企业也在大力推进我国的5G技术发展,并且成立了IMT-2020 5G推广小组[3]。

  2.2 5G 组网方式

  3GPP对5G技术的标准定义了空中接口技术(NR)和独立组网功能(SA),实际上这就是R16的前身R15,即5G基站的第一代技术,相当于将4G组网方式进行了升级,但是没有换代。到R16阶段,4G组网方式已经被完全取消,采用独立组网方式,好处是不同的运营商可以根据自己的基站布设情况来优化自己的网络。实际上,R15的优势在经济,因为不需要大规模的基站更新就可以實现5G网络应用。R16的优势在于真正实现了5G网络的一系列独有功能。

  2.3 5G为用户提供了更多的场景应用

  5G作为次世代的通信技术,它实现了网络互联效率的质变,数以百倍的速度提升以及数以千倍的用户连接支持数量,更高等级的网络稳定性和信息安全性可以应对未来各种场景对数据传输的需求。因此,多数研究机构将5G未来应用场景归结为海量数据流、海量互联网设备以及海量的新应用场景。例如,海量的大容量资源下载和实时传输,高稳定的数据互换,以及远程工业控制甚至是远程医疗这种几乎没有延迟的数据传输才能实现的应用场景[4]。此外,随着智能生活时代的到来,数量惊人的智能设备以及用户都将介入5G网络。

  3 5G总体安全架构

  随着新的5G应用场景、网络架构、空中接口技术的出现,用户隐私和安全需求与现有的4G网络将会不同。特别是物联网应用场景带来的大连接认证,在高可用性、低延迟、低能耗等条件下将提出更高的安全需求。此外,5G引入的SDN/NFV、移动边缘计算等新技术将带来更多的变化和安全风险。上述各种新技术、新需求都对5G安全架构的设计提出了新挑战。3GPP工作组SA3负责5G网络安全架构的设计,指出5G安全架构设计中需要注意的领域[5](如图3所示)。在5G整体安全架构的能力部署层面,各种创新思路尚未趋同,但是内生安全已成为一个引人注目的发展趋势。从5G安全能力部署的角度来看,当前的发展趋势是在5G安全架构的基础上,结合5G网络云化、池化、虚拟化的特点,探索内生安全的机制进而设计部署框架。目前,业界对5G安全的关注和重点研究主要是结合5G安全需求和系统内生安全机制,从空中接口和地面网络两个层面探讨5G网络内生安全要素,引入新的防御机制,提出5G内生安全部署架构。从而在这个架构中,进一步研究物理层安全、轻量级加密、5G网络切片安全、模拟防御、用户隐私保护、区块链技术等关键技术及其在5G中的应用,最终形成防范已知和未知安全风险的高性能、高可靠性的综合技术解决方案[6]。

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