5g网络切片 一看就懂！5G你太美，原来不只是快，还有这么多特点！
发布时间：2022-09-16 12:32:42 所属栏目：移动 来源：
导读： 大家好！这是天驴滚滚轻科普“一看就懂系列”的第3篇原创科普文章。
在前一阵的6月6日，随着5G商用牌照的发放，我国正式进入了5G商用元年，一时间全国上下都飘荡着同一首歌：
在5G时代
在前一阵的6月6日，随着5G商用牌照的发放，我国正式进入了5G商用元年，一时间全国上下都飘荡着同一首歌：
在5G时代
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大家好！这是天驴滚滚轻科普“一看就懂系列”的第3篇原创科普文章。 在前一阵的6月6日，随着5G商用牌照的发放，我国正式进入了5G商用元年，一时间全国上下都飘荡着同一首歌： 在5G时代，如果只知道5G传输速度很快，那可是完全不够的。本文会介绍5G的概念与三大特性及其简单原理，并结合具体应用来分享一下5G网络切片的知识，带领大家初步入门5G。 那么，让我们开启5G科普之旅，赶快上车吧！ 在5G之前，我们早就熟悉3G、4G等各位G们，这一大堆名字中的G是英文“Generation”的缩写、某一代的意思，所以5G是第五代移动通信技术，全称第五代移动电话行动通信标准。 那么5G的前辈们都曾经给我们带来了什么改变呢？ 我们身边很多人都是伴随着1G到5G的更迭长大的，亲眼目睹了移动通信的飞速发展与变化，也是切身感受到了科技发展带来的便利。 顺便辨析两个概念：5G通信，和家用无线路由器的5G频段。 这两个名字除了字一样之外，含义可是完全不同的。5G通信是第五代通信的意思，而无线路由器的5G频段是5G赫兹的意思，赫兹是频率单位，每秒多少次的意思。所以近似表示可以算是5000000000赫兹（当然不严格等于这个数），意味着这种电磁波每秒会波动这么多下。 接下来，我们来看看这次的主角 —— 5G，有哪些新的特性吧。 通常认为，5G拥有三大特性：高速率、低时延、大连接。 有5g手机没有5g网络_5g网络切片_网络切片基于 这三大特性极其重要，是未来众多特色应用的基础。下面将依次介绍这三大特性。 5G最明显的变化就是拥有上Gbps的传输速率，约为4G的10~100倍。 这种速率是什么概念呢？差不多就是点击下载按钮，然后打个哈欠，最新版王者农药的完整安装包（大约2000MB）就下载好了，更别说看在线视频什么的，基本上连缓冲都不需要。 当然，一切的前提都是网站速度跟得上。 那么，5G为什么能做到这么快呢？这是因为，无线数据的理论传输速率与可用带宽存在正比的关系。而5G拥有更宽广的频段范围，除了与现有频段接近的6GHz以下频段之外，还在特殊需求场景下用到了28GHz、47GHz和60GHz等高频段，具备大量的频谱资源可供分配。 这其中，6GHz以下频段兼顾覆盖范围与数据传输，传输速率基本上可达现有速率的10倍左右，被认为是5G通信的主频谱。而高频区间用于处理特殊需求，实现更大传输速率的超快数据传输。 说起来，我们的无线信号是电磁波，其传递有一个基本的公式：速度=波长x频率。 电磁波的速度基本上等于光速（约30万公里每秒），是个定值，那么在速度相等的情况下，频率低，波长就长；频率高，波长就短。 基于这样的关系，我们可以算出这些高频段的波长只有几毫米到十几毫米的程度。这些超高频段的电磁波，也有了一个称呼叫做“毫米波”。 毫米波，指的是波长在1毫米到10毫米之间的电磁波（对应频段从30GHz到300GHz）。这是5G网络的一个显著特点。 当使用毫米波进行通信时，可用带宽大，天线增益高，波束窄，灵活可控，然而同时也存在严重的缺点：传输距离短，穿透和绕射能力差。 这是因为电磁波可以绕射障碍物的能力，与波长直接相关：波长越短，可绕过的障碍物尺寸越小，毫米波很容易被阻挡，适合于比较短距离的通信需求。 为了弥补这样的缺陷，5G通信用到了“微基站“和“超大规模天线（Massive MIMO）”。 首先说说微基站。以往的通信技术用到的频率低，一个基站可以覆盖很大的范围，而5G用到毫米波之后，受到的阻挡就比较严重。如果采用微基站的方式，将基站做成又小又多的模式，安装在很多地方，就能确保必要的覆盖能力了。这样的天线也可以将单体功率控制在比较小的程度，既可以降低电磁辐射（虽然现在的基站也已经基本上没有伤害，但每次都不得不提一下这件事），又可以保证信号强度。 超大规模天线，是在发射端拥有多个天线来独立发射信号，同时在接收端也有多个天线来接收并复原信息。这样，信道容量就可以随着天线数量的增加而增大，实现相同带宽、相同天线发射功率情况下频谱利用率的大幅提升。 在5G高速网络的支持下，我们将迎来全新的数字时代。 首先，全角度高清VR（虚拟现实）视频等应用，以及AR（增强现实）和MR（混合现实）将迎来爆发。在现有通信方式下，这些应用形式受到速率限制而难以发展，但在瓶颈问题解决之后，它们将凭借对通信的颠覆性改变，深刻影响我们的工作和生活。有理由相信，在更加直观和立体化的通信基础上，我们移动办公、远程会议、智能化机器人和无人机操作技术等等都将迎来全新的变革，各类现有的工作模式也可能迎来新的改变，甚至全面的变革。 同时，未来的应用程序的部署方式也将迎来变革。虽然现在已经有了云应用的萌芽，但受限于传输速度和网络流量，我们的绝大部分应用仍然在本地安装部署。但是，当未来的网络速度达到接近于硬盘速度的程度时，可能会有越来越多的应用移动到“云”上，云端应用将可以拥有更大的灵活性。不仅如此，随着5G的成熟发展，有没有可能内置存储的形式都会迎来全新的进化了呢？ 当然，流量问题还是要说一下。和之前3G、4G时代的常见顾虑一样，在浏览相同内容的情况下，不管是第几代通信技术的流量消耗都不变，所以之前不用担心的流量问题，有了5G同样不用担心啦。不过，5G时代必将诞生新的应用模式，而且这样的应用模式也会带来新的流量需求，可能每个人的流量使用会因此提升，就像现在4G时代人均流量远超3G时代那样。好在，到那时候资费方面也通常会有新的方案了。 5G通信在保证高可靠性的同时降低了时延（也称作延时）。 时延是数据从一端到另一端所经历的时间。它包括了发送时延，传播时延，处理时延，排队时延。有玩游戏经历的读者可能更熟悉这个概念，延时高的时候，游戏里面的角色动起来就像喝醉了酒似的，操作指令出去之后好久，角色才会响应，各种延时带来的无奈操作简直想让人摔手机。 4G时代的稳定连接状态下5g网络切片，其时延大概是50ms，而网络拥堵的时候会更长。在5G技术支持下，时延可以降低到空口时延1毫秒（空口时延是设备和基站之间的时延）、整体时延5毫秒左右的程度，让数据传输的实时性有了质的提升。 在高带宽、低时延特性支持下，5G具备了将我们的手和眼睛延伸到更远的地方的基础条件。现在已经实现了基于5G的远程医疗手术会诊，甚至远距离控制超声波检查等。随着以后5G技术的继续发展，在保证可靠性和稳定性之后，说不定可以直接让技术精湛的医生在千里之外开展高难度手术？那样也许将可以拯救更多患者的生命。 不仅如此，实现这样的低时延之后，车联网技术也拥有了更现实的意义。之前的网络延迟较高，车辆发现了紧急情况后，往往要在几十毫秒甚至上百毫秒之后才能做出响应，在100km/h以上高速度的情况下这几十到几百毫秒的延迟也会带来几米的刹车距离。但是，当时延降低到5ms的时候，这辆车的时延对应移动距离不到1米，让安全系数大幅提升。 还有无人机电力巡检等应用，在高带宽的基础上增加了低时延，那么我们就可以拥有更灵活的无人机控制能力。以后的无人机，不仅可以实时传输高清视频，而且可以实现远距离实时控制，让无人机的应用领域进一步扩大，完成更多以前所难以完成的工作。 不知大家有没有过这样的经历，在火车站、医院、大明星演唱会现场等地方，因为用户太多太密集，以至于无法打电话上网的情况？这是因为现有通讯方式的基站接入数量比较低，一旦大密度接入就会导致谁都上不去网、打不成电话，这是个相当麻烦的事情。 而5G拥有了更大的接入密度，其每平方公里可承载1百万以上的接入设备，接入密度可达4G通信的5到10倍之多，拥有这种接入能力，上面所说的网络拥堵问题将被有效解决。 能满足这样的高密度接入，除了之前提到过的“微基站”和“多天线技术”之外，还有“波束赋形”技术的功劳。 所谓“波束赋形”，是一种让天线阵列中，每个小天线对发出指向性波束，从而提高阵列收益的技术。就好比从之前的散弹射击，改成了定向发射一样。 通过这些技术，在微基站、MIMO和天线阵列定向发射的基础上，有限的通信资源就可以按需分配给需要的设备，让接入能力达到了前所未有的程度。 5G的这种海量接入能力，除了解决机场、演唱会等高密度应用场景的通信需求问题之外，还能用于未来“物联网”的大密度使用场景。 物联网的概念，在以前文章《一看就懂！泛在电力物联网》中有过介绍，它是通过各类终端设备，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 在物联网的某些场合下，我们也需要设备直接联网，比如更加精细化的大规模传感器、分布式安装的智能表计等。5G为这样的需求提供了设备级微芯片，让每一个设备都具备了直接访问无线互联网的能力，为快速布网、泛在物联等提供了新的解决方案，而且在灵活搭配低时延、大连接等特性的基础上，可以实现包括车联网、泛在电力物联网等在内的更广泛的物联互通。 当然，5G还有很多独特的技术，限于轻科普的定位，点到为止，不再过多展开。 看到这么多应用场景之后，我们了解到，每个应用似乎都有自己偏向于5G三大特性中一部分的需求，既不是需求完全相同，也不是三大特性全都兼顾，难道不能全都要吗？ 抱歉了，这些还真不能全都要。总体通信能力终究是有限的，如果每个用户都又要高速率又要低时延，那么通信资源很快就不够用了，接入数量就会受限。而如果低时延和接入数量要求高的话，速率就要控制一下。总之，只要通信能力有限，那么三者就难以“全都要“，这是没办法的事情。 所以我们会希望5G可以提供通信资源按需分配的服务能力。比如有些需求主要用的是大带宽，那么就优先满足带宽需求；而智慧交通与车联网等通信不太需要带宽，但对延迟要求较高的，就分配较低的时延；物联网等主要满足大数量接入的，就将接入量控制到最大。这样，就能用有限的通信资源，满足最大的通信需求了。 能做到这样吗？可以的，5G通信借助于一种叫做“5G网络切片”的技术实现。 网络切片，是面向用户的差异化需求，按需自动构建的相互隔离的端到端的虚拟网络。网络功能虚拟化（NFV, Network Function Virtualization）是网络切片的先决条件，将网络中专用设备的软硬件功能转移到虚拟主机上，这些虚拟主机遵循行业标准，通过软件定义网络（Software Defined Network, SDN）实现互联互通。 这些网络切片之间互不干扰，而且每一个切片都有独特的设定，有的切片速率高，有的时延低，有的均衡，等等。将这些切片分配到需要的通信上，就充分实现了业务需求和网络资源的灵活匹配，非常适合于满足5G时代不同垂直行业特定的功能要求。 而且，在满足综合需求的场合，比如对未来智能电网的网络切片支持，还可以通过多切片架构的方式，以信息采集切片、配电自动化切片、精准负荷切片等方式有机组合，实现整体业务需求的灵活实现。 网络切片拥有四大特征： 端到端SLA保障。SLA（Service Level Agreement）服务等级协议，是用户与运营商之间的合同，其中定义了服务类型、服务质量等要求。5G网络切片由核心网、无线、传输等多个子域构成，良好的网络切片可确保端到端之间具有完全符合SLA的服务能力与质量。 业务隔离。网络切片是各自不同的网络实体，从逻辑上实现相互隔离，可以保障不同的切片之间不发生相互干扰。 网络功能按需定制。5G网络可以提供按需编排的能力，满足不同行业多样化的网络需求，其软件架构可根据需求进行编排，具有重构能力。 自动运维、多租户运维。允许工作流程的每个环节支持人工、半自动或全自动方式进行处理，并允许特定租户（网络用户）定制化管理，实现对自己需求的网络切片进行个性化定制。 网络切片技术之所以重要，不仅因为可以灵活地满足不同的通信需求，而且具备快速升级和动态改进能力，除此之外，它还可能是未来通信运营商的定价基础。5G提供了网络切片技术，具有了按需服务的能力，那么不同的切片就可以进行不同的定价，让运营商具有更加自由灵活的定价方式，或者说我们将迎来更多样化的计费套餐。比如美国的AT&T就预计其5G资费或将要根据网络速率来定价，而不是再像传统模式那样，按照数据流量来划档。 如果真的是这样，那么移动互联网就距离“移动宽带网络“更近了一步。届时，按照网络切片收费的话，真正的无限流量说不定就成为现实了呢？ —— 多说两句 —— 5G被世界各国当做新一轮经济科技发展的重大战略，把握住机会就把握住新一轮发展的主动权。希望本文能初步带领大家入门5G，限于轻科普的定位，如需了解更系统化、更详尽准确的5G技术原理，欢迎查阅本文的参考文献（在本文末尾），写得都可好了！ 毕竟水平有限，本文难免存在一些错误或者理解不到位之处，如果发现有这样的情况，欢迎在留言区与我互动。 对本文有心得体会的，甚至就是想和我聊聊天的，无论什么情况，也都可以尽情在留言区互动。 （编辑：草根网_连云港站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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