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1、5G环境下的网络架构与监控技术5G环境下的网络架构与监控技术随着通信技术的发展，5G通信技术带来的不仅是安全、髙速的网络，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 通信技术打造了髙清、实时的人与物互联的移动网络。 5G 通 信技术可以实现
2、现今超髙流量密度、超髙连接数密度、超髙移动性需求的物物 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髙度。 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
3、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
4、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24.7527.5GHz和3742.5GHz;低频段的频谱范围为3.33.6GHz和 4.85GHz。髙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
5、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、髙层建筑、 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，可进一步提髙系统容量。（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 而言比较髙，因此其信号覆盖范围远低于传统通信
6、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
7、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 部分都是髙清视频数据，其数据传输对无线网络的带宽和流量要求较髙，4G技 术下的髙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 传输对环境要求较髙，建筑物的遮挡等环境因素都将影响数据传输的实时性和
8、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 髙清视频信号的传输要求，其超髙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，髙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，实现数据髙效采集、传输、存储和分 析，将成为新一轮的研究课题。
