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讀懂5G



第五代移動互聯(lián)網(wǎng)林金桐,許曉東
       互聯(lián)網(wǎng)的物理層:光纖網(wǎng)絡“互聯(lián)網(wǎng)是人類有史以來最具顛覆性的科技”。美國生活科學網(wǎng)站的這項評定,充分顯示了互聯(lián)網(wǎng)對世界歷史的影響力和它在網(wǎng)民心目中的地位。
       互聯(lián)網(wǎng)的物理層是由光纖構(gòu)成的?;诠饫w通信技術的逐年發(fā)展,特別是幾次里程碑式的技術進步,才有了今天發(fā)達的互聯(lián)網(wǎng)。
       2009年,諾貝爾物理學獎授予了華裔科學家、光纖之父高錕博士。評委會對于43年前的這項發(fā)明所給予的崇高評價,是通過描述互聯(lián)網(wǎng)來表達的——“光流動在細小如線的玻璃絲中,它攜帶著各種信息數(shù)據(jù)傳遞向每一個方向,文本、音樂、圖片和視頻因此能在瞬間傳遍全球。”




林金桐與光纖之父高錕(中)、霍肯(左)。2008年
       在光纖通信的發(fā)展過程中,還產(chǎn)生過更早的一項諾貝爾物理學獎。2000年度諾貝爾物理學獎授予雙異質(zhì)結(jié)半導體激光器的發(fā)明人、俄羅斯科學家若列斯·伊萬諾維奇·阿爾費羅夫。



阿爾費羅夫擔任北郵名譽教授。2006年
       20世紀80年代,摻鉺光纖放大器(EDFA)[3]的出現(xiàn)使得光纖通信告別了光—電—光轉(zhuǎn)換的中繼模式。英國南安普頓大學的甘柏林教授和佩恩教授領導的研究組所取得的成就解決了限制系統(tǒng)容量和質(zhì)量提高的本質(zhì)問題——光損耗。光纖放大器不僅補償了光纖本身的損耗,實現(xiàn)了光纖長距離傳輸;而且大大增加了功率預算的冗余,使得系統(tǒng)中可以引入各種新型光器件。更重要的是,由于光纖放大器具備對于波長、偏振、調(diào)制速率和調(diào)制格式透明的特性,使波分復用(WDM)技術得以實現(xiàn)。


佩恩擔任北郵名譽教授。2007年

       華裔美籍科學家、美國光學學會前任會長厲鼎毅博士為20世紀90年代波分復用技術的推廣應用做出了貢獻。由于應用了WDM技術,光纖傳輸?shù)膸捜萘康玫桨俦肚П兜卦黾?,網(wǎng)絡的比特傳輸成本也因此大幅度下降。


厲鼎毅訪問北郵,與光通信研究生合影。2005

       正是在這樣的光通信技術的背景下,跨越世紀(1997-2004年)的全球超級互聯(lián)網(wǎng)(global super internet)計劃付諸實施。這個工程使用了30萬公里海底光纜和陸纜,將全世界171個國家和地區(qū)連接起來,分設265個登陸站,耗資達140億美元。工程采用EDFA技術和密集波分復用(DWDM)技術,使長途海底路由達到640 Gbit/s,陸地和短途海底線路速率高達1.92 Tbit/s。 這項工程,與各國內(nèi)部的光纖網(wǎng)絡相連接,就是今天全球互聯(lián)網(wǎng)的基礎設施。
       光纖通信的技術還在進步。數(shù)字相干技術的問世,偏分復用-正交相移鍵控(PDM-QPSK)的100 Gbit/s相干系統(tǒng)已經(jīng)商用。更高速率的幅度和相位聯(lián)合鍵控(PDM-16QAM)的400 Gbit/s相干系統(tǒng)也已經(jīng)形成了標準。正是不斷進步的光纖通信技術,支撐著互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)快速的發(fā)展。
       互聯(lián)網(wǎng)的演進互聯(lián)網(wǎng)的演進過程見表1。協(xié)議,從一開始就在網(wǎng)絡標準中占據(jù)著支配的地位。第一代(1G)互聯(lián)網(wǎng)是用傳輸控制協(xié)議(TCP)和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)來規(guī)定互聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)。因此,人們稱呼當年領導協(xié)議制定工作的文頓·瑟夫和羅伯特·凱恩為互聯(lián)網(wǎng)之父。


文頓?瑟夫擔任北郵名譽教授。2004年


羅伯特?凱恩與林金桐。2010

[pagebreak]       萬維網(wǎng)(world wide web, WWW)技術[6]的誕生和超文本傳輸協(xié)議(HTTP)的引入開啟了互聯(lián)網(wǎng)的第二代(2G)。從此,成千上萬的WWW網(wǎng)站問世。英國學者蒂姆·伯納斯·李對于互聯(lián)網(wǎng)的這項貢獻,贏得了人們對他的尊重。
       2012年,蒂姆·伯納斯·李應邀在倫敦奧運會開幕式上亮相。他拿著話筒,對全世界說了一句“這(互聯(lián)網(wǎng))是為每一個人的!”這句話概括了互聯(lián)網(wǎng)早期開拓者們的奉獻精神?;ヂ?lián)網(wǎng)上有人說,假如瑟夫、凱恩和李為自己的發(fā)明申請專利,獲取報酬,他們?nèi)缃駪摃鞘澜缡赘弧?/span>
       又過了幾年,Web2.0問世。Web 2.0 的核心是用戶創(chuàng)建和分享內(nèi)容,這要歸功于提姆·奧瑞利[7]。從此,博客、BBS、個人出版成為互聯(lián)網(wǎng)上的廣泛應用,維基百科(Wikipedia)這樣的網(wǎng)站也應運而生。
       互聯(lián)網(wǎng)不僅能像傳統(tǒng)電話網(wǎng)一樣,將人和人連接起來,還能把網(wǎng)站和網(wǎng)站連接起來。互聯(lián)網(wǎng)提供的不是簡單的話路連接,互聯(lián)網(wǎng)能夠向全世界提供知識、信息和智能。盡管互聯(lián)網(wǎng)的物理層與傳統(tǒng)電話網(wǎng)可以有很大部分的重合,但互聯(lián)網(wǎng)是把人類星球連接成為一個地球村的嶄新的信息網(wǎng)絡。于是,社會學家開始使用一個詞匯:互聯(lián)網(wǎng)時代。
       接下來,出現(xiàn)了一批開發(fā)互聯(lián)網(wǎng)應用服務,并且創(chuàng)造經(jīng)濟奇跡的年輕人:雅虎的楊致遠、費羅,谷歌的佩奇、布林,F(xiàn)acebook的扎克伯格,Twitter的威廉姆斯等。這個時期(3G)的互聯(lián)網(wǎng)主導服務除了電子商務,又增加了搜索引擎和社交空間。中國后來跟上的年輕人也干得同樣出色:阿里巴巴、騰訊、百度、網(wǎng)易……
       是喬布斯的蘋果公司讓一個原本只能打電話發(fā)短信的手機,加上了智能,拓展成為互聯(lián)網(wǎng)的終端設備。這是一個了不起的進步。原先的互聯(lián)網(wǎng)隨著光纖和網(wǎng)線,送到樓、送到戶、送到屋、送到桌、送到了網(wǎng)絡終端:個人電腦?,F(xiàn)在,移動通信和智能手機,把互聯(lián)網(wǎng)的終端真正交給了每個人口袋里的手機。帶著手機的網(wǎng)民,在任何時候、任何地方都在網(wǎng)上。
       從此,就有了一個新詞:移動互聯(lián)。
       移動通信的演進人類對于移動通信的設想,伴隨著馬可尼1896年發(fā)明無線電技術就產(chǎn)生了。早在20世紀20年代,歐美一些國家就曾經(jīng)有過車載無線電系統(tǒng)問世。
       現(xiàn)代蜂窩無線移動通信(cellular radio mobile communication)的概念是美國的貝爾實驗室在1947年提出的[9],并于1958年向美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)提出了建議。1977年,貝爾實驗室完成了可行性技術論證。1978年,他們成功地進行了芝加哥先進移動電話系統(tǒng)(advanced mobile phone system, AMPS)的試驗。
       三十多年來移動通信的演進過程中各代系統(tǒng)的主要特點參見表2。
       1983年,第一代(1G)蜂窩移動通信系統(tǒng)AMPS正式投入運營。與此同時,歐洲也有全接入通信系統(tǒng)(TACS)系統(tǒng)問世。1G系統(tǒng)采用模擬信號技術,多址方式為頻分多址(FDMA),提供單一的語音通話服務。當時,中國采用了TACS。
       第二代(2G)移動通信系統(tǒng)采用了數(shù)字信號技術。多址方式采用了時分多址(TDMA)和窄帶碼分多址(CDMA),有歐洲的全球移動通信系統(tǒng)(GSM)和美國的暫時-95(IS-95)兩個主流標準。中國移動采用了GSM標準,后來成立的中國聯(lián)通則采用了IS-95標準。2G可以提供更豐富的業(yè)務,并且在保密性、頻譜利用效率方面都有顯著的提高,推動了移動通信系統(tǒng)的全球普及。
       第三代(3G)通信系統(tǒng),國際電信聯(lián)盟(ITU)將其命名為國際移動通信-2000(IMT-2000)。3G有3個主流技術標準,分別是歐洲提出的WCDMA、美國提出的cdma2000和中國提出的TD-SCDMA,于2000年發(fā)布。3G的大規(guī)模商用使得更高速率及更高質(zhì)量的業(yè)務成為移動通信服務的主要內(nèi)容。


CDMA之父雅各布應邀參加北郵50年校慶。2005年

       到了第四代(4G)移動通信系統(tǒng),無線傳輸技術獲得了進一步的突破?;谡活l分復用(OFDM)及多入多出(MIMO)等關鍵技術的應用,使網(wǎng)絡容量、蜂窩邊緣性能、系統(tǒng)延遲等性能指標都得到了較好的改善。
       移動通信的發(fā)展史,是載波頻率不斷向高頻遷移的歷史;是數(shù)據(jù)速率不斷提高的歷史;也是應用服務內(nèi)容不斷拓展的歷史。發(fā)展至今的移動通信,已經(jīng)與互聯(lián)網(wǎng)相連接,與互聯(lián)網(wǎng)密不可分。因此,今天的移動網(wǎng),不僅是人與人之間的通信網(wǎng),更是一張可以讓移動著的網(wǎng)民獲取知識、搜索信息、進行社交、開展商務的網(wǎng)絡。
       光纖網(wǎng)絡、無線移動網(wǎng)絡,幾十年來不斷地增強傳輸能力、增加接入帶寬,根本的驅(qū)動力是視頻。3 分鐘語音的信息量為2.9 兆比特,3 分鐘 CD質(zhì)量的音樂為125兆比特,而3 分鐘的高清電視則高達150千兆比特。即使利用圖像壓縮技術,可以減少視頻帶寬,但視頻所需的傳輸帶寬仍然是語音和音樂的幾十倍、幾百倍。正是為了把視頻傳到網(wǎng)絡終端、送往手機屏幕,促使互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)不斷地增加帶寬。
        隨著移動通信技術的升級換代和用戶需求的擴展,與移動接入相配合的技術標準相繼形成。針對無線局域網(wǎng)(WLAN)和無線個域網(wǎng)(WPAN),產(chǎn)生了IEEE 802.11a/b/g/n、 藍牙、ECMA-387、 Wi-Fi VHT、ZigBee、WiMedia等各項標準。表3列出了部分主要標準的技術參數(shù)和應用場景。
       這些技術和標準的建立,不僅為移動通信的接入提供了豐富多彩的手段,而且為無線傳感網(wǎng)絡與移動互聯(lián)網(wǎng)的融合創(chuàng)造了條件。
       物聯(lián)網(wǎng)的興起傳感技術,無論是在物理學領域還是在信息通信領域,一直是一個重要的研究方向。伴隨著最近30年來移動通信的進步,無線傳感器網(wǎng)絡的研究取得了重大進展。
       現(xiàn)代微型傳感器,已經(jīng)具備3種能力:感知、計算和通信。而且具有體積小、能耗小的特征。現(xiàn)代無線傳感器網(wǎng)絡將傳感器、嵌入式計算、分布式信息處理和無線通信技術結(jié)合在一起,能將感知信息通過多跳的方式傳輸給用戶。又可以做到傳感器節(jié)點相對密集。這些節(jié)點既可以是靜止的,也可以是移動的。網(wǎng)絡還具備通信路徑自組織能力(Ad-Hoc)。
       將現(xiàn)代傳感器網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接,是世間人類和萬物的聯(lián)接,有著極其廣闊的發(fā)展前景和極其深遠的歷史意義。
       正是在這樣的背景下,產(chǎn)生了物聯(lián)網(wǎng)(Internet of things, IOT)的概念。2005年,在信息社會世界峰會(WSIS)上,國際電信聯(lián)盟發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005:物聯(lián)網(wǎng)》。報告指出,無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨,世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進行信息交換。射頻識別技術(RFID)、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術將得到更加廣泛的應用。
       2012年,全球聯(lián)網(wǎng)的無線傳感器的數(shù)量是87億。業(yè)界預測,到2020年,將達到500億。占無線傳感器總量的比例,即滲透率,將從2012年的0.6%增加到2020年的2.7%。如圖1所示


       類比于人的神經(jīng)末梢、神經(jīng)網(wǎng)絡和大腦,具備了傳感器、網(wǎng)絡和智能的地球,也就可以稱作為具有“智慧”了。于是,就有了“智慧地球”的構(gòu)想[13],“物聯(lián)網(wǎng)”就成為了“智慧地球”不可或缺的一部分。
       第五代移動互聯(lián)網(wǎng)按技術、按功能劃分,互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)都經(jīng)歷了4代發(fā)展演進。天作之合!可以把下一代網(wǎng)絡統(tǒng)稱為“第五代移動互聯(lián)網(wǎng)”。
       1、特征第五代移動互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的融合;將實現(xiàn)50億互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)用戶和500億物聯(lián)網(wǎng)設備的互聯(lián)。
       互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)在較長的發(fā)展過程中不斷的進行技術借鑒并最終走向融合,在過去近十年的發(fā)展過程中,逐漸融合成為移動互聯(lián)網(wǎng);并在智能終端的普及下迅速進入高速發(fā)展階段,也進一步促使移動互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術產(chǎn)生交集,使得物聯(lián)網(wǎng)成為第五代移動互聯(lián)網(wǎng)的重要內(nèi)容,得以在行業(yè)應用及個人用戶市場發(fā)揮強大作用。
       2、關鍵技術指標針對第五代移動互聯(lián)網(wǎng),5G移動通信技術和光纖通信技術將是提供用戶網(wǎng)絡接入功能的關鍵技術,目前5G移動通信系統(tǒng)正在研發(fā)之中,其關鍵技術指標也在逐漸明確?;ヂ?lián)網(wǎng)技術也在向“互聯(lián)網(wǎng)+”方向進一步演進。另外,智能家居、智能醫(yī)療、智能電網(wǎng)等物聯(lián)網(wǎng)技術的行業(yè)應用也對移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提出了新的需求。
       在無線接入能力方面,5G移動通信系統(tǒng)的指標將是第五代移動互聯(lián)網(wǎng)接入技術的代表。業(yè)內(nèi)專家普遍認為,5G系統(tǒng)的需求及關鍵技術性能指標主要包括六個方面。圖2采用“5G之花”的形式繪出5G的性能指標?!?G之花”的6枚花瓣分別介紹如下。
       用戶無線接入速率:100 Mbit/s~1 Gbit/s。
       無線接入峰值速率:數(shù)十Gbit/s。
       設備連接密度:在體育館、露天集會等接入設備眾多的場合,達到每平方公里連接設備數(shù)目達100萬個。
       端到端傳輸時延:毫秒級。
       數(shù)據(jù)流量密度:在室內(nèi)熱點覆蓋場景,達到每平方公里數(shù)十Tbit/s。
       用戶移動性:保證在速度為500 km/h的高速移動時,用戶能夠正常通信。


       在圖2中,也標出了4G的相關技術指標,可以從比較中領略5G技術指標的進步。
       除此6項指標以外,與目前應用的4G移動通信系統(tǒng)相比,5G系統(tǒng)的頻譜效率將有5~15倍的提升,在能量效率和降低成本兩個方面期望達到百倍以上的提升,以期對第五代移動互聯(lián)網(wǎng)的高密度的設備接入提供更好的支撐能力。
[pagebreak]       第五代移動互聯(lián)網(wǎng)未來關鍵技術從5G移動通信技術、互聯(lián)網(wǎng)技術、物聯(lián)網(wǎng)技術3方面來看,影響第五代移動互聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的關鍵技術將主要包括高頻段通信、大規(guī)模MIMO、小蜂窩、云無線接入網(wǎng)和光載無線(radio over fiber,ROF)技術等網(wǎng)絡接入技術;軟件定義網(wǎng)絡(software defined network,SDN)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(content distribution network,CDN)等互聯(lián)網(wǎng)技術和機器通信(machine type communication,MTC)等物聯(lián)網(wǎng)技術。上述關鍵技術的引入,將對促進第五代移動互聯(lián)網(wǎng)的健康發(fā)展奠定良好的基礎。
       (1)高頻段通信
       目前,適合移動通信無線傳輸?shù)牡皖l頻段已經(jīng)基本被占用,針對未來的5G系統(tǒng)研發(fā),采用高頻段通信將成為重要的技術手段。
       移動通信的學者和企業(yè)的研發(fā)工程師,近年來在一個很寬的頻譜范圍內(nèi)不懈探索,從6 GHz、15 GHz、28 GHz、60 GHz到79~90 GHz,在這些頻段開發(fā)的試驗系統(tǒng)在無線傳輸測試中最高傳輸速率可達到115 Gbit/s。采用不同高頻頻段的5G試驗系統(tǒng)也已經(jīng)逐步出現(xiàn)。
       (2)大規(guī)模MIMO技術
       貝爾實驗室在20世紀90年代提出的MIMO技術是4G系統(tǒng)的主要技術之一。隨著5G技術的研發(fā),大規(guī)模MIMO技術成為新的研究熱點,大規(guī)模MIMO技術可以充分挖掘空間維度資源,可以進一步提高移動通信的頻譜效率及功率效率。 但是在復雜的實際無線環(huán)境中,實現(xiàn)具備實用性的大規(guī)模MIMO技術仍然是目前較大的挑戰(zhàn)。
       (3)小蜂窩技術
       世界移動通信的現(xiàn)狀是數(shù)百萬蜂窩覆蓋著50億移動用戶。這樣的宏蜂窩(macrocell)基站覆蓋半徑約為2 km。理論上可以證明,蜂窩小型化是提高系統(tǒng)容量、減少系統(tǒng)能耗的重要方法。20年前,人們把小蜂窩統(tǒng)稱為微蜂窩(microcell)?,F(xiàn)在,參照毫、微、納、皮、飛的進位表示法,把蜂窩半徑為200m的蜂窩稱為皮蜂窩(picocell),半徑為10 m的蜂窩稱為飛蜂窩(femtocell),以便精細地設計第五代移動互聯(lián)網(wǎng)。
       皮蜂窩適合于戶外,飛蜂窩適合于室內(nèi)。宏蜂窩基站的傳輸功率約為40 W,而皮蜂窩和飛蜂窩分別只需2W和0.1W。同時,小蜂窩的總體硬件成本可以大大低于宏蜂窩,而且更適合實現(xiàn)室內(nèi)等熱點區(qū)域的覆蓋。
       移動通信國際標準化組織第三代移動通信伙伴計劃(3GPP)也對小蜂窩技術進行了標準化研究。
       應當指出,小蜂窩技術在帶來容量提升的過程中也帶來了新的問題,例如小區(qū)增多將引起干擾源的增加,小蜂窩的高密度混合部署也會使用戶的切換更加頻繁等,這使得5G系統(tǒng)的組網(wǎng)技術面臨挑戰(zhàn)。
       (4)云無線接入網(wǎng)技術
       云無線接入網(wǎng)(C-RAN)是針對5G大容量數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸?shù)慕M網(wǎng)方案。將云計算技術應用于移動通信系統(tǒng)組網(wǎng),可以在減少運行成本的前提下提升網(wǎng)絡性能,同時降低網(wǎng)絡能耗。雖然C-RAN技術在實際網(wǎng)絡內(nèi)的性能已經(jīng)得到若干驗證,但是C-RAN技術在高效集中式無線資源管理方面仍然面臨較大的挑戰(zhàn);對與光通信網(wǎng)絡也提出了更大容量更高速率的要求。
       (5)光載無線技術
       將攜帶著信息的微波/毫米波調(diào)制到激光上,調(diào)制后的光波通過光纖鏈路傳輸,到達小蜂窩的無線接入端,將微波/毫米波信號解調(diào),再通過天線發(fā)射供用戶使用。這就是ROF技術。ROF技術示意如圖3所示。


       在長途傳輸?shù)闹鞲删€路上,采用DWDM以及單波長100 Gbit/s、400 Gbit/s甚至1 Tbit/s的光傳輸技術,在接入網(wǎng)中,光波技術與無線技術融合在一起,將有能力承擔起5G移動互聯(lián)網(wǎng)的傳輸,滿足5G的帶寬需求。
       除了上述提到的幾項關鍵技術之外,5G系統(tǒng)的研發(fā)還涉及其他一些關鍵技術,例如全雙工技術、非正交多址技術等。隨著研發(fā)的繼續(xù)深入,這些技術能否為5G所用將逐步明晰。
       (6)軟件定義網(wǎng)絡技術
       如今的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡體系無法滿足巨大的網(wǎng)絡需求,2011年開放網(wǎng)絡基金會(Open Networking Foundation,ONF)提出了新的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)——軟件定義網(wǎng)絡(SDN)。這種架構(gòu)將控制面和數(shù)據(jù)面分離,是一種新的網(wǎng)絡控制方法。在這種架構(gòu)下,網(wǎng)絡運營商和企業(yè)將打破不同設備商提供的產(chǎn)品之間的壁壘,脫離設備商的限制,對所有產(chǎn)品擁有編程、控制能力,以適應靈活變化的網(wǎng)絡需求。OpenFlow是第一個SDN控制面和數(shù)據(jù)面之間的標準接口,提供了一個統(tǒng)一的編程環(huán)境,使設備使用者能夠統(tǒng)一的控制管理不同設備商生產(chǎn)的產(chǎn)品,具備在會話層級、用戶級、設備和應用級實施細顆粒度的控制策略。
       (7)內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡技術
       在線視頻及網(wǎng)絡游戲等應用的興起,使網(wǎng)絡流量呈現(xiàn)出井噴的發(fā)展趨勢,集中放置的站點在應對大流量的訪問時略顯不足,且應對不可預計的風險能力較差。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(CDN)將源站點的內(nèi)容分發(fā)到不同的地方或不同的服務器緩存,不同區(qū)域的用戶訪問距離最近的服務器,而且,即使有一個服務器出現(xiàn)故障,依然能保證站點的正常訪問,減少企業(yè)的潛在損失并提高用戶體驗。
       (8)機器間通信技術
       機器通信(MTC)技術不僅包含發(fā)展完善的人與人之間的通信,還包含機器與機器、機器與人之間的通信方式。隨著物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市的大力發(fā)展,智能家居、醫(yī)療衛(wèi)生、車載通信等設備之間的通信業(yè)務量將急劇膨脹。移動互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)點使其成為承載MTC的最佳選擇,但其業(yè)務特質(zhì)又不同于傳統(tǒng)的無線業(yè)務,大量并發(fā)小數(shù)據(jù)傳輸為移動互聯(lián)網(wǎng)的無線網(wǎng)絡設計帶來新的難題,需要在網(wǎng)絡部署、資源管理、信息傳輸三方面開展面向MTC應用的超密集無線網(wǎng)絡研究。
       第五代移動互聯(lián)網(wǎng)的標準化進程研究—開發(fā)—標準制定—商用產(chǎn)品競爭。這是帶有普遍性的從研發(fā)到產(chǎn)品的過程。在通信與網(wǎng)絡領域,標準制定尤其重要。沒有標準就不能聯(lián)通,沒有標準就沒有辦法組網(wǎng)。
       目前移動互聯(lián)網(wǎng)的標準化進程主要表現(xiàn)在支撐移動互聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展的5G移動通信技術、互聯(lián)網(wǎng)技術以及物聯(lián)網(wǎng)技術標準的制訂進程。
       針對5G移動通信技術的國際標準化進程,國際電信聯(lián)盟(ITU)根據(jù)其命名規(guī)則,將5G系統(tǒng)命名為國際移動通信系統(tǒng)-2020(IMT-2020),其標準化進程主要由ITU-R制訂。根據(jù)ITU-R的規(guī)劃,5G標準化進程如圖4所示,每次標準化會議將討論多項技術內(nèi)容,但每一項技術內(nèi)容預計都會經(jīng)過多次會議以及系統(tǒng)評估后才能最終討論確定,5G最終的正式標準預計于2020年正式發(fā)布。



ITU理事長趙厚麟(左)與林金桐。2005

       3GPP的5G標準化工作將參考ITU-R制訂的IMT-2020工作計劃,主要基于目前LTE-Advanced系統(tǒng)繼續(xù)后向演進。根據(jù)3GPP目前的標準化工作規(guī)劃,業(yè)界預計,3GPP將于標準第14版本(Release 14)階段開始啟動5G關鍵技術的標準化討論,在第15版本(Release 15)階段可能形成3GPP 5G標準的第一個正式版本,并在此版本基礎上繼續(xù)增強。
       我國也于2013年成立了IMT-2020推進組,目標是凝聚國內(nèi)通信行業(yè)的產(chǎn)學研用力量,共同推動中國5G系統(tǒng)研發(fā)及參與國際標準化工作。
       在互聯(lián)網(wǎng)技術標準的發(fā)展方面,以OpenFlow、SDN等為代表的下一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術仍然在國際標準化推進過程之中,同時IEEE標準化組織將繼續(xù)針對下一代WLAN技術開展后續(xù)標準工作研發(fā),進一步提供能滿足第五代移動互聯(lián)網(wǎng)需求的短距離高速無線數(shù)據(jù)傳輸能力。
       在物聯(lián)網(wǎng)標準化進程方面,由于物聯(lián)網(wǎng)技術是經(jīng)過各行業(yè)應用與通信技術融合發(fā)展的產(chǎn)物,因此不同行業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)的認識有所不同,其標準化進程仍然需要各行業(yè)通力合作完成,目前物聯(lián)網(wǎng)的標準化工作在全球的多個標準化組織競相展開,包括ITU、國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務組(The Internet Engineering Task Force, IETF)和中國通信標準化協(xié)會 (China Communications Standards Association,CCSA)等組織,2012 年2 月ITU-T 通過了“物聯(lián)網(wǎng)定義”和“物聯(lián)網(wǎng)概述”兩個國際建議;IETF 制訂了以IP為基礎的組網(wǎng)協(xié)議,主要研究6LoWPAN和ROLL(routing over lossy and low-power network,低功耗路由算法) 兩個協(xié)議。同年,中國通信標準化協(xié)會也成立了對物聯(lián)網(wǎng)進行全面研究和制定行業(yè)標準的“泛在網(wǎng)技術工作委員會”。未來物聯(lián)網(wǎng)標準制訂方面將需要各大標準化組織進一步協(xié)作,以產(chǎn)業(yè)應用為向?qū)?,著重分析行業(yè)應用對通信技術的需求,提取出共性的通信技術和接口標準,對未來物聯(lián)網(wǎng)技術的開發(fā)提供標準層面的支撐。

結(jié)束語

互聯(lián)網(wǎng)的物理層由光纖網(wǎng)絡組成。正是不斷進步的光纖通信技術,支撐著互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)快速的發(fā)展。

最近30年來,互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)各自經(jīng)歷了4代差不多是同步的快速發(fā)展?!耙苿印迸c“互聯(lián)”已經(jīng)不可分割。第五代移動通信網(wǎng)就是,就必須是第五代移動互聯(lián)網(wǎng)。
第五代移動互聯(lián)網(wǎng)還將與遍布全球的物聯(lián)網(wǎng)相融合,地球因此將充滿智慧。
雖然,光通信、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信和物聯(lián)網(wǎng),都有各自獨立的標準化組織在制定未來的技術標準,但是,學者和工程師們沒有一個不認識到,他們的工作,朝著一個共同的目標:第五代移動互聯(lián)網(wǎng)。
第五代移動互聯(lián)網(wǎng)將在2020年到來。它必將是經(jīng)濟、社會發(fā)展的巨大推動力。人們期待著;人們,更要準備著!

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