新基建背景下5G網絡發展與安全問題研究

呂兵

山東省淄博市 山東理工大學 山東 淄博 255000

引言

隨著國家大數據戰略和5G商用的全面落地，各種數字化產業應用層出不窮，在不斷提升社會生產力和人民幸福指數的同時，5G網絡和信息安全正面臨巨大的考驗。目前，集群式的超大型數據中心占主導地位，但隨著5G應用井噴式的增長，這種集中式的架構給網絡承載帶來了巨大壓力，網絡超負荷運行已成為常態，而本文研究的邊緣化數據中心正是解決這一問題的有效途徑。

1 5G網絡覆蓋的意義

隨著通信技術的不斷發展，我國已經發展到第五代通信網絡技術，稱之為5G網絡，繼4G網絡的延伸后，5G網絡的實際速度可以達到1Gbps運行速度以上，極大程度地提高了人們的上網體驗，對城市網絡發展具有重要意義。就我國目前的移動通信系統而言，對無線通信的不斷優化與開發，實現了5G網絡的全面推廣，并在5G網絡的全面覆蓋中，同時也面臨著巨大的考驗。首先5G網絡的進入可以促使各區域的數據量變得巨大，有望突破以往的一千倍以上，并且5G網絡的設備連接一會遠遠超過4G網絡的設備連接，并且也會提升用戶上網速率的百倍以上，有效降低了低功率設備的電池消耗，延遲了電池的使用壽命，并可以提升端網直接的傳輸速率，降低傳輸延遲現象。不但如此，在5G無線網接入范圍內的性能拓展以外，5G無線網還能夠實現高效的甚至靈活的網絡資源共享，因此，5G無線網能夠實現各類型的客戶合作[1]。

2 5G網絡發展面臨的安全問題與挑戰

2.1 提升互操作性：OPENRAN

業界的領導者和初創企業正在組織起來，以促進基于開放標準的互操作性。行業聯盟，如開放式RAN（O-RAN）聯盟和電信基礎設施項目（TIP）——華為并不是這兩個組織的成員之一，主張在無線電信領域采用開放式RAN體系結構。這些小組在建立多供應商互操作性方面取得了一些成功。2019年9月，日本無線服務提供商NTTDOCOMO宣布將推出基于O-RAN聯盟規范的預商用5G服務。開放式RAN方法是所有選項中最有前途的，因為它為創新和競爭性解決方案奠定了基礎，有可能從根本上改變全球產業。這些由基礎行業主導的舉措表明，即使是在規避風險的行業中，也存在著所需的興趣和欲望。只是目前尚缺少大量的證據證明這一點。這就是為什么國家一級的政府需要介入的信號和激勵措施，以將這些扎實的想法推向廣泛采用的道路[2]。

2.2 智能化技術

邊緣化數據中心的智能化技術，通過采用時空圖卷積神經網絡等智能化方法提高微型數據中心的運維效率和自治性。一方面，對微數據中心狀態進行監控，利用機器學習等技術提高發現異常狀況的準確率；另一方面，分析能耗和資源調度，緩解處理壓力，提升資源利用率。①利用機器學習模型，對網絡狀態進行預測，提高發現異常情況的效率。②利用流量預測的業務協作緩存方法，減少峰值壓力。③利用自適應采樣、時間和空間卷積模塊等技術提高模型的學習能力，實現協作預警。在智能化技術中，融合業務協作緩存與負載均衡調度是技術的關鍵，業務緩存和工作負載調度的業務之間存在耦合。業務緩存策略確定了工作負載調度的決策空間，而工作負載調度結果則反映了業務緩存策略的性能，因此，需要考慮兩者間的相互作用。通常我們會將計算任務從過載的微數據中心卸載到附近未充分利用的微數據中心，這樣可以減少上傳云數據中心的計算延遲，但是任務卸載會導致額外的傳輸延遲，因此，也需要權衡計算與傳輸延遲的關系，構建兩層迭代緩存更新算法。其中外層基于采樣迭代的更新微數據中心緩存策略，而內層優化工作負載調度策略，不斷權衡計算和傳輸延遲，使用排隊模型分析系統各部分的延遲，計算平均業務請求響應時間，實現一種具有多項式計算復雜度的工作負載調度算法[3]。

2.3 加強資源保障

一是給予財政傾斜。統籌相關專項資金，重點保障5G網絡建設、技術創新、產業發展與示范應用。在財稅、補貼、考核等領域給予電信運營商更多5G優惠政策。積極引導社會資本參與5G發展。將NB-IoT網絡建設納入新基建政策扶持名錄。二是推動資源開放。嚴格落實各級政府提出的公共場所、公共設施免費開放要求，交通運輸、市政等部門為電信運營商在區域內高速公路、國省道干線的管道、用地租賃和區域內地下管廊使用提供便利支持，合理規范資源租金。成立“智慧桿”產業聯盟，創新規劃建設智慧桿及配套資源和“一桿多用”改造。三是加強電力保障。今年底前，對存量轉供電5G基站按照“一站一策”改造為直供電基站。支持符合條件的5G基站實施電力直接交易。政府主導，推動5G基站智能電表改造，提升用電管理效能[4]。

2.4 安全保護范圍大幅增加

隨著以5G為代表的數字基建快速發展，接入的設備和終端將大幅度增加，未來物聯網設備數量很可能是電腦終端的數百倍，任何一個接入的設備都可能成為網絡攻擊入侵點，因此5G使得網絡攻擊潛在對象增加。5G+物聯網的場景下，海量物聯網設備暴露在戶外無人值守，都將成為黑客攻擊和控制的對象，因此將會面臨大量的網絡攻擊。這將導致5G網絡應用中需要安全保護的范圍相比傳統網絡架構倍數級增長，甚至無法明確保護邊界，這也將讓整個網絡的攻防實力變得更加不均衡[5]。

3 結束語

綜上所述，城市5G網絡的搭建正朝著綜合化、智能化以及多元化發展，隨著關鍵技術的植入，5G網絡能夠實現多個領域的應用，對未來的通信領域發展具有重要意義。未來的城市網絡數據流量需求一定會成倍增長，為了更好地實現城市5G網絡規劃，應該不斷探索和研究5G網絡關鍵技術的優化與應用，促進未來通信技術的發展。