基于5G環境的大數據網絡架構及監控技術研究

胡成娟

摘要：5G技術的研究與釋放，將通信網絡帶到了一個新的高度，然而核心技術的變化，加上5G用戶量的快速增加，必然為既有的網絡基礎帶來了新一輪的巨大挑戰，尤其是關于網絡穩定運行、網絡功能實現、網絡安全等相關方面，需要更多的技術予以支持。基于此，本文討論了5G環境的特點以及對大數據網絡的要求，并分別就5G環境下大數據網絡的架構及監控相關技術進行了分析，最后提出了5G環境下大數據網絡的保障性思考。希望以此為5G環境下大數據網絡建設提供一定的理論幫助。

關鍵詞：5G環境;大數據;網絡架構;網絡監控

中圖分類號：TN929.5?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-9129（2020）04-0024-02

Abstract：the research and release of 5 g technology， the communication network to a new level， but the change of the core technology， the quick increase， add 5 g users inevitably as the foundation of the existing network has brought the new challenge， especially the stable operation of network， network functions， network security and other related aspects， need more technical support. Based on this， this paper discusses the characteristics of 5G environment and requirements for big data network， analyzes the architecture of big data network and monitoring related technologies respectively in 5G environment， and finally puts forward the safeguard thinking of big data network in 5G environment. This paper hopes to provide some theoretical help for the construction of big data network in 5G environment.

Key words：5G environment;Big data;Network architecture;Network monitoring

1 5G環境特點及對大數據網絡的要求

1.1 5G環境的特點。5G環境就是在5G基礎網絡支撐下的通信大環境，其特點受到5G網絡技術的直接影響。5G網絡相對于4G網絡而言具有更加強大的功能，在現有研究中顯示，綜合看來5G技術具有如下特點：①5G技術是目前世界上最為前沿的通信技術，其理論傳輸峰值可以達到約2.5GB/s，是4G傳輸速度的十倍以上，信息的中途傳輸速度變快，單位時間內的工作量增大，將會縮短信息傳輸的成本。②5G技術可以克服多種復雜的環境，實現穩定信息傳輸，因為這種穩定性的存在，使得5G網絡更具實用性，降低了工作的難度和風險。③采用虛擬化的網絡技術，在建設成本上相對更加便利。除此以外，5G環境的特點還表現如下表。

表1.5G技術特點

SDN軟件定義網絡連接可能性更多覆蓋能力和可靠性強延遲率低反應速度快多載波傳播速率高

虛擬化物聯網基礎設施實時性傳輸功率

1.2 5G環境對大數據網絡的要求。大數據網絡的運行建立在通信技術的基礎之上，因此通信技術由4G升級為5G后，必然存在性能不匹配的問題，集中表現為：①網絡中斷風險增強，由于采用了虛擬網絡技術，雖然相較于以往的實體通信更加便捷，但關于網絡故障或風險排查，以及排查后的維護工作難度增加，也就說如果面臨針對虛擬通信網絡的惡意攻擊，或者是網絡系統滋生的故障等問題，需要一個緩慢排查與處理的過程，因為都是不可見因素引發的問題，所以不能用簡單的方法進行處理。②存儲、轉換技術和設備壓力陡增，在大批量信息涌入網絡的情況下，如果沒有合適的監控與服務能力，可能會導致部分系統出現阻塞、必須準備更加可靠的管理計劃。③面對數據的多樣化和非數字化發展，以及關于網絡傳播訴求的多樣性，需要確保大數據網絡的兼容性，即在網絡配置上需要同時滿足4G環境下的功能實現，又要在業務和技術上進行突破，尤其是面對各類業務需求下，是否能夠實現個性化定制或個性化服務，將有可能成為判斷網絡功能的一大標準。

2 5G環境下大數據網絡的架構

2.1 5G網絡架構中的關鍵問題。首先是實現5G網絡的功能性配置。在5G環境下，蜂窩網絡在不斷應用到各方面的社會活動中，例如物流系統、物聯網、云計算等。但各種社會活動對于蜂窩網絡的用途各不相同，需求也因此有所區別，5G技術需要以靈活的方式來建立網絡才能夠切實得融入人們的生產和生活活動中。其次是使用集中式或分布式網絡架構。這兩種網絡架構一直存在著爭議，在實際的使用過程中，二者的技術與應用也一直在發展變化中。二者的開發思路不同，現實原因是由于受到設備性能等方面原因的限制，二者究竟孰優孰劣應當如何統籌應用還需要時間來進行研究考證。

2.2組網模式。目前我國存在兩種組網模式，一種是非獨立組網模式（NSA），另一種是獨立組網模式（SA）。非獨立組網模式是由雙連接、主基站控制（信令面錨點），核心網采用4G EPC或NGC。非獨立組網模式雖然不能完全滿足5G通信技術的全部需求，且由于在該組網模式中通信鏈路會相互產生影響，因此只能在小范圍內使用，但是這一組網模式可以通過此前已建設的通訊基礎設施搭載5G同行網絡，因此前期建設成本較低。而獨立組網模式則是直接使用5G設備進行控制與承載，可以完全滿足5G技術的需求，能夠支持5G與4G網絡同時并行，但這一模式建設成本與非獨立組網模式相比較高。

2.3通信頻譜分配。我國的5G通信頻譜目前高頻段與低頻段共存，二者以頻譜范圍進行區分，高頻段即頻譜范圍為24.75GHz至27.5GHz以及37GHz至42.5GHz，低頻段即頻譜范圍為3.3GHz至3.6GHz以及4.8GHz至5GHz。二者因其特性不同所以使用場景有所區別，高頻段主要用于室內區域或多熱點區域的數據傳輸，而低頻段主要用于接入層無線數據連接，二者共同使用能夠保證5G通信數據傳輸的無縫連接。

2.4開放的5G微基站。相對于既有的通信技術，5G技術下的通信平率更高，但是這一特性也限制了網絡的區域性建設，在硬件（基站）方面，依靠獨立的站點無法實現區域內的有效覆蓋，這必然導致末端信號存在傳輸質量問題，因此必須采用有效措施構建5G的區域性網格實現網絡通暢。微基站方案，選用功耗較低的RRU設備安裝于建筑上、道路旁，或附著于合適的其他設備上，由于設備體積較小且重量輕，不會對周邊環境產生較大影響，供電方式也可以選擇電池直流供電、遠程直流供電或低壓交流供電，便于管理。利用遠端覆蓋單元和擴展單元進行微功率的射頻收發，對上下行信號進行有效收發，并保障單元的用電需求，打造區域內的分布式信號覆蓋形式，依靠接入單元實現信令處理和交互。

3 5G環境的大數據網絡的監控

3.1無線網絡監控存在的問題。無線監控技術在目前已經在許多監控場景中得到了應用，但是市場上的大多數監控設備的數據傳輸方式都采用的是WLAN傳輸，而使用移動通信信號進行數據傳輸的監控設備并不常見。這個現象是由監控數據的特點造成的，監控數據是一種高清視頻數據，在傳輸的過程中需要相當水平的帶寬以及流量，在5G技術出現之前，4G技術下的高清流量成本過高，無線監控終端的數據傳輸因此受到限制。除了這一方面的原因外，4G技術的無線傳輸對環境要求較高，周圍的地形建筑物等對信號的阻礙會影響監控數據傳輸的實時性及監控的畫面質量。目前5G技術的應用時日尚短，因此無線網絡監控中的5G技術運用還需要一些時間來發展與成熟。

3.2 5G環境下的無線監控技術。前文提及無線監控技術在4G環境下受到帶寬、環境干擾及流量成本的限制，并未普遍采用移動網絡進行數據傳輸，但在5G環境下，無線監控技術可以突破這些限制。5G技術的帶寬能夠滿足8K高清視頻數據的傳輸要求，使無線監控數據采用移動網絡進行傳輸在帶寬方面的限制得到突破。5G移動網絡信號的通信頻率較高，因此5G信號具有很強的穿透性，使無線監控在使用移動網絡傳輸數據時受到環境的干擾大大減弱，保證了監控數據傳輸的及時性及有效性。此外，5G環境下流量費用較4G環境下會降低許多，這就降低了無線監控技術使用無線網絡傳輸數據的成本?；谝陨?G技術的優點，使無線監控技術在5G環境下能夠得到進一步的發展。

以往大部分監控采用WLAN數據傳輸方式，無法進行遠距離數據傳輸，因此監控系統一般使用三級甚至四級監控模式，監控終端取得的數據需要經過多層數據交換才能夠達到總系統，無疑會降低監控的實時性。而5G環境下，監控終端設備數據傳輸的距離得到提升，數據傳輸的模式能夠得到簡化，有三級到四級減少為二級，監控數據從監控終端直接傳輸至總系統，一方面能夠保證監控數據的實時性，另一方面又降低了建設監控網絡的成本。

4 關于5G環境下大數據網絡的保障性思考

5G環境下的大數據網絡應當具備長時間的穩定和安全性，并且有助于實現網絡效益的最大化。首先是要完成網絡架構的完善，依靠MIMO天線增強網絡信號，微基站完成區域內網絡功能的優化，室分技術則可以處理室內覆蓋深度問題，確保高低頻信號的協同。其次是研究如何快速識別和利用閑置網絡和設備，通過合理的協約或方案，對閑置通道和設備進行調配，以實現網絡功能的二次補全，同時也是降低網絡運行風險的有效思路。此外還應當思考網絡監控陣地的適度前移，將監控與控制管理陣地盡可能向微基站端前移，精準識別與控制風險。

5 總結

大數據網絡是當前網絡通信系統中的重要組成部門，大數據網絡的穩定性與安全性，直接關系到大數據應用程序的運行質量。5G時代的到來，實現了通信技術的升級，有效解決了大數據網絡固有延遲、穩定、擁塞、傳輸速度等一系列問題，使大數據網絡升級成為可能。但是在5G環境下，既有的大數據網絡配置必然存在一定的問題，需要對網絡構架及監控的相關內容進行同步升級，由此產生了一系列問題亟待解決。因此作為運營商、服務商和技術人員，為了確保自身業務與產品的可靠性，就必須要重點關注大數據網路與5G環境的客觀聯系，打造高水準的網絡服務基礎。

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