物联网形势下的5G通信技术应用探讨

中国移动通信集团江苏有限公司：伍贻轩

信息时代通常指的是计算机时代或数字时代。每个人都有机会自由地传递信息，并及时获得信息。物联网是“万物相连的互联网”，也称泛互联网。泛互联网与移动通信技术的高度融合是信息时代的重要标志。近年来，随着5G技术的出现，各种优势得到了发展，也构成了对4G技术的全面升级。在泛互联网发展的大背景下，5G通信技术的推广应用必将带来人们生活质量的提高。随着5G网络的飞速发展，5G ToB应用也走向成熟，并逐步落地商用。5G行业专网的应用需求又反过来推动5G网络技术的演进和发展。

1.5G移动通信及物联网技术的概述

1.1 5G移动通信技术

5G网络是相对于4G网络来说的一种新型的技术，其信息传输能力、信号接收能力远高于4G网络。自从5G网络技术的概念在世界上出现以来，就引发了各国科学家、物理学家对其的高度重视。由于5G技术在辐射范围、信息处理能力、数据传输能力上极大地碾压了以往几代的通信技术，这使得全球掀起了研发5G技术的浪潮。据相关的报告研究发现，5G技术的服务应用将在2021年开启一个新的篇章，并且在医学、物流、气象研究等多个领域进行服务。5G移动通信凭借其自身的优异性，在未来的信息系统之中将起到中流砥柱的作用，它极大地加强了信息之间的关联性，使以往的信息传播速度得到了前所未有的提升，在一定程度上使应用的范围领域得到了扩大，使人们进入了一个崭新的时代。5G行业专网是一张为满足垂直行业客户网络需求而建设的专用网络，为行业客户提供专属的网络覆盖、专用的网络资源、专有的网络服务。

1.2 物联网技术

物联网技术最早源于传媒领域的发展，第三次信息科技革命为它的产生提供了契机。物联网在广义上指代的是某些信息传感的设备，根据一些具体的协议规定，实现物体与网络的有机结合，此外物体依靠信息的传播媒介来达到信息之间的交换和通信，进而有效地实现科技化的认定、跟踪和进行监督等功能，其作用相当于传感网。主要原理是通过利用对物体之中植入特定的芯片，然后将各式各样的事物通过一条网络进行有序的连接，进而达到物物相连的创新型互联网状态。

2.5G通信技术中与物联网相关的市场供求

2.1 5G与物联网的交互

到目前为止，物联网的发展必须满足两个十分重要的前提条件。与网络相比，它的标准十分严格，并且可以在已覆盖的范围内进行互连。但是由于在4G网络整体进行覆盖的前提情况下，5G新型的物联网技术的第一个部分已经初步形成了覆盖范围相对较大的移动网络，其功耗和速度都相对于较低。它的运行需要可靠的要求来支撑，那么网络的安全性就十分重要了。由于移动数据基于网络信息技术的发展，因此其具有十分高的网络安全标准。它的运行不仅需要特殊的技术来进行系统化的支撑，还对维护安全的行业有一定的标准，形成更好的、更安全的工作环境。就拿其发展而言，只要可以为其解决安全问题，就可以创造出有效和安全的工作环境。

2.2 物联网的要求

当前，我国的经济体制正在朝着完善化发展。在如今的经济体制影响下，萌发了许多新式的经济体，例如房地产经济便属于其中一个十分基础性的组成部分，其经济规模在很大程度上直接影响着中国的经济体制。由于我国并未达到发达国家标准，发展水平相对于比较低下，经济发展也不够充分，一些智能化的电器在开发时的价格仍然十分高昂，这对于普通的家庭来说是很难可以接受的。在我国正式加入世界经济贸易组织后，对绿色建筑的研发程度大大加深，时至今日，物联网十分关注对建筑的监管功能。可以在很大程度上为实现绿色化建筑进程起到重大作用。

3.5G移动通信在物联网技术中的作用

3.1 有效改善传统网络

5G网络技术实施发布后，其传输速度将会比4G高出百倍。对于那些移动电话和平板电脑的移动数据终端来说，信息传输的时效和质量将得到明显的改善。从其它角度来看，用户的控制信号将会成为多元化云信号，这种信号经过云计算和大数据处理后将信息实现整合，最终呈现到用户面前，它的发展将为物联网技术的应用提供坚实的基础。

3.2 显著扩大覆盖范围

改进后的移动通信技术将用于多个天线以及高频带，和其他相关技术进行直接的通信。通过在以往的峰值数据模式进行改变，不同终端之间的通信频率也将得到很大程度上的改善。在信息网络覆盖的前提下，这样做可以有效减小模块的整体大小，为智能通信提供重要的技术支撑与维护。

3.3 促进科技应用创新

据相关的调查研究发现，5G移动通信技术可以实现许多4G网络无法达到的效果，比如在人工智能化机器人和汽车智能导航的开发应用之中，5G网络技术可凭借其强大的数据操作运算能力来对信息进行分析，从而更好地为这些应用的提升带来契机。

4.5G行业专网网络运维方案

4.1 网络监控

为支撑5G行业专网监控，需建立网络与业务监控并重、端到端全覆盖、分级响应的监控体系，将面向网络的分级监控与面向业务的场景监控相结合，任务直达属地化团队，实现网络与业务问题的快速响应。5G行业专网不仅需要对核心网、网络云、传输等大网网络进行监控，还需要对客户接入侧网络进行监控，确保行业专网全量设备可监、可控。移动侧的监控范围：ToB核心网、网络云、专网UPF、SPN设备/线路、移动侧机房动环、传输、承载网等；客户侧的监控范围：ToB无线基站、边缘UPF、边缘MEC、终端设备等。建立业务级场景监控，按客户及业务维度，定制化呈现网络告警、网络性能指标、业务运行指标、投诉等信息。监控的基础信息包含设备告警、线路告警监控。呈现各类工单信息，如投诉工单、故障工单、开通工单、勘察工单。性能指标监控包含时延、带宽、可靠性等性能指标，可根据客户要求及业务特点定制。SLA服务指标监控包含故障处理时长、处理及时率等SLA指标监控。

4.2 分专业运维

4.2.1 传输专业

面向5G ToB业务，传输网的运维标准、保障机制、投诉响应、职责界面等都将发生重大转变，原有运维体系已不再适用，急需建立新型运维服务支撑体系。传输网运维方案的变化主要体现在两方面，一是协同，通过部署编排器及传输超级控制器SC，实现切片业务实现自动下发及智能化运维；二是在原有维护体系的基础上，增加面向切片业务的时延优化、业务分担、质量分析、重保监测等维护要求。相较于5GToC业务，5G ToB业务对带宽、隔离、时延、可靠性等指标要求更高，在传输网故障处理、性能优化、结构优化、数据配置等方面需进一步充实维护内容、提升维护级别。分等级实现切片业务的重要保障，例如低等级业务应实现单独重保界面呈现并进行分钟粒度的流量及性能监测，高等级业务应实现单独重保界面呈现并进行秒级粒度的流量及性能监测。

4.2.2 核心网专业

5G行业专网“高速率、高可靠低时延、海量连接、切片灵活定制”等新特性集中地由核心网承载并面向客户呈现。核心网在面对虚拟化、集中化、服务化等高难度技术转型的同时，肩负着“打造一张精品行业专网”和“敏捷高效支撑垂直行业”的双重重任。全网需夯实运维能力，精益求精，推动toB网络从“网络可用”向“网络好用”进阶，并最终跨越成一张“精品”网络。

ToB业务集客属性显著，在投诉故障处理、割接实施等基础维护工作中，需加强与客户协同，建立与客户间的协作机制，确保业务感知。需依据行业客户个性化需求，制定分客户核心网重保方案并组织实施，提升保障能力。

4.2.3 支撑手段

对于5G行业专网业务，开通流程涉及无线网、传输网、核心网、IP网等，相比传统政企业务，业务组合更多、网络专业更广，对网管支撑提出了更高要求。需构建端到端业务编排能力，强化各专业自动配置开通能力，完善切片级分场景监控、切片端到端性能分析功能，面向网管能力开放的全新需求，构建灵活定制化的数据采集共享能力。建立资源管理系统业务开通模块或独立的业务编排系统，实现省内5G切片业务开通相关调度和串接，实现端到端全程可视化管理。使用无线OMC做好无线切片ID配置，将一体化增强型UPF同步纳入核心网OMC进行管理。5G行业专网提出客户自服务、自运维等网管能力开放全新要求。基于数据共享平台实现开通工单、资源数据、告警数据、性能数据、投诉工单、SLA报告等数据的融合拉通，支撑集客运维门户应用。

4.3 C-V2X通信技术

随着信息技术的持续发展，车联网（V2X,Vehicle-to-Everything）作为跨通信、汽车和交通等领域的新一代信息通信技术，已成为极具潜力的研究热点。车联网一方面可以实现车辆与周围车辆、行人、道路基础设施等的全方位连接和高效准确的通信，通过信息交互识别危险情况，降低碰撞风险，保障交通安全；另一方面还可以通过收集和播发实时数据合理规划行车路线，协助交通管理，提高交通运行效率。V2X车联网通信涉及车载OBU、行人、RSU及云端业务平台等实体，这些实体之间通过Uu接口或PC5/V5直连通信接口等与车辆进行通信。根据通信方式的不同，C-V2X车联网系统包含蜂窝网通信和直连通信两种场景。蜂窝网通信场景下，车联网终端通过Uu接口上/下行链路与其他终端或网络侧业务平台交互信息，实现长距离和大范围的可靠通信，满足车辆导航、车辆监控、信息娱乐等业务的需要。此外，蜂窝网还可提供V2N下行业务数据广播业务。直连通信场景下，车载OBU及路侧RSU等在专用工作频段上通过PC5和V5接口采

用广播方式进行短距离信息交换，满足提高交通效率及道路交通安全、自动化驾驶等车联网业务的需要。

5.5GToB专网策略的探讨

在5G ToB业务组网中，以视频监控项目为例。要使得客户的内网互通，最为方便快捷的方法就是使用隧道技术打通客户内网。例如，GRE（通用路由封装）隧道技术、VXLAN（虚拟可扩展局域网）技术。此外，在业务场景不复杂的情况下也可以使用端口映射技术，对IP和端口进行一对一的转换，这种组网方式适合客户终端设备较少、组网已经比较完善或后续增加少量终端的场景。

5.1 GRE隧道技术组网

GRE隧道是一种封装技术，是三层隧道协议。将其他协议产生的数据报文封装在它自己的报文中，然后在网络中传输。实际上隧道可以看作一个虚拟的点到点连接。GRE隧道技术能够很好地解决5G ToB专网内网的互通问题。GRE隧道技术部署简单，无法提供数据包的加密，安全性相对较低。随着GRE的发展，其协议本身也变得愈发复杂。不同厂家的GRE头部格式可能不同，一般不会造成什么问题，但有可能使得互联互通性较差，因此，一般建议使用同厂家设备，减少不同厂家对接引起的问题。只需在CPE与客户交换机间建立GRE隧道，就能使得客户的内网实现互联互通。

5.2 VXLAN技术组网

随着5G时代的到来，5G ToB专网的终端数量肯定也会呈线性增长，甚至指数增长。VXLAN本质上也是一种隧道技术，能够满足资源和位置的灵活部署，适用于大二层网络，即支持接入海量的终端数量。原因在于传统VLAN技术只支持12bit的隔离，而VXLAN给VNI（VXLAN网络标识符）分配了24bit的空间。

VXLAN技术是把原始二层报文通过UDP（用户数据报协议）协议封装后在IP网络传输，是一种L2overL4并在L3中传输信息的技术，主要应用在数据中心、业务需求量大、VM（虚拟机）需要迁移、不改变IP地址的场景。此外，VXLAN技术能够以较低的成本构建跨3层的大2层网络，并且减轻物理交换机MAC地址表压力。建立VXLAN隧道只需在边缘设备VTEP（VXLAN隧道节点）建立，如图1所示，即在VTEP1和VTEP2建立隧道，无需考虑运营商的内部设备的转发路径，充当VTEP角色的设备需要支持VXLAN功能。

图1 ：5GToB专网VXLAN组网拓扑图

5.3 CPE配置端口映射

5.3.1 全映射

全映射是NAT（网络地址转换）方式的一种，适用于5G ToB专网组网的终端设备只有单个，但提供的服务端口可能有多个的组网场景。在组网初始阶段，对IP和端口进行一对一全映射，后期维护简单，但是终端完全暴露在网络中，安全性较低。在图2中，客户服务器通过IP和端口就可以访问CPE下带的终端。

图2 ：5GToB专网全映射组网拓扑图

5.3.2 端口映射

端口映射，在图3中，即CPE下不同IP的终端通过端口映射成同一个对外访问的IP和不同端口。但是需要手动一条条添加条目，后期每增加一个设备，需要加一条端口映射条目。服务器要访问终端，也需要相应的增加条目。不利于后续扩展和维护，适用于小型网络组网。三种5G行业专网的组网方案对比详见表1。

图3 ：5GToB专网端口映射组网拓扑图

表1 ：三种方案对比

6.结语

5G时代的到来，预示着人类的发展又步入了一个新的阶段。本文重点对5G通信技术下的物联网技术进行探索，对5G通信技术与物联网的优势进行分析，根据客户差异化网络需求，打造匹配客户需求的精品网络。针对5G ToB业务的快速发展，提出了几种应用解决方案，从目前应用的广泛度来说，使用GRE隧道技术进行组网相对较多，因为GRE隧道部署简单、扩展性好，投资成本较少。不过在具体实施的时候，也要结合实际情况，针对当前的组网制定最合适的方案。