关于5G与4G的对比以及未来前瞻的个人见解
目錄
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5G相較于4G做了哪些提升：
5G與5G的關鍵技術：
5G關鍵技術-軟件定義網絡（SDN）
網絡功能虛擬化（NFV）：
SDN與NFV的本質區別與關聯
5G與5G即將面臨的挑戰
新業務挑戰：
新使用場景的挑戰
終端設備帶來的挑戰
5G面臨的安全挑戰
新架構的安全挑戰
總結
目錄
- 5G相較于4G做了哪些提升
- 5G與5G的關鍵性技術
- 5G與5G所面臨的問題
- 總結
在在4G項目實施至今，LTE技術已經非常成熟，在此基礎上，5G也隨之而來，在全面推進5G建設的時候，固然有很多問題也隨之誕生，在大環境的前提下，我嘗試著查閱了一些資料，并將其與4G進行了一些簡單的對比，并嘗試觀察兩者的差異性以及未來展望。
5G相較于4G做了哪些提升：
| 4G參考值 | 0.1Tbps/Km2 | 10萬/Km | 10ms | 350Km/h | 1倍 | 10Mbps | 1倍 | 1Gbps |
| 5G取值 | 10Tbps/Km2 | 100萬/Km | 1ms | 500Km/h | 100倍提升 （網絡側） | 0.1-1Gbps | 3倍提升 （某些場合5倍） | 20Gbps |
*流量密度：單位體積內的總流量數
*連接密度：指單位體積內可以支持的在線設備總和時延：發送端到接收端接收數據之間的間隔
*移動性：支持用戶終端的最大移動終端
*能源效率：每消耗單位能量可以傳送的數據量
*用戶體驗效率：單位時間內用戶獲得MAC層用戶面數據傳送量
*頻譜效率：每小區或單位面積內。單位頻譜資源提供的吞吐量
*峰值效率：用戶可以獲得的最大速率
由這些數據可以看出5G對比4G關鍵性能指標有了相當大的提升，
總結起來就是5G具有高速率、低時延、大容量、高可靠、海量連接等特點，
但實際上，即便在5G大力推廣的今天，依然有許多地方沒有達到全覆蓋，其主要原因還是因為他的抗干擾能力差且制造成本昂貴。
由3GPP確立并認可的5G工作模式中，分為NSA（非獨立組網模式）和SA（組網模式）的兩種工作模式：
其中SA模式下的5G基站是單獨建立的5G基站，她可以直接作為訪問用戶終端和后臺數據庫中，速率和頻譜都可以達到很高的數據。
而NSA模式下，是以4G作為終端的信號接收，然后發給5G基站，再由5G基站傳輸給后臺云數據庫中處理，再由云服務器將數據發還給5G基站，這時，5G基站將根據當前信號速率以及干擾源等多方面因素做出判斷，是由5G基站將信息返還，亦或者繼續由4G基站進行信號傳輸的工作模式。
總結：相較于4G基站，由于5G信號覆蓋范圍較小，需要大規模的建站來進行全方位的信號增強，因此5G想要進行全面覆蓋的成本更加昂貴，但即使如此，5G通過其高速率、低時延等特點，依然使5G能夠快速商業化，其高流量，高利用以及低時延的特點，將各類行業的智能化推向了一個新高度。而由將NSA作為過渡，最終實現SA全覆蓋的觀點來看，5G的前程更是無比閃耀。
5G與5G的關鍵技術：
動態自組織網絡(SON)
動態自組織網絡用于滿足5G對于低時延、高可靠場景下降低端到端時延，提高傳輸可靠性；
在低功耗、大鏈接場景下延申網絡覆蓋和接入能力這兩方面的性能要求；
而相較于在傳統蜂窩網絡結構即4G網絡環境下，終端必須通過基站和蜂窩網網關才能與目標端進行通信。終端在獲得數據傳輸服務前必須首先選擇一個服務基站，與服務進展建立并保持連接這一特點；
在動態自組網中，任何接入網節點，都具備數據存儲和轉發功能，動態自組網中的每個節點，都具備無
線信號收發能力，并且每個節點，都可以與上一個或多個相鄰節點進行無線通信，整個自組網呈網狀結構。
在動態自組網結構中，任何節點間（終端與終端、終端與基站、基站與基站等）均通過無線通信，無需任何布線，并具有支持分布式網絡的冗余機制和重新分配路由功能。
任何新節點（如終端或基站）的添加，只需要簡單的接上電源即可，節點可自動配置，并確定最佳多跳傳輸路徑。
動態自組網有如下優點：
部署靈活：
部署方面，動態自組織網絡節點（終端或微型基站），只要處于目標區域，就可以進行自動的配置，自動建立并維護網絡拓撲，確定最佳傳輸途徑，大大降低網絡部署成本，加快部署速度。
支持多跳：
動態自組織網絡支持多跳傳輸，與發射端有直接視距的接收端先接受到無線信號，然后接收端無線信號轉發到它直視視距的下一條終端。因此，數據包在自組網絡中傳輸，能供這樣一跳一跳傳遞下去，直至到達目標終端。動態自組網絡中通過多跳方式傳輸，大大擴展了應該領域和覆蓋范圍。
高可靠性
動態自組織網絡支持空中多路冗余傳輸提高寬帶。因為傳輸距離越長，干擾因素也會大大增加。而且自組網絡的多跳傳輸可以有力的獲得高帶寬。也因為傳輸距離小，需要的功率也小，也因此更加綠色節能。
支持超高帶寬
無線通信領域傳輸距離越短，越容易獲得高帶寬。因為傳輸距離越長，干擾因素也會越大。而自組織網絡的多跳傳輸可以有力的獲得高帶寬。也因為傳輸距離小，需要的功率也小，因此更加綠色節能。
5G關鍵技術-軟件定義網絡（SDN）
1.物理上分離控制平面和轉發平面
2.控制器集中管理多臺轉發設備
3.服務和程序部署在控制器上
在5G網絡架構設計上要遵循智能、開放、靈活、高效的原則。IT新技術給了5G網絡結構的實現，提高了新的技術支持。其中軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛化技術
SDN起源：
SDN起源于2008年美國斯坦福大學教授Nick Mckeown等人的Ethane項目研究。其主要思想是將傳統的網絡設備的數據平面和控制平面分離，使用戶能通過標準化的接口對各種網絡轉發設備進行統一管理和配置。這種傳統網絡設備向SDN的演變，正像大型機與PC機的類比。
總結
SDN--軟件定義網絡
SDN的核心思想--轉發和控制分離，從而實現網絡流量的靈活控制
SDN網絡的新角色--控制器
承上：對上層應用提供網絡編程的接口
啟下：對下提供對實際物理網絡網元的管理
網絡功能虛擬化（NFV）：
軟硬件解耦、虛擬化
通用硬件實現網絡功能
SDN與NFV的本質區別與關聯
二者都有將傳統的一體化網絡設備進行軟硬件解耦的特點，從封閉走向開放，從獨享的硬件發展到共享的軟件，二者都有很強的互補性，但它們又相互獨立，沒有必然的依賴性。
SDN側重于控制與轉發的分離、網絡集中控制（邏輯上）和網絡虛化，主要影響到是網絡結構；而NEV側重點是軟件與硬件的分離、硬件通用化和網絡功能虛擬化，主要影響的是設備形態。
因此，SDN是面向網絡結構的創新；NFV是面向設備形態的創新。
SDN的關鍵特征：
集中控制、優化全局效率；
開放接口、加快業務上線；
網絡抽象、屏蔽底層差異。
NFV的關鍵特征：
上層業務云化，底層硬件標準化；
分層運營，加快業務上線與創新。
SDN與NFV的深度融合
SDV是面向網絡架構的創新
NFV是面向設備形態的創新
SDNFVS使整個網絡可編程，可靈活性
5G與5G即將面臨的挑戰
譜率資源的挑戰：
我國的頻段劃分屬于行政劃分，和相對比的市場主導有區別
在歐美國家，頻段是用來拍賣的，比如現在的3G時代，對于相應的頻段，我國三大運營商都已經行政劃分好了，剩下的就是比拼服務。而歐美采用拍賣的方式，他們首先要拍的是此頻段的牌照，比如英國的3G頻譜就拍賣了220億英鎊，德國更是高達450億美元。
頻譜之所以這么貴，是因為目前可用的頻譜資源是有限的。
相當于提高頻譜利用率，增加頻譜帶寬的方法就顯得更加簡單直接。在頻譜利用率不變的情況下，可用帶寬如果翻倍則可以實現的數據傳輸速率也翻倍。但是，現在常用5GHz以下已經非常擁擠。因此使用高頻段和超高頻段，成為廣大廠商不約而同的解決辦法。比如使用28GHz和60GHz的毫米波頻段，是最具有希望使用在5G的兩個頻段。
使用28GHz和60GHz的毫米波頻段，可以獲得更大的帶寬。各個頻段可用頻譜帶寬比較
綜上，5G技術的落地，仍要面臨頻譜資源稀缺及高頻段開發等挑戰：
通信產業發展至今，頻譜資源日益稀少。
5G網絡需要使用高頻段甚至更高頻段（例如毫米波頻段）的深度開發、非授權頻段的使用，滿足未來網絡對頻譜資源的需求。這些技術的發展同時也需要終端設備的升級。
與低頻無線傳播特性相比，高頻對無線傳播路徑上的建筑物材質、植被、雨衰/氧衰等更敏感。
不同頻段存在不同的使用規則和約束，這使得頻譜規劃也變得更加復雜。
解決方向：
使用60GHz甚至300GHz的頻段，加強帶寬利用率。
新業務挑戰：
圍繞業務體驗進行網絡建設已經成為行業共識，體驗建網可以達成用戶需求作為網絡建設的目標，規劃方法涉及的關鍵能力包括：業務識別、體驗評估、GAP分析、規劃仿真等。根據業務類型的體驗需求特征，不同的5G業務要求不同。
uRLLC：對時延（1ms）和可靠性（99.999%）的要求很高
mMTC：對連接數量和耗電/待機的要求較高
eMBB：要求移動網絡為AR/VR等新業務提供良好的用戶體驗
新業務在待機、時延、可靠性等方面的體驗需求，當前在評估方法、仿真預測、以及規劃方案等領域均處于空白或剛起步的階段，面臨非常大的挑戰。
新使用場景的挑戰
因為大量新業務的引入，5G應用場景將遠遠超出了傳統移動通信網絡的范圍，包括：
移動熱點：人群的聚集和移動會帶來大量的移動熱點場景，需要有超密組網的網絡規劃方案
物聯網絡：面向各種垂直行業的物聯新業務，如智能抄表，智能停車、工業4.0等，其應用場景大大超出了人的活動范圍。
低空/高空覆蓋：很多國家明確提出了提高移動通信網絡為低空無人機提供覆蓋和監管的需求：高考飛機航線覆蓋，5G為這些應用場景，無論是相關的傳播特性、還是組網規劃方案，目前基本是空白，需要開展相關的課題研究。
終端設備帶來的挑戰
隨著移動互聯網和物聯網的興起，終端不斷向便攜式、智能化、多元化方向發展，未來聯網終端數量將呈爆發式增長，互聯網時代的用戶長尾化需求，移動互聯網時代的用戶碎片化需求，將在終端設備形態上得到充分體現。對用戶而言，有好多用戶體驗和應該的多樣化成為服務類終端的核心競爭力。因此，要實現低成本多模終端的研發，對終端設備的芯片和工藝、射頻技術以及器材、電池壽命等技術研發帶來了挑戰。
5G面臨的安全挑戰
5G帶來了三大應用場景：增強型移動寬帶（eMBB）、大規模機器類通信（mMTC）、高可靠低時延（uRLLC）。
5G三大應該場景面臨的安全挑戰
這三大應用場景中，
對增強移動寬帶來說，它需要更高的安全處理性能，保障用戶獲得良好的體驗速率；
二是它需要支持外部網絡二次認證，能更好地與業務結合在一起；
三是需要解決目前發現的已知漏洞問題。
對于低功耗的大規模機器類通信來說，需要輕量化的安全機制，以使用功耗受限、時延受限的物聯網設備的需要；需要通過群組認證機制，解決海量物聯網設備認證時所帶來的信令風暴問題；需要抗DDOS攻擊機制，應對由于設備安全能力不足被攻擊者利用，而對網絡基礎設施發起攻擊的危險。對于高可靠低時延通信來說，需要提供低時延的安全算法和協議，要簡化和優化原有安全上下文的交換、密鑰管理等流程，支持邊緣計算架構，支持隱私和關鍵數據的保護。
新架構的安全挑戰
面對5G帶來的三大應用場景，
以IT為中心的網絡架構，會引入超密集組網、SDN、云計算、NFV等新技術。
新技術也帶來了新挑戰，如SDN和NFV
這樣的技術引入，使得網絡邊界變得十分模糊，以前依賴物理邊界防護的安全機制難以得到應用。所以，安全機制要適應虛擬云化的需要。
5G網絡會變得更加開放，相比現有的相對封閉的移動通信系統來說，會面臨更多的網絡空間安全問題。比如APT攻擊、DDOS、worm惡意軟件攻擊等，而且攻擊會更加猛烈，規模更大，影響也會更大
總結
在5G高速發展的今天，我們已經具備了較為完善的技術支持，以及各種應對方案，而5G的建設也在加速推廣中，遍及各個行業，都有5G的身影，其中包括但不限于醫療、物流、IT、通信，這些行業的5G利用方法都非常的出色，也在處處流露出，5G的用途之廣、使用之便利，5G的加速普及，對云計算和大數據等方面的IT產業也有著極大的推進作用，其發展走向早已萬里鵬程，勢不可擋了。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的关于5G与4G的对比以及未来前瞻的个人见解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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