[科普中國]-5G

第五代移動通信技術(shù)（英語：5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation，簡稱5G）是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，是4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系統(tǒng)后的延伸。5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。Release-15中的5G規(guī)范的第一階段是為了適應(yīng)早期的商業(yè)部署。Release-16的第二階段將于2020年4月完成，作為IMT-2020技術(shù)的候選提交給國際電信聯(lián)盟（ITU）1。ITU IMT-2020規(guī)范要求速度高達(dá)20 Gbit/s，可以實現(xiàn)寬信道帶寬和大容量MIMO。

發(fā)展背景近年來，第五代移動通信系統(tǒng)5G已經(jīng)成為通信業(yè)和學(xué)術(shù)界探討的熱點。5G的發(fā)展主要有兩個驅(qū)動力。一方面以長期演進(jìn)技術(shù)為代表的第四代移動通信系統(tǒng)4G已全面商用，對下一代技術(shù)的討論提上日程；另一方面，移動數(shù)據(jù)的需求爆炸式增長，先有移動通信系統(tǒng)難以滿足未來需求，急需研發(fā)新一代5G系統(tǒng)1。

5G的發(fā)展也來自于對移動數(shù)據(jù)日益增長的需求。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的設(shè)備接入到移動網(wǎng)絡(luò)中，新的服務(wù)和應(yīng)用層出不窮，全球移動寬帶用戶在2018年有望達(dá)到90億，到2020年，預(yù)計移動通信網(wǎng)絡(luò)的容量需要在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)容量上增長1000倍。移動數(shù)據(jù)流量的暴漲將給網(wǎng)絡(luò)帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。首先，如果按照當(dāng)前移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，容量難以支持千倍流量的增長，網(wǎng)絡(luò)能耗和比特成本難以承受；其次，流量增長必然帶來對頻譜的進(jìn)一步需求，而移動通信頻譜稀缺，可用頻譜呈大跨度、碎片化分布，難以實現(xiàn)頻譜的高效使用；此外，要提升網(wǎng)絡(luò)容量，必須智能高效利用網(wǎng)絡(luò)資源，例如針對業(yè)務(wù)和用戶的個性進(jìn)行智能優(yōu)化，但這方面的能力不足；最后，未來網(wǎng)絡(luò)必然是一個多網(wǎng)并存的異構(gòu)移動網(wǎng)絡(luò)，要提升網(wǎng)絡(luò)容量，必須解決高效管理各個網(wǎng)絡(luò)，簡化互操作，增強用戶體驗的問題。為了解決上述挑戰(zhàn)，滿足日益增長的移動流量需求，亟需發(fā)展新一代5G移動通信網(wǎng)絡(luò)1。

基本概念與早期的2G、3G和4G移動網(wǎng)絡(luò)一樣，5G網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)，在這種網(wǎng)絡(luò)中，供應(yīng)商覆蓋的服務(wù)區(qū)域被劃分為許多被稱為蜂窩的小地理區(qū)域。表示聲音和圖像的模擬信號在手機中被數(shù)字化，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換并作為比特流傳輸。蜂窩中的所有5G無線設(shè)備通過無線電波與蜂窩中的本地天線陣和低功率自動收發(fā)器（發(fā)射機和接收機）進(jìn)行通信。收發(fā)器從公共頻率池分配頻道，這些頻道在地理上分離的蜂窩中可以重復(fù)使用。本地天線通過高帶寬光纖或無線回程連接與電話網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)連接。與現(xiàn)有的手機一樣，當(dāng)用戶從一個蜂窩穿越到另一個蜂窩時，他們的移動設(shè)備將自動“切換”到新蜂窩中的天線2。

5G網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢在于，數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，最高可達(dá)10Gbit/s，比當(dāng)前的有線互聯(lián)網(wǎng)要快，比先前的4G LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)快100倍。另一個優(yōu)點是較低的網(wǎng)絡(luò)延遲（更快的響應(yīng)時間），低于1毫秒，而4G為30-70毫秒。由于數(shù)據(jù)傳輸更快，5G網(wǎng)絡(luò)將不僅僅為手機提供服務(wù)，而且還將成為一般性的家庭和辦公網(wǎng)絡(luò)提供商，與有線網(wǎng)絡(luò)提供商競爭。以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供了適用于手機的低數(shù)據(jù)率互聯(lián)網(wǎng)接入，但是一個手機發(fā)射塔不能經(jīng)濟地提供足夠的帶寬作為家用計算機的一般互聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商2。

網(wǎng)絡(luò)特點峰值速率需要達(dá)到Gbit/s的標(biāo)準(zhǔn)，以滿足高清視頻，虛擬現(xiàn)實等大數(shù)據(jù)量傳輸。

空中接口時延水平需要在1ms左右，滿足自動駕駛，遠(yuǎn)程醫(yī)療等實時應(yīng)用。

超大網(wǎng)絡(luò)容量，提供千億設(shè)備的連接能力，滿足物聯(lián)網(wǎng)通信。

頻譜效率要比LTE提升10倍以上。

連續(xù)廣域覆蓋和高移動性下，用戶體驗速率達(dá)到100Mbit/s。

流量密度和連接數(shù)密度大幅度提高。

系統(tǒng)協(xié)同化，智能化水平提升，表現(xiàn)在多用戶，多點，多天線，多攝取的協(xié)同組網(wǎng)，以及網(wǎng)絡(luò)間靈活地自動調(diào)整。

以上是5G區(qū)別于前幾代移動通信的關(guān)鍵，是移動通信從以技術(shù)為中心逐步向以用戶為中心轉(zhuǎn)變的結(jié)果3。

發(fā)展歷程2013年2月，歐盟宣布，將撥款5000萬歐元。加快5G移動技術(shù)的發(fā)展，計劃到2020年推出成熟的標(biāo)準(zhǔn)4。

2013年5月13日，韓國三星電子有限公司宣布，已成功開發(fā)第5代移動通信（5G）的核心技術(shù)，這一技術(shù)預(yù)計將于2020年開始推向商業(yè)化。該技術(shù)可在28GHz超高頻段以每秒1Gbps以上的速度傳送數(shù)據(jù)，且最長傳送距離可達(dá)2公里。相比之下，當(dāng)前的第四代長期演進(jìn)（4GLTE）服務(wù)的傳輸速率僅為75Mbps。而此前這一傳輸瓶頸被業(yè)界普遍認(rèn)為是一個技術(shù)難題，而三星電子則利用64個天線單元的自適應(yīng)陣列傳輸技術(shù)破解了這一難題。與韓國4G技術(shù)的傳送速度相比，5G技術(shù)預(yù)計可提供比4G長期演進(jìn)（LTE）快100倍的速度。5利用這一技術(shù)，下載一部高畫質(zhì)（HD）電影只需十秒鐘。

2014年5月8日，日本電信營運商NTT DoCoMo式宣布將與 Ericsson、Nokia、Samsung 等六家廠商共同合作，開始測試凌駕現(xiàn)有 4G 網(wǎng)絡(luò) 1000 倍網(wǎng)絡(luò)承載能力的高速 5G 網(wǎng)絡(luò)，傳輸速度可望提升至 10Gbps。預(yù)計在2015年展開戶外測試，并期望于 2020 年開始運作6。

2015年9月7日，美國移動運營商Verizon無線公司宣布，將從2016年開始試用5G網(wǎng)絡(luò)，2017年在美國部分城市全面商用。7中國5G技術(shù)研發(fā)試驗將在2016-2018年進(jìn)行，分為5G關(guān)鍵技術(shù)試驗、5G技術(shù)方案驗證和5G系統(tǒng)驗證三個階段實施。8

從發(fā)展態(tài)勢看，5G還處于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究階段，后來幾年4G還將保持主導(dǎo)地位、實現(xiàn)持續(xù)高速發(fā)展。但5G有望2020 年正式商用。9

2017年2月9日，國際通信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP宣布了“5G”的官方 Logo。10

2017年11月15日，工信部發(fā)布《關(guān)于第五代移動通信系統(tǒng)使用3300-3600MHz和4800-5000MHz頻段相關(guān)事宜的通知》，確定5G中頻頻譜，能夠兼顧系統(tǒng)覆蓋和大容量的基本需求。11

2017年11月下旬中國工信部發(fā)布通知，正式啟動5G技術(shù)研發(fā)試驗第三階段工作，并力爭于2018年年底前實現(xiàn)第三階段試驗基本目標(biāo)。12

2017年12月21日，在國際電信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP RAN第78次全體會議上，5G NR首發(fā)版本正式凍結(jié)并發(fā)布。13

2017年12月，發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于組織實施2018年新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的通知》，要求2018年將在不少于5個城市開展5G規(guī)模組網(wǎng)試點，每個城市5G基站數(shù)量不少50個、全網(wǎng)5G終端不少于500個。14

2018年2月23日，在世界移動通信大會召開前夕，沃達(dá)豐和華為宣布，兩公司在西班牙合作采用非獨立的3GPP 5G新無線標(biāo)準(zhǔn)和Sub6 GHz頻段完成了全球首個5G通話測試。15

2018年2月27日，華為在MWC2018大展上發(fā)布了首款3GPP標(biāo)準(zhǔn)5G商用芯片巴龍5G01和5G商用終端，支持全球主流5G頻段，包括Sub6GHz(低頻)、mmWave(高頻)，理論上可實現(xiàn)最高2.3Gbps的數(shù)據(jù)下載速率。16

2018年6月13日，3GPP 5G NR標(biāo)準(zhǔn) SA（Standalone，獨立組網(wǎng)）方案在3GPP第80次TSG RAN全會正式完成并發(fā)布，這標(biāo)志著首個真正完整意義的國際5G標(biāo)準(zhǔn)正式出爐。17

2018年6月14日，3GPP全會（TSG#80）批準(zhǔn)了第五代移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（5G NR）獨立組網(wǎng)功能凍結(jié)。加之2017年12月完成的非獨立組網(wǎng)NR標(biāo)準(zhǔn)，5G已經(jīng)完成第一階段全功能標(biāo)準(zhǔn)化工作，進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)全面沖刺新階段。18

2018年6月28日，中國聯(lián)通公布了5G部署：將以SA為目標(biāo)架構(gòu)，前期聚焦eMBB，5G網(wǎng)絡(luò)計劃2020年正式商用。19

2018年8月2日，奧迪與愛立信宣布，計劃率先將5G技術(shù)用于汽車生產(chǎn)。在奧迪總部德國因戈爾施塔特，兩家公司就一系列活動達(dá)成一致，共同探討5G作為一種面向未來的通信技術(shù)，能夠滿足汽車生產(chǎn)高要求的潛力。奧迪和愛立信簽署了諒解備忘錄在未來幾個月內(nèi)，兩家公司的專家們將在位于德國蓋梅爾斯海姆的“奧迪生產(chǎn)實驗室”的技術(shù)中心進(jìn)行現(xiàn)場測試。20

2018年11月21日，重慶首個5G連續(xù)覆蓋試驗區(qū),建設(shè)完成，5G遠(yuǎn)程駕駛、5G無人機、虛擬現(xiàn)實等多項5G應(yīng)用同時亮相。21

2018年12月1日，韓國三大運營商SK、KT與LG U+同步在韓國部分地區(qū)推出5G服務(wù)，這也是新一代移動通信服務(wù)在全球首次實現(xiàn)商用。第一批應(yīng)用5G服務(wù)的地區(qū)為首爾、首都圈和韓國六大廣域市的市中心，以后將陸續(xù)擴大范圍。按照計劃，韓國智能手機用戶2019年3月份左右可以使用5G服務(wù)，預(yù)計2020年下半年可以實現(xiàn)5G全覆蓋。22

2018年12月7日，工信部同意聯(lián)通集團(tuán)自通知日至2020年6月30日使用3500MHz-3600MHz頻率，用于在全國開展第五代移動通信（5G）系統(tǒng)試驗。2312月10日，工信部正式對外公布，已向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通發(fā)放了5G系統(tǒng)中低頻段試驗頻率使用許可。這意味著各基礎(chǔ)電信運營企業(yè)開展5G系統(tǒng)試驗所必須使用的頻率資源得到保障，向產(chǎn)業(yè)界發(fā)出了明確信號，進(jìn)一步推動我國5G產(chǎn)業(yè)鏈的成熟與發(fā)展24。

2018年12月18日，AT&T宣布，將于12月21日在全美12個城市率先開放5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。25

2019年2月20日，韓國副總理兼企劃財政部部長洪南基提到，2019年3月末，韓國將在全球首次實現(xiàn)5G的商用。26

2019年6月6日，工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放5G商用牌照，中國正式進(jìn)入5G商用元年。27

關(guān)鍵技術(shù)超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)5G 網(wǎng)絡(luò)正朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、 寬帶化、 綜合化、 智能化的方向發(fā)展。隨著各種智能終端的普及，面向 2020 年及以后，移動數(shù)據(jù)流量將呈現(xiàn)爆炸式增長。在未來 5G 網(wǎng)絡(luò)中， 減小小區(qū)半徑， 增加低功率節(jié)點數(shù)量，是保證未來 5G 網(wǎng)絡(luò)支持 1 000 倍流量增長的核心技術(shù)之一 。因此， 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)成為未來 5G 網(wǎng)絡(luò)提高數(shù)據(jù)流量的關(guān)鍵技術(shù)28。

未來無線網(wǎng)絡(luò)將部署超過現(xiàn)有站點 10 倍以上的各種無線節(jié)點，在宏站覆蓋區(qū)內(nèi)，站點間距離將保持 10 m 以內(nèi)，并且支持在每 1 km2 范圍內(nèi)為 25 000個用戶提供服務(wù) 。同時也可能出現(xiàn)活躍用戶數(shù)和站點數(shù)的比例達(dá)到 1∶ 1的現(xiàn)象， 即用戶與服務(wù)節(jié)點一一對應(yīng)。密集部署的網(wǎng)絡(luò)拉近了終端與節(jié)點間的距離，使得網(wǎng)絡(luò)的功率和頻譜效率大幅度提高，同時也擴大了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，擴展了系統(tǒng)容量，并且增強了業(yè)務(wù)在不同接入技術(shù)和各覆蓋層次間的靈活性。雖然超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在 5G 中有很大的發(fā)展前景，但是節(jié)點間距離的減少，越發(fā)密集的網(wǎng)絡(luò)部署將使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓訌?fù)雜， 從而容易出現(xiàn)與現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)不兼容的問題。在 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)中，干擾是一個必須解決的問題。網(wǎng)絡(luò)中的干擾主要有：同頻干擾，共享頻譜資源干擾，不同覆蓋層次間的干擾等?，F(xiàn)有通信系統(tǒng)的干擾協(xié)調(diào)算法只能解決單個干擾源問題，而在 5G 網(wǎng)絡(luò)中，相鄰節(jié)點的傳輸損耗一般差別不大，這將導(dǎo)致多個干擾源強度相近，進(jìn)一步惡化網(wǎng)絡(luò)性能，使得現(xiàn)有協(xié)調(diào)算法難以應(yīng)對28。

準(zhǔn)確有效地感知相鄰節(jié)點是實現(xiàn)大規(guī)模節(jié)點協(xié)作的前提條件。在超密集網(wǎng)絡(luò)中，密集地部署使得小區(qū)邊界數(shù)量劇增，加之形狀的不規(guī)則，導(dǎo)致頻繁復(fù)雜的切換。為了滿足移動性需求， 勢必出現(xiàn)新的切換算法；另外，網(wǎng)絡(luò)動態(tài)部署技術(shù)也是研究的重點。由于用戶部署的大量節(jié)點的開啟和關(guān)閉具有突發(fā)性和隨機性， 使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜透蓴_具有大范圍動態(tài)變化特性；而各小站中較少的服務(wù)用戶數(shù)也容易導(dǎo)致業(yè)務(wù)的空間和時間分布出現(xiàn)劇烈的動態(tài)變化28。

自組織網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)中， 主要依靠人工方式完成網(wǎng)絡(luò)部署及運維，既耗費大量人力資源又增加運行成本，而且網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化也不理想。在未來 5G 網(wǎng)絡(luò)中，將面臨網(wǎng)絡(luò)的部署、 運營及維護(hù)的挑戰(zhàn)， 這主要是由于網(wǎng)絡(luò)存在各種無線接入技術(shù)， 且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點覆蓋能力各不相同，它們之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜。因此，自組織網(wǎng)絡(luò)(self-organizing network， SON) 的智能化將成為 5G 網(wǎng)絡(luò)必不可少的一項關(guān)鍵技術(shù)28。

自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決的關(guān)鍵問題主要有以下 2點：①網(wǎng)絡(luò)部署階段的自規(guī)劃和自配；②網(wǎng)絡(luò)維護(hù)階段的自優(yōu)化和自愈合。自配置即新增網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的配置可實現(xiàn)即插即用，具有低成本、 安裝簡易等優(yōu)點。自優(yōu)化的目的是減少業(yè)務(wù)工作量， 達(dá)到提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及性能的效果， 其方法是通過 UE 和eNB 測量，在本地 eNB 或網(wǎng)絡(luò)管理方面進(jìn)行參數(shù)自優(yōu)化。自愈合指系統(tǒng)能自動檢測問題、 定位問題和排除故障，大大減少維護(hù)成本并避免對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗的影響。自規(guī)劃的目的是動態(tài)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并執(zhí)行，同時滿足系統(tǒng)的容量擴展、 業(yè)務(wù)監(jiān)測或優(yōu)化結(jié)果等方面的需求28。

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)在5G 中， 面向大規(guī)模用戶的音頻、 視頻、圖像等業(yè)務(wù)急劇增長， 網(wǎng)絡(luò)流量的爆炸式增長會極大地影響用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量 。如何有效地分發(fā)大流量的業(yè)務(wù)內(nèi)容， 降低用戶獲取信息的時延，成為網(wǎng)絡(luò)運營商和內(nèi)容提供商面臨的一大難題。僅僅依靠增加帶寬并不能解決問題， 它還受到傳輸中路由阻塞和延遲、 網(wǎng)站服務(wù)器的處理能力等因素的影響，這些問題的出現(xiàn)與用戶服務(wù)器之間的距離有密切關(guān)系。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(content distribution network， CDN) 會對未來 5G 網(wǎng)絡(luò)的容量與用戶訪問具有重要的支撐作用28。

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中添加新的層次，即智能虛擬網(wǎng)絡(luò)。CDN系統(tǒng)綜合考慮各節(jié)點連接狀態(tài)、 負(fù)載情況以及用戶距離等信息，通過將相關(guān)內(nèi)容分發(fā)至靠近用戶的 CDN代理服務(wù)器上， 實現(xiàn)用戶就近獲取所需的信息，使得網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況得以緩解，降低響應(yīng)時間，提高響應(yīng)速度。CDN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在用戶側(cè)與源 server 之間構(gòu)建多個 CDN代理 server，可以降低延遲、 提高 QoS(quality of service)。當(dāng)用戶對所需內(nèi)容發(fā)送請求時， 如果源服務(wù)器之前接收到相同內(nèi)容的請求， 則該請求被 DNS 重定向到離用戶最近的 CDN 代理服務(wù)器上， 由該代理服務(wù)器發(fā)送相應(yīng)內(nèi)容給用戶。因此， 源服務(wù)器只需要將內(nèi)容發(fā)給各個代理服務(wù)器， 便于用戶從就近的帶寬充足的代理服務(wù)器上獲取內(nèi)容， 降低網(wǎng)絡(luò)時延并提高用戶體驗。隨著云計算、 移動互聯(lián)網(wǎng)及動態(tài)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容技術(shù)的推進(jìn)， 內(nèi)容分發(fā)技術(shù)逐步趨向于專業(yè)化、 定制化，在內(nèi)容路由、 管理、 推送以及安全性方面都面臨新的挑戰(zhàn)28。

D2D 通信在5G 網(wǎng)絡(luò)中， 網(wǎng)絡(luò)容量、頻譜效率需要進(jìn)一步提升，更豐富的通信模式以及更好的終端用戶體驗也是 5G 的演進(jìn)方向。設(shè)備到設(shè)備通信 ( device-to-device communication，D2D) 具有潛在的提升系統(tǒng)性能、 增強用戶體驗、 減輕基站壓力、 提高頻譜利用率的前景。因此， D2D 是未來 5G 網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)之一28。

D2D 通信是一種基于蜂窩系統(tǒng)的近距離數(shù)據(jù)直接傳輸技術(shù)。D2D 會話的數(shù)據(jù)直接在終端之間進(jìn)行傳輸， 不需要通過基站轉(zhuǎn)發(fā)， 而相關(guān)的控制信令，如會話的建立、維持、無線資源分配以及計費、鑒權(quán)、識別、移動性管理等仍由蜂窩網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)引入 D2D 通信，可以減輕基站負(fù)擔(dān)， 降低端到端的傳輸時延，提升頻譜效率，降低終端發(fā)射功率。當(dāng)無線通信基礎(chǔ)設(shè)施損壞，或者在無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)，終端可借助 D2D 實現(xiàn)端到端通信甚至接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)。在 5G 網(wǎng)絡(luò)中，既可以在授權(quán)頻段部署 D2D 通信，也可在非授權(quán)頻段部署28。

M2M 通信M2M(machine to machine， M2M)作為物聯(lián)網(wǎng)最常見的應(yīng)用形式， 在智能電網(wǎng)、 安全監(jiān)測、城市信息化、 環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用。3GPP 已經(jīng)針對 M2M 網(wǎng)絡(luò)制定了一些標(biāo)準(zhǔn)， 并已立項開始研究 M2M 關(guān)鍵技術(shù)。M2M 的定義主要有廣義和狹義 2 種。廣義的M2M 主要是指機器對機器、 人與機器間以及移動網(wǎng)絡(luò)和機器之間的通信， 它涵蓋了所有實現(xiàn)人、 機器、系統(tǒng)之間通信的技術(shù)；從狹義上說， M2M 僅僅指機器與機器之間的通信。智能化、 交互式是 M2M 有別于其它應(yīng)用的典型特征， 這一特征下的機器也被賦予了更多的“智慧”28。

信息中心網(wǎng)絡(luò)隨著實時音頻、 高清視頻等服務(wù)的日益激增，基于位置通信的傳統(tǒng) TCP /IP網(wǎng)絡(luò)無法滿足海量數(shù)據(jù)流量分發(fā)的要求。網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出以信息為中心的發(fā)展趨勢。信息中心網(wǎng)絡(luò) ( information-centric network，ICN)的思想最早是 1979 年由 Nelson 提出來的 ，后來被 Baccala 強化。作為一種新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，ICN 的目標(biāo)是取代現(xiàn)有的 IP28。

ICN 所指的信息包括實時媒體流、 網(wǎng)頁服務(wù)、 多媒體通信等，而信息中心網(wǎng)絡(luò)就是這些片段信息的總集合。因此，ICN 的主要概念是信息的分發(fā)、 查找和傳遞，不再是維護(hù)目標(biāo)主機的可連通性。不同于傳統(tǒng)的以主機地址為中心的 TCP /IP 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，ICN 采用的是以信息為中心的網(wǎng)絡(luò)通信模型， 忽略 IP 地址的作用， 甚至只是將其作為一種傳輸標(biāo)識。全新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層解析信息名稱、 路由緩存信息數(shù)據(jù)、 多播傳遞信息等功能， 從而較好地解決計算機網(wǎng)絡(luò)中存在的擴展性、 實時性以及動態(tài)性等問題。ICN信息傳遞流程是一種基于發(fā)布訂閱方式的信息傳遞流程28。首先，內(nèi)容提供方向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布自己所擁有的內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點就明白當(dāng)收到相關(guān)內(nèi)容的請求時如何響應(yīng)該請求。然后，當(dāng)?shù)谝粋€訂閱方向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送內(nèi)容請求時，節(jié)點將請求轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)容發(fā)布方，內(nèi)容發(fā)布方將相應(yīng)內(nèi)容發(fā)送給訂閱方， 帶有緩存的節(jié)點會將經(jīng)過的內(nèi)容緩存。其他訂閱方對相同內(nèi)容發(fā)送請求時，鄰近帶緩存的節(jié)點直接將相應(yīng)內(nèi)容響應(yīng)給訂閱方。因此，信息中心網(wǎng)絡(luò)的通信過程就是請求內(nèi)容的匹配過程。傳統(tǒng) IP 網(wǎng)絡(luò)中，采用的是“推” 傳輸模式，即服務(wù)器在整個傳輸過程中占主導(dǎo)地位，忽略了用戶的地位，從而導(dǎo)致用戶端接收過多的垃圾信息。ICN 網(wǎng)絡(luò)正好相反，采用“拉” 模式，整個傳輸過程由用戶的實時信息請求觸發(fā)， 網(wǎng)絡(luò)則通過信息緩存的方式，實現(xiàn)快速響應(yīng)用戶。此外，信息安全只與信息自身相關(guān)，而與存儲容器無關(guān)。針對信息的這種特性，ICN 網(wǎng)絡(luò)采用有別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全機制的基于信息的安全機制。和傳統(tǒng)的 IP 網(wǎng)絡(luò)相比，ICN 具有高效性、高安全性且支持客戶端移動等優(yōu)勢28。

應(yīng)用領(lǐng)域車聯(lián)網(wǎng)與自動駕駛車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)經(jīng)歷了利用有線通信的路側(cè)單元（道路提示牌）以及2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)承載車載信息服務(wù)的階段，正在依托高速移動的通信技術(shù)，逐步步入自動駕駛時代。根據(jù)中國、美國、日本等國家的汽車發(fā)展規(guī)劃，依托傳輸速率更高、時延更低的5G網(wǎng)絡(luò)，將在2025年全面實現(xiàn)自動駕駛汽車的量產(chǎn)，市場規(guī)模達(dá)到1萬億美元29。

外科手術(shù)2019年1月19日，中國一名外科醫(yī)生利用5G技術(shù)實施了全球首例遠(yuǎn)程外科手術(shù)。這名醫(yī)生在福建省利用5G網(wǎng)絡(luò)，操控30英里（約合48公里）以外一個偏遠(yuǎn)地區(qū)的機械臂進(jìn)行手術(shù)。在進(jìn)行的手術(shù)中，由于延時只有0.1秒，外科醫(yī)生用5G網(wǎng)絡(luò)切除了一只實驗動物的肝臟。5G技術(shù)的其他好處還包括大幅減少了下載時間，下載速度從每秒約20兆字節(jié)上升到每秒50千兆字節(jié)——相當(dāng)于在1秒鐘內(nèi)下載超過10部高清影片。5G技術(shù)最直接的應(yīng)用很可能是改善視頻通話和游戲體驗，但機器人手術(shù)很有可能給專業(yè)外科醫(yī)生為世界各地有需要的人實施手術(shù)帶來很大希望。

5G技術(shù)將開辟許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，以前的移動數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)對這些領(lǐng)域來說還不夠快。5G網(wǎng)絡(luò)的速度和較低的延時性首次滿足了遠(yuǎn)程呈現(xiàn)、甚至遠(yuǎn)程手術(shù)的要求。30

智能電網(wǎng)因電網(wǎng)高安全性要求與全覆蓋的廣度特性，智能電網(wǎng)必須在海量連接以及廣覆蓋的測量處理體系中，做到99.999%的高可靠度；超大數(shù)量末端設(shè)備的同時接入、小于20 ms的超低時延，以及終端深度覆蓋、信號平穩(wěn)等是其可安全工作的基本要求29。

社會評價貝爾實驗室無線研究部副總裁西奧多·賽澤表示，5G并不會完全替代4G、WiFi，而是將4G、WiFi等網(wǎng)絡(luò)融入其中，為用戶帶來更為豐富的體驗。通過將4G、WiFi等整合進(jìn)5G里面，用戶不用關(guān)心自己所處的網(wǎng)絡(luò)，不用再通過手動連接到WiFi網(wǎng)絡(luò)等，系統(tǒng)會自動根據(jù)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量情況連接到體驗最佳的網(wǎng)絡(luò)之中，真正實現(xiàn)無縫切換。31

歐盟數(shù)字經(jīng)濟和社會委員古澤·奧廷格表示，5G必須是靈活的，能夠滿足人口稠密地區(qū)、人口稀疏地區(qū)以及主要的交通線等各種場景的需要。32

2019年6月，新京報評論：5G不僅是一場技術(shù)革命更蘊含千萬億級市場33。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

閆曉東 - 副教授 - 中央民族大學(xué)信息工程學(xué)院