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未来已来,它的名字叫5G

发布日期: 2019年08月23日

来源:《保密工作》2019年第4



    美国当地时间2018118日,著名科幻作家刘慈欣被授予2018年度克拉克想象力服务社会奖(Clarke Award for Imagination in Service to Society),以表彰他在科幻小说创作领域做出的贡献。刘慈欣在获奖感言中说道:“未来像盛夏的大雨,在我们还来不及撑开伞时就扑面而来。”刘慈欣因作品《三体》获得雨果奖,把中国科幻小说的水平提升到世界级,是当之无愧的科幻大师,当他演讲的时候,全世界的科幻迷都在倾听,“同时我也沮丧地发现,当科幻变为现实时,没人会感到神奇,它们很快会成为生活中的一部分”。

    

    科幻大师说出了我们这个大时代的神奇之处,未来已经触手可及。如果将未来比作为一场夏日的疾风骤雨,那么5G就是暴风雨到来前,划破天际的第一道闪电。


5G标准


 2018614日,国际标准化组织3GPP全会在美国圣地亚哥举行,会议正式宣布冻结第五代移动通信技术标准(5G NR)独立组网(SA)功能。加之201712月冻结的5GNR非独立组网标准(NSA),5G第一阶段全功能标准化工作即标准R15已经全面完成并发布。这也意味着,5G技术在全面商用上吹响了集结号,下面将进入产业全面冲刺阶段。

 

5G标准的制定和公布有一个过程。20173GPP公布的非独立组网标准(NSA)是第一版本5G标准(R15)的一个阶段性成果。所谓“非独立组网”,即把5G技术作为目前4G网络的补充,只规定了无线组网接入部分,主要以提升热点区域带宽为主要目标,没有独立信令面,可依托4G基站和核心网工作。


 而独立组网标准的制定,不仅使5GNR具备了独立部署的能力,也带来全新的端到端架构,标志着首个真正完整的国际5G标准正式出炉。R155G第一版商业化标准,能实现所有5G的新特征,并与5G最终版R16标准有一定协同性。


 而真正意义上的、完整的5G标准是计划于201912月完成、20203月冻结的R16标准,这也是5G最终版标准。在这个阶段,3GPP将完成全部标准化工作,并于2020年初向国际电信联盟(ITU)提交满足其需求的方案,以确保2020年前5G标准正式批准生效。


5G核心关键技术


 4G已经带人们进入移动互联网时代,全面改变了人们的工作和生活方式:无线网络唾手可得。拿出手机,工作娱乐、衣食住行全部搞定。那5G意味着什么呢?5G相对4G有云泥之别。5G标准定义了8大关键能力指标:峰值速率达到10Gbps、频谱效率提升3倍、移动性达500公里/小时、时延低至1毫秒,用户体验数据率达到100Mbps、连接密度每平方公里达到106次方个、能效提升100倍、流量密度每平方米达到10Mbps。这些指标从深广度上都大大超越了4G标准,堪称一次革命性变革。


 由于关键指标性能跨越式提升和新增的多元化指标,相对4G的单一场景,5G能够支持eMBB(增强移动宽带)、mMTC(海量机器通信)、uRLLC(高可靠低时延通信)三大场景。这使得5G能够满足VR、超高清视频等极致体验,支持海量的物联网设备接入,满足车联网和工业控制的严苛要求。


 这些性能指标的背后,是一系列通信和信息领域的核心技术在支撑。5G的核心技术可以分为空口和网络两大类。空口技术包括大规模天线阵列、超密集组网、全频谱接入、新型多址技术等等,而网络技术则包括采用“云”架构、软件定义网络SDN、网络功能虚拟化NFV技术、超密集网络UDN技术、自组网SON技术、设备到设备D2D技术等。空口技术的目标是通过改进系统的接入能力大幅度提升系统频谱效率、系统容量,支撑5G网络的千亿设备连接需求。而网络技术则致力于提升组网的效率和灵活性,以支持各种业务应用。前者属于传统的通信领域,后者则是计算机领域的最新成果。可以说,5G是通信与计算机技术的集大成者。


5G的世界


 华为是全球领先的5G技术、设备和系统解决方案的提供厂商。华为Wireless X Labs无线应用场景实验室发布了5G十大应用场景白皮书。白皮书共识别出5G十大最具潜力的应用场景:云VR/AR、车联网、智能制造、智慧能源、无线医疗、无线家庭娱乐、联网无人机、社交网络、个人AI助手、智慧城市。


 如果说4G开启了移动互联网时代,把网络带到人们身边,装进人们的口袋里,那5G就将把人带进网络,把世界变成网络。在万物互联的情景下,人们生活的世界就是一张不折不扣的大网。曾经,网络是人类生活的一隅,进而发展成人类生活的一极,而未来网络则将把整个人类世界席卷而入。如果网络和现实已经融为一体,无法区分,那么人与机器、虚拟与现实、生与死也都将无法区分。在这个虚拟与真实构成的超现实的网络世界里,人类所有的终极梦想都有了实现的可能。比如永生:个体从出生到肉体消亡,所有采集和处理的信息都可以存储下来,在网络中这个个体的画像实体有与这个个体相同的经历、记忆、思想和行为模式,它可以作为个体的延续在这个网络中得到永生。


 未来上网一词可能会消失,因为你每时每刻都置身于网络世界中,根本无须再“上网”。倒是很可能有“下网”这一说法。因为5G也许会催生出这样一群人,他们为了逃离无所不在无所不包的网络而远离都市的喧嚣,置身世外桃源,享受祖辈山水田园式的宁静生活。而对我们身边的绝大多数人而言,都将在这个经天纬地的网络中度过一生。我们不得不佩服当年把这项脱胎于电脑领域的技术命名为Net的人。Net这个词的玄妙之处就在于,最开始网住的是个体,然后到群体再到所有人、所有物,最终网进了整个世界。网络就是人类的宿命,从它来到这个世界上的那一刻,就注定了人类最终的归宿。


5G安全


 5G是重构人类社会的颠覆性技术,而安全是人类社会发展的基石。因此,在5G时代,网络安全就是社会安全,其安全性的重要性将提升到前所未有的高度。


 因为自动驾驶、智慧城市、工业控制等等一系列应用,都涉及个人和群体的生命和财产乃至整个社会的安全,对5G安全机制的攻击将导致灾难性的后果。


 3GPP组织高度重视5G的安全问题。与以往网络设计不同的是,5G安全将采用内生式设计,即在网络设计之初同步考虑安全问题,而不是把安全作为附加功能,在主体技术完成后再进行叠加。5G安全包括安全总体架构、密钥体系、数据保护、隐私保护、认证鉴别与授权等传统安全领域,但是这些传统安全体系及手段将会与5G的新特性、新应用场景比如移动边缘计算(MEC)、网络切片、虚拟网络等进行全面融合。


 20183月,3GPP的安全标准化组织完成了第一版5G安全标准(3GPP TS 33.501),这也是目前5G安全标准化的里程碑。


 但正所谓道高一尺,魔高一丈,围绕网络安全的攻防一向成螺旋式上升的态势。可以想象,5G将成为网络攻防的新战场,也是未来的主战场。


 除了采用内生式的安全技术外,针对5G进行特定安全立法也必不可少。对5G网络的攻击将等同于对社会秩序和人们生命财产的攻击,必须有相应的法律条款加以明确以起到震慑犯罪分子的效果。


5G产业


 5G为代表的通信技术和信息技术的重大突破和落地,将催生一个规模空前的大市场。有分析预测,到2030年,5G直接带动的社会总产出、经济增加值将分别达6.3万亿美元、2.9万亿美元,创造就业机会800万个;到2035年,5G将在全球创造12.3万亿美元的经济产出。


 5G作为未来信息社会的技术基础,其重要性不亚于禹铸九鼎。可以说,谁能问鼎5G,谁就将执信息社会牛耳并掌握未来世界的主导权。


 从目前5G相关的技术、设备、系统研发和产出以及专利拥有情况看,在全球竞争者中,中国的华为和中兴通信公司都处于第一阵营。华为更是以能提供高性价比的全系统解决方案而领跑群伦。如果公平竞争,中国的通信企业可望占据未来5G网络的大部分市场份额。甚至可以这样讲,中国企业在全球范围内5G网络建设中主导份额的获得是中华民族成功实现伟大复兴的重要标志之一。


 作为当今世界唯一的超级大国,美国当然不会坐视这种情况出现。美国先通过芯片禁运精准打击中兴,再通过贸易战,阻止中国产业升级和技术进步,后更以国家安全为由,禁止华为参加美国的5G系统建设。5G安全当然是个大问题,但这些国家从来拿不出真实的证据证明中国的设备和技术有安全问题。所谓“国家安全威胁”背后的潜台词恐怕永远都说不出口,“当年我们的网络和电信设备卖到你们国家,对于我们收集你们的信息情报发挥了重要作用,这个危害我们心里清楚,如今怎么可能让你们反过来搞我们呢”?这是不是以小人之心度君子之腹姑且不论,现在的世界是个开放共享的世界,特别是人类先进的技术和科技成果,怕是挡也挡不住。德国政府官员表示准备禁用华为设备建设5G网络之后,遭到在野党的反对,企业界也更倾向于使用华为的解决方案:华为是5G领域的全球领导者,技术最先进、成本最低廉。而澳大利亚禁止了华为之后,其网络更新进度严重滞后,预算超支,管理混乱。普通老百姓付出更高的代价却无法享受到更优的服务,因此对政府幽怨颇深。而与此同时,以美国为首的打压并没有能够阻止华为迈向全球的脚步,华为连续获得欧洲和中东地区5G商用合同。正所谓“青山遮不住,毕竟东流去”。


 5G是通信和信息技术的集大成者,这是划时代的科技成果,它的落地将带来人类社会的巨大变革,催生更多科技创新和应用成果喷薄而出,人类将迎来科技史上技术创新和科技发展最重要的收获季节。


 如果说未来是硕果累累的金秋,5G就是这个秋天送到世界上的第一片红叶。


 未来已来,它的名字叫5G。


作者:朱大立 


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