新基建背景下5G网络发展与安全问题研究

2020-01-04吕兵

科学与信息化 2020年36期

吕兵

山东省淄博市山东理工大学山东淄博 255000

引言

随着国家大数据战略和5G商用的全面落地，各种数字化产业应用层出不穷，在不断提升社会生产力和人民幸福指数的同时，5G网络和信息安全正面临巨大的考验。目前，集群式的超大型数据中心占主导地位，但随着5G应用井喷式的增长，这种集中式的架构给网络承载带来了巨大压力，网络超负荷运行已成为常态，而本文研究的边缘化数据中心正是解决这一问题的有效途径。

1 5G网络覆盖的意义

随着通信技术的不断发展，我国已经发展到第五代通信网络技术，称之为5G网络，继4G网络的延伸后，5G网络的实际速度可以达到1Gbps运行速度以上，极大程度地提高了人们的上网体验，对城市网络发展具有重要意义。就我国目前的移动通信系统而言，对无线通信的不断优化与开发，实现了5G网络的全面推广，并在5G网络的全面覆盖中，同时也面临着巨大的考验。首先5G网络的进入可以促使各区域的数据量变得巨大，有望突破以往的一千倍以上，并且5G网络的设备连接一会远远超过4G网络的设备连接，并且也会提升用户上网速率的百倍以上，有效降低了低功率设备的电池消耗，延迟了电池的使用寿命，并可以提升端网直接的传输速率，降低传输延迟现象。不但如此，在5G无线网接入范围内的性能拓展以外，5G无线网还能够实现高效的甚至灵活的网络资源共享，因此，5G无线网能够实现各类型的客户合作[1]。

2 5G网络发展面临的安全问题与挑战

2.1 提升互操作性：OPENRAN

业界的领导者和初创企业正在组织起来，以促进基于开放标准的互操作性。行业联盟，如开放式RAN（O-RAN）联盟和电信基础设施项目（TIP）——华为并不是这两个组织的成员之一，主张在无线电信领域采用开放式RAN体系结构。这些小组在建立多供应商互操作性方面取得了一些成功。2019年9月，日本无线服务提供商NTTDOCOMO宣布将推出基于O-RAN联盟规范的预商用5G服务。开放式RAN方法是所有选项中最有前途的，因为它为创新和竞争性解决方案奠定了基础，有可能从根本上改变全球产业。这些由基础行业主导的举措表明，即使是在规避风险的行业中，也存在着所需的兴趣和欲望。只是目前尚缺少大量的证据证明这一点。这就是为什么国家一级的政府需要介入的信号和激励措施，以将这些扎实的想法推向广泛采用的道路[2]。

2.2 智能化技术

边缘化数据中心的智能化技术，通过采用时空图卷积神经网络等智能化方法提高微型数据中心的运维效率和自治性。一方面，对微数据中心状态进行监控，利用机器学习等技术提高发现异常状况的准确率；另一方面，分析能耗和资源调度，缓解处理压力，提升资源利用率。①利用机器学习模型，对网络状态进行预测，提高发现异常情况的效率。②利用流量预测的业务协作缓存方法，减少峰值压力。③利用自适应采样、时间和空间卷积模块等技术提高模型的学习能力，实现协作预警。在智能化技术中，融合业务协作缓存与负载均衡调度是技术的关键，业务缓存和工作负载调度的业务之间存在耦合。业务缓存策略确定了工作负载调度的决策空间，而工作负载调度结果则反映了业务缓存策略的性能，因此，需要考虑两者间的相互作用。通常我们会将计算任务从过载的微数据中心卸载到附近未充分利用的微数据中心，这样可以减少上传云数据中心的计算延迟，但是任务卸载会导致额外的传输延迟，因此，也需要权衡计算与传输延迟的关系，构建两层迭代缓存更新算法。其中外层基于采样迭代的更新微数据中心缓存策略，而内层优化工作负载调度策略，不断权衡计算和传输延迟，使用排队模型分析系统各部分的延迟，计算平均业务请求响应时间，实现一种具有多项式计算复杂度的工作负载调度算法[3]。

2.3 加强资源保障

一是给予财政倾斜。统筹相关专项资金，重点保障5G网络建设、技术创新、产业发展与示范应用。在财税、补贴、考核等领域给予电信运营商更多5G优惠政策。积极引导社会资本参与5G发展。将NB-IoT网络建设纳入新基建政策扶持名录。二是推动资源开放。严格落实各级政府提出的公共场所、公共设施免费开放要求，交通运输、市政等部门为电信运营商在区域内高速公路、国省道干线的管道、用地租赁和区域内地下管廊使用提供便利支持，合理规范资源租金。成立“智慧杆”产业联盟，创新规划建设智慧杆及配套资源和“一杆多用”改造。三是加强电力保障。今年底前，对存量转供电5G基站按照“一站一策”改造为直供电基站。支持符合条件的5G基站实施电力直接交易。政府主导，推动5G基站智能电表改造，提升用电管理效能[4]。

2.4 安全保护范围大幅增加

随着以5G为代表的数字基建快速发展，接入的设备和终端将大幅度增加，未来物联网设备数量很可能是电脑终端的数百倍，任何一个接入的设备都可能成为网络攻击入侵点，因此5G使得网络攻击潜在对象增加。5G+物联网的场景下，海量物联网设备暴露在户外无人值守，都将成为黑客攻击和控制的对象，因此将会面临大量的网络攻击。这将导致5G网络应用中需要安全保护的范围相比传统网络架构倍数级增长，甚至无法明确保护边界，这也将让整个网络的攻防实力变得更加不均衡[5]。