5G通信中传输技术的应用

2022-12-06张成娟

微型电脑应用 2022年11期

关键词：空口传输技术网络资源

张成娟

(青海建筑职业技术学院，信息技术学院，青海西宁 800001)

0 引言

伴随着5G的迅速发展，语音、多媒体、实时互动游戏、远程医疗、应急监控等业务场景中的超实时网络传输技术越来越受到人们的重视。目前，网络传输技术已成为业界和学术界研究的热点。

目前提出的传输技术在5G通信中应用广泛，相关学者也进行了较为深刻的研究。文献[1]提出了窄带物联网的传输技术，利用数据包提高传输速度；文献[2]提出了无线空口冲突方法，从而提高传输速度；文献[3]引入海量终端，弥补终端不足的问题。

本文在传统研究的基础上，分析传输技术的应用效果，并利用实验验证了加入传输技术后，5G通信的传输速度是否更快。

1 5G通信中传输技术的应用

在5G通信中应用传输技术能够实现网络资源的控制、分配和预留，在提高通信效果、资源传播速度，扩大传播资源量的同时，保证通信的稳定和质量，其具体的实现过程包括传输网络资源控制、基于传输技术的资源分配、基于传输技术的资源预留[4-5]。

1.1 传输网络资源控制

在5G移动网络系统常见的海量终端场景中，传统资源控制终端的非接入层的控制层易出现时延现象，影响了网络资源的控制效果[6]。目的在于加强对网络资源的控制管理，创建虚拟电路和其网络资源传播途径，减少在接入链和输出链出现的延迟效果。i.MX6ULL控制器的嵌入架构如图1所示。

图1 i.MX6ULL控制器的嵌入架构

从图1可以看出，网络设备能够直接或间接连接到i.MX6ULL控制器，经过i.MX6ULL控制器的统一调度和管理，能够有效地管理网络资源，传输技术的应用也使其控制面和数据管理面更加灵活，并采用SDN接口加大资源传输量和传输速度，通过在控制面部署相应模块从而完成相应功能，并可以更改网络设备流表项实线对网络设备的控制，无论是核心网还是其他业务流的网络资源都通过控制器来实现资源的分配和预留[7]。

1.2 基于传输技术的资源分配

5G网络资源的分配定义在所提出的网络资源控制架构下。其主要目的是在满足各级用户资源需求的前提下，合理分配业务流资源，从而提高资源利用率。本文设计的基于传输技术的网络资源分配框架如图2所示。

图2 基于传输技术的网络资源分配框架

从图2可以看出，在进行网络资源分配和调度时，首先通过SDN接口向控制器发送资源分配的请求访问，控制器根据网络资源特性进行资源分类，然后根据用户需求决定资源分配和调度，根据资源特征网络资源大体可分为连续大宽带实时业务流资源、离散大宽带实时业务流资源、连续小宽带实时业务流资源和离散小宽带实时业务流资源，如图3所示。

图3 网络资源分类

实现资源分类后，在各个传输途径的中继设备上设置不同等级的调度策略，调度策略对网络资源进行计算，引入以下几个定义。

定义1 到达函数。构建一个平稳的广义函数增长模型，规定传输时间t小于1 s，则认为传输资源量R限定在a数量内，且当实际传输时间T小于1 s，模型构建如式(1)：

R(t)-R(t)≤a(T-t)

(1)

若满足式(1)，则a是R的到达函数模型。

定义2 服务函数。假设系统f和经过该系统的资源流F，进入该资源流F的B和输出资源流b，我们则认为F提供了一个服务函数给系统f。

定义3 带宽计算。在遵循到达函数和服务函数的前提下，假设在经过系统f的资源流F中存在一个确定的延时D，我们定义该延时带宽Df的计算方式如式(2)：

e(Df)=sup{a(f)l(f+D)}

(2)

并根据传输技术特性和算数理论可证明，该资源流F的带宽计算方式如式(3)：

(3)

2 基于传输技术的资源预留

无线空口和核心网作为资源预留的重要组成部分，其传输时延现象的产生严重影响了资源业务服务，为减少从资源端到用户终端的时延现象，本文以传输技术为基础，采用核心网资源预留和空口资源预留2种预留方法，对资源端到用户终端的业务流资源进行预留，在用户申请通过的情况下，可以直接使用预留资源，能够有效减少传输时延现象[8-9]。

2.1 核心网资源预留

完整的核心网资源预留过程包括资源注册、资源预留和资源输出3个过程。首先由终端UE向控制器发送连接请求，在连接通路建立后，由控制器识别和标识数据，终端UE根据标识和识别结果确定需预留资源；然后采用静态资源预留方法和动态资源预留方法结合的预留方法，在规定的数据库中预留相应的网络资源；最后根据用户的申请需求输出预留资源[10]。核心网的资源分配和资源传输流程如图4所示。

图4 核心网的资源分配和资源传输流程

2.2 空口资源预留

空口资源的预留方法与核心网的预留方法相似，空口资源预留方法也分为资源注册、空口资源预留和空口资源输出3个步骤。

资源注册。首先通过空口终端向BS基站发送注册请求，并判断此资源是否已经在基站注册过，若已注册过，可直接跳到下一步，否则需注册资源信息。

空口资源预留。由空口终端向BS基站发送预留请求，判断此类资源是否在基站已经预留，若预留可直接使用，否则将根据资源的带宽大小，采用相应的带宽计算方式预留与之相应的资源，并标识资源和预留位置。

空口预留资源的输出。根据预留资源的特有标识和预留位置，用户可随时从基站中提取空口预留资源，并不需向控制器等其他设备发送资源申请请求。

3 实验与研究

经过上述应用研究分析，为有效验证本文5G通信中传输技术的应用对5G通信技术的影响效果，将本文应用研究的实验结果与传统技术在5G通信中的应用研究的实验结果进行比较，并设置实验对比检验指标：

(1) 通信过程中可承载的超实时用户数量；

(2) 预留平均时延。

本文实验环境模拟资源选择空间，确保仿真环境的帧数为10 ms，设置相同数量的子帧数据，将终端的数量控制在0至220之间，利用内部等量的子帧数据进行实验数据传输，同时检验子帧数据内部的矛盾数据，及时调整矛盾数据状态，并管理内部传输空间，匹配相应的外部数据发送装置，并设置实验操作参数表，如表1所示。

表1 实验参数1

根据表1模拟外侧数据传输通道数据，并随机分配传输操作任务，设置子帧操作时间间隔为1 ms，在内部基站添加子帧数据，控制子帧数据处于系统传输平衡状态。同时调试实验场景，实验场景模拟如图5所示。

图5 实验场景模拟图

根据图5实验场景缓解内部终端操作压力，并按照内部操作方式简化传输步骤，降低实验检验的困难程度。

一个子帧内部的多个用户同时发出相同的传输指令，需对5G通信中的传输系统进行数据监控，防止传输数据的外泄。由于子帧在操作过程中将产生数据排斥现象，需不断调节子帧状态，检验子帧传输次数是否超出标准数值。设置此时的传输帧结构如图6所示。

在图6中，将子帧内容数据保留至关联终端，管理5G通信通道中的数据流状态。标定预留数据数量，控制数据数量处于一定的可操作范围内，由此确保内部传输数据的平衡。检验此时的通信用户状况，将通信过程中可承载的超实时用户数量录入实验对比系统中等待实验对比操作，并构建实验对比，如图7所示。

图6 传输帧结构图

图7 实验对比图

从图7可以看出，本文5G通信中传输技术的应用的可承载超实时用户数量均多于其他2种传统应用研究，通信效果最优；传统5G通信中的智能天线的应用的可承载超实时用户数量较多，通信效果较好；传统5G通信中的网络功能虚拟化的应用的可承载超实时用户数量较少，通信效果较差。由于本文在研究过程中利用传输技术沟通通信通道，快速传输通信数据，方便用户通信与使用，同时配置保护装置，确保用户信息时刻处于安全状态。在数据传输的同时审核内部数据，并按照通信标准管理通信信息，具有良好的通信性能，可强化用户的承载力，可承载的超实时用户数量较多，通信效果良好。传统5G通信中的智能天线的应用利用智能天线增强5G信号的覆盖范围，扩展通信的传输通道，增强信号障碍物的穿透能力。增强信号的频谱复用率，并不断转化外部交流空间，提高用户的使用效率，增加可承载的超实时用户数量，通信效果较优。传统5G通信中的网络功能虚拟化的应用虽利用网络功能虚拟化技术整合通信信息数据，但在操作过程中存在通信数据偏离问题，对于内部数据的操控力度较小，无法达到通信的标准需求，且基站建设消耗较大，导致其可承载的超实时用户数量较少，通信效果较差。

经过上述实验研究，对本文应用研究进行二次性能检验操作，利用终端注册用户信息，并降低数据通信的重复率，避免因数据重复导致的实验操作失误，及时调整内部通信管理信息，根据信息基础设置实验研究参数。

利用表1参数结合模拟场景分析中心通信通道，将终端数据全部存储于内部控制空间中等待实验控制操作。下达传输信令，管理信令内容，并转变信令传达方式，设置信令传达，如图8所示。

图8 传输信令传达图

在完成信令传达后，将接收信令管理的数据传输至实验空间内部，选用相应的传输结果数据对比通信过程中的预留平均时延，实验结果表如表2～表4所示。

表2 本文应用研究预留平均时延结果

表3 传统网络功能虚拟化应用研究预留平均时延结果

表4 传统智能天线应用研究预留平均时延结果

根据表2～表4实验结果可以得出，传统5G通信中的智能天线的应用方法的预留平均时延较长，传统5G通信中的网络功能虚拟化的应用方法的预留平均时延略小于智能天线的应用方法，而本文5G通信中传输技术的应用方法的预留平均时延均明显短于另2种方法。

造成此种差异的原因在于本文应用研究管理了不同状态的通信数据信息，在数据信息通信传输的同时，整合相应的数据状态，并强化内部数据管理操作；增强了通信的防御性能，防止外界干扰信号的侵入，具有良好的可操作性，保证内部数据的安全；获取的通信数据预留平均时延较短。传统5G通信中的网络功能虚拟化的应用利用网络功能虚拟化的内部网络连接功能调整通信的信号频率，强化数据信号传输性能，增加传输方式，提升数据通信的效率，缩短预留平均时延。传统5G通信中的智能天线的应用虽扩展了5G通信的信号覆盖面，但在操作过程中对于信号的监管力度较小，部分隐藏数据的监控性能较弱，产生了部分数据流失现象，导致其最终的预留平均时延较长。