新一代信息技術(shù)導(dǎo)論（微課版）課件 龔啓軍第9章 如影隨形-云計(jì)算；第10章 天地握手-現(xiàn)代通信技術(shù)

第9章如影隨形—云計(jì)算CONTENTS目錄9.1云計(jì)算的概念與特征9.2云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)9.3云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用初識云計(jì)算9.19.1.1云計(jì)算產(chǎn)生的背景1．經(jīng)濟(jì)方面（1）全球經(jīng)濟(jì)一體化后危機(jī)時代加快了全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展速度。實(shí)踐證明，國家和地區(qū)的區(qū)位優(yōu)勢和比較優(yōu)勢可以促使全球合作尋租的興起，從而更好地實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。另外，基于成本考慮，價值鏈上的協(xié)作者會自發(fā)整合相關(guān)資源；基于效率考慮，協(xié)同效應(yīng)需要彈性的業(yè)務(wù)流程支持，對成本和效率的需求進(jìn)一步催化了云計(jì)算的發(fā)展。（2）日益復(fù)雜的世界和不可確定性在復(fù)雜的世界面前，不確定因素在更快、更多地涌現(xiàn)，計(jì)劃跟不上變化，任何一臺精于預(yù)測的計(jì)算機(jī)也無法準(zhǔn)確預(yù)測未來。（3）需求是云計(jì)算發(fā)展的動力IT設(shè)施要成為社會基礎(chǔ)設(shè)施，現(xiàn)在面臨高成本的瓶頸。這些成本至少包括人力成本、資金成本、時間成本、使用成本、環(huán)境成本等。云計(jì)算帶來的益處是顯而易見的：用戶不需要專門的IT團(tuán)隊(duì)，也不需要購買、維護(hù)、安放有形的IT產(chǎn)品，可以低成本、高效率、隨時按需服務(wù)；云計(jì)算服務(wù)提供商可以極大提高資源（硬件、軟件、空間、人力、能源等）的利用率和業(yè)務(wù)響應(yīng)速度，有效聚合產(chǎn)業(yè)鏈。2．社會方面（1）數(shù)字一代的崛起未來的世界在網(wǎng)上，世界的未來在云中。截至2022年6月，中國網(wǎng)民規(guī)模為10.51億人，較2021年12月新增網(wǎng)民1919萬人，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)74.4%。網(wǎng)民人均每周上網(wǎng)時長為29.5h，使用手機(jī)上網(wǎng)的比例達(dá)99.6%。中國擁有超大規(guī)模的社會化媒體內(nèi)容的貢獻(xiàn)者，他們使用博客、微博、社區(qū)、視頻和圖片分享等形式，更依賴于在線交流。云計(jì)算為數(shù)字一代消費(fèi)者提供了良好的服務(wù)。（2）消費(fèi)行為的改變“互聯(lián)網(wǎng)+”已成為“云時代”天空下璀璨的一顆星。對消費(fèi)市場參與者而言，基于互聯(lián)網(wǎng)平臺，利用信息通信技術(shù)，把互聯(lián)網(wǎng)和包括傳統(tǒng)行業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)結(jié)合起來，在新的領(lǐng)域創(chuàng)造一種新的生態(tài)，就成為一種必然選擇。3．技術(shù)方面（1）技術(shù)成熟技術(shù)是云計(jì)算發(fā)展的基礎(chǔ)。首先是云計(jì)算自身核心技術(shù)的發(fā)展，主要包括硬件技術(shù)、虛擬化（計(jì)算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲虛擬化、桌面虛擬化、應(yīng)用虛擬化）技術(shù)、海量存儲技術(shù)、分布式并行計(jì)算技術(shù)、多租戶架構(gòu)技術(shù)、自動管理與部署技術(shù)等；其次是云計(jì)算賴以存在的移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，主要包括高速大容量網(wǎng)絡(luò)、無處不在的接入、靈活多樣的終端、集約化的數(shù)據(jù)中心、萬維網(wǎng)（WorldWideWeb，Web）技術(shù)等。（2）企業(yè)IT的成熟和計(jì)算能力過剩需求的波動性使得按峰值設(shè)計(jì)建設(shè)的IT資源中存在大量的閑置資源。企業(yè)內(nèi)部的資源平衡帶來私有云需求，外部的資源協(xié)作促進(jìn)公有云的發(fā)展。商業(yè)模式是云計(jì)算的內(nèi)在要求，是用戶需求的外在體現(xiàn)，而且云計(jì)算為這種特定商業(yè)模式提供了現(xiàn)實(shí)可能性。從商業(yè)模式看，云計(jì)算的主要特征是以網(wǎng)絡(luò)為中心、以服務(wù)為產(chǎn)品、按需使用和付費(fèi)，這些特征對傳統(tǒng)的用戶自建基礎(chǔ)設(shè)施、購買有形產(chǎn)品或介質(zhì)、一次性買斷模式等是一個顛覆性的革命。9.1.2云計(jì)算的演進(jìn)歷程電廠模式網(wǎng)格計(jì)算模式云計(jì)算模式效用計(jì)算模式1．電廠模式階段有人說電廠模式就好比利用電廠的規(guī)模效應(yīng)來降低電價，并讓用戶使用方便，且無須維護(hù)和購買任何發(fā)電設(shè)備，這個比喻很好。云計(jì)算就是這樣一種規(guī)模計(jì)算模式，通過將大量的分散資源集中起來，進(jìn)行規(guī)?；芾?，從而降低成本，方便用戶使用。2．效用計(jì)算模式階段在1960年左右，當(dāng)時計(jì)算設(shè)備的價格是非常高昂的，遠(yuǎn)非普通企業(yè)、學(xué)校和機(jī)構(gòu)所能承擔(dān)，所以很多人產(chǎn)生了共享計(jì)算資源的想法。1961年，麥肯錫在一次會議上提出了“效用計(jì)算”的概念，其核心借鑒了電廠模式，具體目標(biāo)是整合分散在各地的服務(wù)器、存儲系統(tǒng)以及應(yīng)用程序來共享給多個用戶，讓用戶能夠非常方便地使用計(jì)算資源，并且根據(jù)用量來付費(fèi)。3．網(wǎng)格計(jì)算模式階段網(wǎng)格計(jì)算是一種跨地區(qū)，甚至跨國家、跨洲的獨(dú)立管理的資源結(jié)合。該模式對資源進(jìn)行獨(dú)立管理，而不是統(tǒng)一布置、統(tǒng)一安排。網(wǎng)格資源是異構(gòu)的，不強(qiáng)調(diào)統(tǒng)一的安排。另外網(wǎng)格的使用通常讓分散的用戶構(gòu)成虛擬組織，在這樣一種統(tǒng)一的網(wǎng)格基礎(chǔ)平臺上用虛擬組織形態(tài)從不同的自治域訪問資源。4．云計(jì)算模式階段云計(jì)算的核心與效用計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的核心非常類似，也是希望IT技術(shù)能像使用電力那樣方便，并且成本低廉。但與效用計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算不同的是，云計(jì)算在需求方面已經(jīng)有了一定的規(guī)模，同時在技術(shù)方面基本成熟。云計(jì)算的概念與特征9.29.2.1云計(jì)算的概念9.2.2云計(jì)算的特征按需服務(wù)云計(jì)算的特征資源池廣泛的網(wǎng)絡(luò)訪問快速彈性使用可度量的服務(wù)高可靠性1.按需服務(wù)

用戶可以根據(jù)自身實(shí)際需求擴(kuò)展和使用云計(jì)算資源，云計(jì)算具有快速提供資源和服務(wù)的能力。服務(wù)商能通過網(wǎng)絡(luò)方便地進(jìn)行計(jì)算能力的申請、配置和調(diào)用，可以及時進(jìn)行資源的分配和回收。2.廣泛的網(wǎng)絡(luò)訪問

通過互聯(lián)網(wǎng)提供自助服務(wù)，使用者不需要部署相關(guān)的硬件設(shè)施和應(yīng)用軟件，也不需要了解所使用資源的物理位置和配置等信息，可以直接通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行透明訪問，來獲取云中的計(jì)算資源。3.資源池匯集分配4.快速彈性使用

服務(wù)商的計(jì)算能力根據(jù)用戶需求變化，能夠快速而有彈性地實(shí)現(xiàn)資源供應(yīng)，快速部署資源或獲得服務(wù)。云計(jì)算平臺可以按照客戶需求快速部署和提供資源。通常情況下資源和服務(wù)是無限的，可以隨時隨地?zé)o限量購買。云計(jì)算業(yè)務(wù)使用則按資源的使用量計(jì)費(fèi)。5.可度量的服務(wù)檢測控制管理

云服務(wù)系統(tǒng)可以根據(jù)服務(wù)類型提供相應(yīng)的計(jì)量方式，云計(jì)算控制系統(tǒng)通過一些適當(dāng)?shù)某橄蠓?wù)計(jì)量能力來提高資源利用率，還可以檢測、控制和管理資源使用過程。同時，在供應(yīng)者和消費(fèi)者之間提供透明服務(wù)。6.高可靠性通過虛擬化技術(shù)將分布在不同物理服務(wù)器上的應(yīng)用進(jìn)行恢復(fù)或利用動態(tài)擴(kuò)展功能部署到新的服務(wù)器上進(jìn)行計(jì)算數(shù)據(jù)多副本容錯計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換9.2.3云計(jì)算的分類1．按服務(wù)類型分類云計(jì)算按服務(wù)類型可以分為三大類，分別是IaaS、PaaS、SaaS（1）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（InfrastructureasaService，IaaS）提供

IT基礎(chǔ)設(shè)施，例如服務(wù)器、虛擬機(jī)、存儲、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)等。IaaS把計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)以及搭建應(yīng)用環(huán)境所需的一些工具當(dāng)成服務(wù)提供給用戶，使得用戶能夠按需獲取IT基礎(chǔ)設(shè)施。（2）平臺即服務(wù)（PlatformasaService，PaaS）提供開發(fā)、測試、交付和管理軟件應(yīng)用程序所需的環(huán)境，無須考慮對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置或管理。PaaS是一種分布式平臺服務(wù)，為用戶提供一個包括應(yīng)用設(shè)計(jì)、應(yīng)用開發(fā)、應(yīng)用測試及應(yīng)用托管在內(nèi)的完整計(jì)算平臺，如圖9.8所示。PaaS的核心技術(shù)主要有：描述性狀態(tài)遷移（RepresentationalStateTransfer，REST）技術(shù)、多租戶技術(shù)、并行計(jì)算技術(shù)、應(yīng)用服務(wù)器技術(shù)、分布式緩存技術(shù)等。PaaS的主要用戶是開發(fā)人員。PaaS平臺的種類目前較少，比較著名的有：F、GoogleAppEngine、WindowsAzure、CloudFoundry。（3）SaaS向用戶提供軟件應(yīng)用復(fù)合和用戶交互接口等服務(wù)，以訂閱為基礎(chǔ)按需提供。SaaS云服務(wù)提供商負(fù)責(zé)維護(hù)和管理云中的軟件以及支撐軟件運(yùn)行的硬件設(shè)施，同時免費(fèi)為用戶提供服務(wù)或者以按需使用的方式向用戶收費(fèi)，如圖9.9所示。SaaS核心技術(shù)主要有：虛擬化技術(shù)、分布式存儲技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、超大規(guī)模資源管理技術(shù)、云服務(wù)計(jì)費(fèi)技術(shù)等。SaaS就是軟件服務(wù)提供商為滿足用戶的需求而提供的軟件計(jì)算能力，用戶無須安裝、升級和防病毒等，并且免去了初期的軟硬件支出。2．按部署類型分類云計(jì)算按部署類型主要分為公有云、私有云、混合云、社區(qū)云（1）公有云公有云通常指第三方提供商為用戶提供的云，如圖9.11所示。公有云一般可通過互聯(lián)網(wǎng)使用，通常是免費(fèi)或成本低廉的。這種云有許多實(shí)例，可在整個開放的公有網(wǎng)絡(luò)中提供服務(wù)。公有云服務(wù)于普通大眾，優(yōu)點(diǎn)是：使用方便，除通過網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)外，還可以通過其他方式提供服務(wù)；成本低廉，客戶只需為他們使用的資源支付費(fèi)用；無須擔(dān)心安裝和維護(hù)問題，服務(wù)商可以訪問所提供的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施。（2）私有云

私有云是為一個客戶單獨(dú)使用而構(gòu)建的，因而提供對數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量的有效控制。私有云公司擁有基礎(chǔ)設(shè)施，并可以控制在此基礎(chǔ)設(shè)施上部署應(yīng)用程序。私有云可部署在企業(yè)數(shù)據(jù)中心的防火墻內(nèi)，也可以將它們部署在一個安全的主機(jī)托管場所。私有云的核心屬性是專有資源。私有云中的數(shù)據(jù)較安全，服務(wù)穩(wěn)定，可以充分利用現(xiàn)有的硬件和軟件資源。（3）混合云混合云融合了公有云和私有云，是近年來云計(jì)算的主要模式和發(fā)展方向。我們已經(jīng)知道私有云主要面向企業(yè)用戶，出于安全考慮，企業(yè)更愿意將數(shù)據(jù)存放在私有云中，但是同時又希望可以獲得公有云的計(jì)算資源。在這種情況下混合云得到越來越多的使用，它將公有云和私有云進(jìn)行混合和匹配，以獲得最佳的效果。這種個性化的解決方案，達(dá)到了既低廉又安全的目的。（4）社區(qū)云社區(qū)云是由幾個組織共享的云端基礎(chǔ)設(shè)施，支持特定的社群，有共同的關(guān)切事項(xiàng)，例如使命任務(wù)、安全需求、策略與法規(guī)遵循考量等。管理者可能是組織本身或第三方；管理位置可能在組織內(nèi)部，也可能在組織外部。公有云、私有云和混合云對比：云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)9.3云計(jì)算怎么實(shí)現(xiàn)的？9.3.1虛擬化技術(shù)云計(jì)算組織和管理了大量的IT資源，按需服務(wù)，彈性資源池離不開云背后的虛擬化技術(shù)。虛擬化技術(shù)云計(jì)算能運(yùn)行各種服務(wù)應(yīng)用虛擬技術(shù)容器提供了一種簡單的輕量級隔離方法使得不同的服務(wù)應(yīng)用在云上運(yùn)行相互不影響大大減小管理復(fù)雜度和運(yùn)行壓力提升靈活性1．CPU虛擬化CPU虛擬化指的是將單個CPU虛擬成多個CPU進(jìn)行使用，可以解決一部分兼容問題，提升軟件運(yùn)行效率，充分利用計(jì)算機(jī)的資源。2．內(nèi)存虛擬化

通過虛擬化技術(shù)對內(nèi)存進(jìn)行虛擬化，一方面可以使得進(jìn)程擁有“更多的內(nèi)存”，另一方面讓多個虛擬機(jī)能同時利用同一塊內(nèi)存，內(nèi)存的使用從0開始，并保持連續(xù)。3．網(wǎng)絡(luò)I/O虛擬化網(wǎng)絡(luò)輸入輸出（Input/Output，I/O）虛擬化是一種新型的虛擬化技術(shù)，源自對物理連接或物理傳輸上層協(xié)議的抽象，讓物理服務(wù)器和虛擬機(jī)可以共享I/O資源。這種虛擬化技術(shù)大多應(yīng)用在本地主機(jī)服務(wù)器連接到機(jī)器頂端單元的場景中，這個單元承載著各種網(wǎng)絡(luò)、存儲和圖形適配器，它們構(gòu)成了I/O連接資源的動態(tài)池。4．網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)網(wǎng)絡(luò)虛擬化又稱為網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NetworkFunctionVirtualization，NFV），是將以前基于硬件的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榛谲浖木W(wǎng)絡(luò)。具體來說，它是一個在物理網(wǎng)絡(luò)上模擬出多個邏輯網(wǎng)絡(luò)的過程。這種技術(shù)允許獨(dú)立于硬件來交付網(wǎng)絡(luò)功能、硬件資源和軟件資源，即虛擬網(wǎng)絡(luò)它可以用來合并許多物理網(wǎng)絡(luò)，或者將一個這樣的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步細(xì)分，又或者將虛擬機(jī)（VM）連接起來。其優(yōu)勢是提升硬件的利用率，加快新產(chǎn)品和新業(yè)務(wù)的推廣效率，簡化網(wǎng)絡(luò)管理和提升網(wǎng)絡(luò)安全性9.3.2分布式存儲技術(shù)1．傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲集中存儲數(shù)據(jù)，其使得數(shù)據(jù)存儲出現(xiàn)系統(tǒng)性能、可靠性的瓶頸問題，導(dǎo)致讀寫計(jì)算性能不足，擴(kuò)展性差，數(shù)據(jù)規(guī)模較大時無法滿足存儲需求。2．分布式數(shù)據(jù)存儲分布式數(shù)據(jù)存儲運(yùn)行在多個節(jié)點(diǎn)上，自動整合集群內(nèi)所有的存儲資源，并通過虛擬化對外提供文件訪問服務(wù)，具有更好的擴(kuò)展性與更大的容量，更符合大規(guī)模數(shù)據(jù)對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的要求。9.3.3云管理平臺9.3.4云安全云安全：9.3.5自動化部署技術(shù)自動化部署技術(shù)

部署就是指完成軟件開發(fā)后，通過一些配置使得開發(fā)的軟件能夠在目標(biāo)環(huán)境中運(yùn)行。在此過程中，源代碼會轉(zhuǎn)變?yōu)樵谀繕?biāo)環(huán)境中可運(yùn)行的軟件包。自動化部署指部署過程中的操作全部自動化，無須人工參與。在大型項(xiàng)目的部署上應(yīng)用自動化部署技術(shù)可以大大提升效率。目前，已經(jīng)有一些工具可以幫助我們實(shí)現(xiàn)這些操作，如Jenkins、GitLabCI/CD、GitHubActions等。云計(jì)算的應(yīng)用9.41.云物聯(lián)可穿戴設(shè)備智能家居車聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境監(jiān)管設(shè)備2.云教育集中整合成資源池，各個資源相互展示和互動，按需交流，達(dá)成意向，從而降低教育成本，提高效率。3.云原生應(yīng)用面向“云”而設(shè)計(jì)的應(yīng)用開發(fā)者無需考慮底層的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可以充分發(fā)揮云平臺的彈性和分布式優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)快速部署、按需伸縮、不停機(jī)交付等云原生架構(gòu)4.人工智能技術(shù)通過部署GPU計(jì)算架構(gòu)，存儲架構(gòu)為人工智能算法模型的運(yùn)行和數(shù)據(jù)處理提供了平臺5.醫(yī)療云課后習(xí)題：1．與云計(jì)算相關(guān)的技術(shù)有哪些？2．從云計(jì)算發(fā)展出的計(jì)算模式有哪些？3．云計(jì)算的核心技術(shù)有哪些？4．云計(jì)算與大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)如何結(jié)合起來呢？第3章安全第一—信息安全第10章天地握手—現(xiàn)代通信技術(shù)CONTENTS目錄10.1現(xiàn)代通信技術(shù)的概述10.25G技術(shù)10.35G的應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)代通信技術(shù)的概述10.1現(xiàn)代通信技術(shù)的概述什么是通信通信技術(shù)的發(fā)展10.1.1什么是通信10.1.1什么是通信

什么是通信字面通聯(lián)信息——我把信息發(fā)給你，你把信息發(fā)給我，這就是通信定義人與人，或人與自然之間，通過某種行為或媒介，進(jìn)行的信息交流與傳遞，叫作通信。通信是世間萬物的一種權(quán)力，是一種行為。有生命的、沒有生命的，都可以發(fā)起這種行為。這種行為，是每個人或每個物融入世界的一種必要方式。通過信息的交換，它可以表達(dá)自身的“存在感”和“價值”。通信技術(shù)的發(fā)展10.1.3現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代通信簡介

現(xiàn)代通信往往被理解為單一的電信通信、數(shù)字通信、IT產(chǎn)業(yè)及電子產(chǎn)品制造業(yè)等高新技術(shù)通信，而忽略了通信的本質(zhì)。郵政通信也是現(xiàn)代通信的一部分，郵政通信以實(shí)物傳遞為基礎(chǔ)，通過文字、圖片、實(shí)物等的空間轉(zhuǎn)移傳遞信息，是國家個人通信自由及隱私保護(hù)的體現(xiàn)。有效、合理地管理、發(fā)展郵政通信帶動服務(wù)經(jīng)濟(jì)的增長，使各項(xiàng)資源（特別是人力資源）更合理、公平地符合人類發(fā)展，才能使國民經(jīng)濟(jì)往更好的方向前進(jìn)，才能在不破壞資源的前提下和諧共處，真正達(dá)到“天人合一”，真正成為“自然人”。10.1.3現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展

1.1G時代概述1G是第一代移動通信技術(shù)（FirstGeneration），制定于上世紀(jì)80年代，是以模擬技術(shù)為基礎(chǔ)的蜂窩無線電話系統(tǒng)特點(diǎn)這種模擬信號傳輸方式只能應(yīng)用于語音傳輸業(yè)務(wù)，且涵蓋范圍小、信號不穩(wěn)定、語音品質(zhì)低s1.1G時代s由于中國在技術(shù)更新、觀念更新、知識更新等方面速度之快，大哥大的業(yè)務(wù)功能無法滿足中國人民的使用。1.1G時代大哥大2.2G時代概述2G是第二代移動通信技術(shù)(SecondGeneration)，主要的功能有語音和短信，以數(shù)字語音傳輸技術(shù)為核心，開啟了數(shù)字通信之路。特點(diǎn)第二代移動通信具備頻譜效率高，系統(tǒng)的容量大，語音質(zhì)量好，同時比1G多了數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。2.2G時代從模擬調(diào)制進(jìn)入到數(shù)字調(diào)制第二代移動通信具備高度的保密性系統(tǒng)的容量也在增加可以上網(wǎng)，只能瀏覽一些文本信息3.3G時代概述3G是第三代移動通信技術(shù)（ThirdGeneration）將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的一代移動通信系統(tǒng)。3G時代可以借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上沖浪，查看圖片等。特點(diǎn)3G手機(jī)除了能高質(zhì)量的完成語音信外，還能進(jìn)行多媒體通信；可以上網(wǎng)，查看電子郵件或?yàn)g覽網(wǎng)頁等。s3.3G時代BTSNodeB2G基站3G基站4.4G時代概述4G是第四代移動通信技術(shù)（FourthGeneration）完全進(jìn)入數(shù)據(jù)網(wǎng)時代進(jìn)入全I(xiàn)P時代，4G基站稱為eNB同時4G的數(shù)據(jù)速率將提升10-100倍s4.4G時代5G技術(shù)10.210.2.15G技術(shù)5G技術(shù)

5G是第五代移動通信技術(shù)（5thGenerationMobileCommunicationTechnology），是實(shí)現(xiàn)人機(jī)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。5G在4G基礎(chǔ)上對移動通信技術(shù)提出了更高的要求，同時促使互聯(lián)網(wǎng)從移動互聯(lián)網(wǎng)過渡到智能互聯(lián)網(wǎng)時代。5G基站為gNB。依據(jù)投資的成本大小，5G分為非獨(dú)立組網(wǎng)（Non－Standalone，NSA）和獨(dú)立組網(wǎng)（Standalone，SA）兩種組網(wǎng)方式。在這里主要介紹一下獨(dú)立組網(wǎng)的原理原理圖說明

（1）在5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋好的情況下，5G終端通過VoNR（高清通話）進(jìn)行語音承載，如圖中的1。（2）在5G網(wǎng)絡(luò)不好的情況下，回落到4GVoLTE（高清語音）進(jìn)行語音承載，如圖中的2。（3）在無5G和4G網(wǎng)絡(luò)的情況下，回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語音承載，如圖中的3。10.2.25G技術(shù)的特點(diǎn)高速度5G技術(shù)的特點(diǎn)泛在網(wǎng)低功耗泛在網(wǎng)1.高速度

5G比4G的傳輸速度更快，不是靠增強(qiáng)通信基站的信號發(fā)射功率，而是靠擴(kuò)容傳輸帶寬，就像拓寬高速公路一樣，兩車道拓寬至四車道，甚至八車道，車輛的通行速度自然加快了。同時5G廣泛采用大規(guī)模陣列天線技術(shù)，支持多流并行傳輸，大大提升了頻譜效率，更進(jìn)一步提升了峰值速率。5G的傳輸速度比4G快10倍以上。2.泛在互聯(lián)

隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)需要無所不包、無處不在，只有這樣才能支持更加豐富的業(yè)務(wù)，才能在日趨復(fù)雜的場景下使用。

泛在互聯(lián)有兩個層面的含義：一是廣泛覆蓋，二是縱深覆蓋。廣泛覆蓋縱深覆蓋3.低功耗讓大部分物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品一周充一次電，甚或一個月充一次電能大大改善用戶體驗(yàn)促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的快速普及4.低時延

網(wǎng)絡(luò)延遲是衡量信息從網(wǎng)絡(luò)的一端或節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪欢怂ㄙM(fèi)的時間，低時延意味著實(shí)時處理和即時反饋。低時延現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。5G應(yīng)用的一個新領(lǐng)域是無人駕駛、工業(yè)自動化的高可靠連接。人與人之間進(jìn)行信息交流，140ms的時延是可以接受的，但是如果這個時延用于無人駕駛、工業(yè)自動化領(lǐng)域就無法接受。5G對于時延的要求是不超過1ms，甚至更低5.萬物互聯(lián)邁入智能時代，除手機(jī)、計(jì)算機(jī)等上網(wǎng)設(shè)備需要使用網(wǎng)絡(luò)以外，越來越多的智能家電設(shè)備、可穿戴設(shè)備、共享汽車等不同類型的設(shè)備以及電燈等公共設(shè)施也需要使用網(wǎng)絡(luò)10.2.35G關(guān)鍵技術(shù)1．MassiveMIMO技術(shù)

MassiveMIMO（MassiveMultiple-InputMultiple-Output）技術(shù)即大規(guī)模天線陣列技術(shù)，是指能在不增加帶寬的情況下，在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，使信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線傳送和接收。大規(guī)模天線陣列技術(shù)在4G中已經(jīng)得到了應(yīng)用，但是在4G中應(yīng)用Massive

MIMO技術(shù)的一般都是基站，對于終端最多能夠支持接收端采用多路，但是發(fā)射端需要采用單路1．MassiveMIMO技術(shù)

5G的超高下載速率主要來自MassiveMIMO技術(shù)，該技術(shù)通過在空中同時傳輸多路不同的數(shù)據(jù)來成倍地提升網(wǎng)速。MassiveMIMO技術(shù)是指能在不增加帶寬的情況下，在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，使信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量2．NOMA技術(shù)

NOMA（Non-OrthgonalMultipleAccess）技術(shù)即非正交多址接入技術(shù)。NOMA的基本思想是，在發(fā)送端將多個UE信號疊加，占用所有時頻資源，并通過空口發(fā)送，而在接收端基于多用戶檢測（MultipleUserDetection，MUD）和串行干擾消除（SuccessiveInterferenceCancellation，SIC）技術(shù)來逐個解碼信號，提取有用信號。

NOMA技術(shù)的應(yīng)用主要有兩種方式：基于碼域和基于功率域?；诖a域，即為每個用戶分配非正交擴(kuò)展碼?；诠β视颍丛诎l(fā)送端每個用戶信號以不同的功率電平疊加。2．NOMA技術(shù)

NOMA（Non-OrthgonalMultipleAccess）技術(shù)即非正交多址接入技術(shù)。NOMA的基本思想是，在發(fā)送端將多個UE信號疊加，占用所有時頻資源，并通過空口發(fā)送，而在接收端基于多用戶檢測（MultipleUserDetection，MUD）和串行干擾消除（SuccessiveInterferenceCancellation，SIC）技術(shù)來逐個解碼信號，提取有用信號。

NOMA技術(shù)的應(yīng)用主要有兩種方式：基于碼域和基于功率域?；诖a域，即為每個用戶分配非正交擴(kuò)展碼?；诠β视颍丛诎l(fā)送端每個用戶信號以不同的功率電平疊加。3．網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以將一個物理網(wǎng)絡(luò)切割成多個虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，如圖10.12所示。每個虛擬網(wǎng)絡(luò)之間（包括網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的設(shè)備、接入、傳輸和核心網(wǎng)）是邏輯獨(dú)立的，任何一個虛擬網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障都不會影響其他虛擬網(wǎng)絡(luò)。4.D2D技術(shù)

在現(xiàn)有的移動通信系統(tǒng)中，手機(jī)用戶之間的通信都是由基站進(jìn)行控制的。一直以來，我們都希望能在通信過程中盡量少占用基站資源，D2D（Device-to-Device）就是這樣一種技術(shù)。

D2D技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)終端直通，如圖10.13所示。在鄰近終端設(shè)備之間直接進(jìn)行通信，一旦D2D鏈路建立起來，傳輸語音或數(shù)據(jù)消息就無須基站的干預(yù)，這樣可減輕基站及核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)壓力，大幅提升頻譜資源利用效率和吞吐量，增大網(wǎng)絡(luò)容量，保證通信網(wǎng)絡(luò)更為靈活、智能、高效地運(yùn)行。5．邊緣計(jì)算技術(shù)

邊緣計(jì)算技術(shù)可解決集中部署的云計(jì)算帶來的時延過長、帶寬占用問題，更好地服務(wù)于實(shí)時性要求較高和帶寬要求較高的業(yè)務(wù)。

邊緣計(jì)算成為助力5G、賦能千行百業(yè)的關(guān)鍵詞之一。物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)帶來的新型服務(wù)模式迫切需要5G以極低的時延處理海量的數(shù)據(jù)，為了更加靠近終端用戶及其設(shè)備，讓用戶獲得更高的內(nèi)容分發(fā)效率，邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。邊緣計(jì)算技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、智慧交通、衛(wèi)生醫(yī)療、智慧農(nóng)業(yè)、VR等領(lǐng)域都將發(fā)揮重要作用，有著十分廣闊的前景6．超密集組網(wǎng)技術(shù)超密集組網(wǎng)（Ultra-DenseNetwork，UDN）技術(shù)通過更加“密集化”的無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施部署，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中引入超大規(guī)模低功率節(jié)點(diǎn)，滿足了增強(qiáng)熱點(diǎn)、消除盲點(diǎn)、改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋、提高系統(tǒng)容量的實(shí)際需求，打破了傳統(tǒng)的扁平單層宏網(wǎng)絡(luò)覆蓋，使得多層立體異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（HeterogeneousNetwork，HetNet）應(yīng)運(yùn)而生，如圖所示。這樣不僅可獲得更高的頻率復(fù)用效率，還能在局部熱點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)百倍量級的系統(tǒng)容量提升。5G的應(yīng)用領(lǐng)域10.3工業(yè)領(lǐng)域物流領(lǐng)域教育領(lǐng)域能源，農(nóng)業(yè)智慧交通生產(chǎn)單元模擬1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集數(shù)字孿生人工智能建設(shè)虛擬生產(chǎn)單元實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能預(yù)測、生產(chǎn)優(yōu)化和精確管控

SG網(wǎng)絡(luò)模擬、仿真、分析物理生產(chǎn)單元運(yùn)行過程精準(zhǔn)動態(tài)作業(yè)應(yīng)用5G結(jié)合北斗定位能力對裝船機(jī)、輥道等生產(chǎn)設(shè)備的位置和姿態(tài)精準(zhǔn)測量生產(chǎn)單元模擬工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)崟r動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)需要提升作業(yè)精度和自動化水平精準(zhǔn)動態(tài)作業(yè)生產(chǎn)單元模擬