大数据分析在5G网络优化中的应用
1 引言
5G时代即将到来。和4G网络相比5G网络在各个方面都有很大提升不仅传输速率更高优化网络不仅传输速率更高而且在传输中还呈现出增强移动宽带、超可靠低时延、广覆盖大连接的特点。如果说1G
4G主要面向个人通信那么5G则扩展到工业互联网和智慧城市应用。根据《Cisco VNI:global mobile data traffic forecast update,2016–2021》的数据显示2016—2021年全球移动数据流量增长7倍平均年增47%增长速度非常快。3G时代全球每个用户每个月的连接流量只有3 GB4G时代这个数值已经达到了6 GB5G时代将达到30 GB（是4G网络平均连接流量的4.7倍）。2017年我国每个用户每个月产生的移动数据流量为1.775 GBSEO排名服务5G时代将达到30 GB（是4G网络平均连接流量的4.7倍）。2017年我国每个用户每个月产生的移动数据流量为1.775 GB是2016年的2.3倍与全球平均水平相当。而且2018年上半年的数据已经远远超过了2017年的全年数据也就是说5G时代的到来将进一步加速移动数据的发展。按照《中华人民共和国国民经济和社会发展第第十三个五年规划纲要》的要求5G网络将在2020年商用。2 移动大数据的来源
移动大数据包括用户产生的数据和运营商产生的数据其中用户产生的数据包括自媒体数据和富媒体数据运营商产生的数据包括日志数据和基础网络数据。在运营商的网络上有很多环节可以进行数据采集在终端可以采集路测（DT）/最小化路测（MDT）、测试报告（MR）、传输分组大小、使用习惯、终端类型等数据；在基站端可以获得用户的位置信息、用户通话记录（CDR）、链路状态信息（CSI）、接收信号强度（RSSI）等数据；通过后台的运维系统可以采集测量、信令、话务统计等数据；通过互联网可以采集新闻、资讯、地图、视频、聊天、应用等数据。也就是说在运营商的网络中不但可以获得业务类型、上下行流量、访问网站等业务数据还能掌握整个信道的状况。
如图1所示5G网络应是以用户为中心、上下文感知与先应式的网络且5G无线网可实现通信、缓存与计算能力的汇聚因此在网络运营管理设计时需要利用大数据技术进行优化在网络体系架构设计时要适应大数据的传送以实现5G网络的运营智能化和网络智能化。
图1 大数据分析在5G网络优化中的应用
5G网络是数据终端到数据中心的主要通道如图2所示。从互联网、物联网终端或移动用户处采集的数据通过具有边缘缓存和计算能力的基站和无线接入网进行数据预处理与存储最后通过核心网络将数据传输给数据中心和云计算中心进行数据分析。5G网络除了传输数据终端的数据之外智能终端的多功能业务还将触发终端与回传网络和核心网络内数百个服务器、路由器和交换机的各种交互。例如一个用户的HTTP请求可能只有1 KB而内部数据流可能会增加930倍。因此5G网络不仅要承载移动用户数据还要承载来自不同后台、数据库、缓存服务器和网关以及回传链路的数据。
图2 5G网络是数据终端到数据中心的主要通道
3 5G系统中大数据分析能力的设置
5G系统的数据分析应该在核心网大数据平台和基站端进行。在核心网大数据平台应进行数据清洗、解析、格式化、统计分析、可视化等数据分析按照内容预测算法执行计算并推断策略内容然后主动地将决策指令存储在具有缓存能力的基站中从而将决策行为从云传递到边缘（即基站）。而基站端负责收集上下文信息（如用户观看时长和位置信息）对用户空间-时间行为进行分析与预测对数据进行汇总、压缩与加密同时从核心网大数据平台获得决策指令。具有缓存能力的基站可以使大众内容靠近用户改进用户体验并减轻回传网的负载。经过统计当网络中有16个具有13 GB存储容量和30%的内容分级的基站时采用主动缓存方式可以获得100%的用户满意度和98%的回传卸载。缓存能力可以部署在无线接入网或核心网或者两处均部署缓存能力的分配也需要靠积累运行数据做出优化决策。
4 大数据支撑5G网络优化的方向
4.1 大数据支撑大规模天线与分布式天线
5G将使用大规模天线（MIMO）天线数高达128个甚至是256个。高阶MIMO为每条信道提供一条赋形的天线发射波束实现空分复用但各波束间存在干扰降低了MIMO的效率需要收集密集波束间的干扰数据并基于系统的计算能力进行复杂的优化。此外网络终端在基站中心接收的功率比较大在基站边缘接收的信号比较差。此问题可以利用分布式天线解决但是分布式天线互相之间也有干扰如果能够收集到所有天线的信道数据和干扰数据通过大数据分析技术对所有无线访问接入点（access pointAP）进行联合信号处理就可以指导各天线和微基站实现对干扰的抵消容量可较LTE系统提高约2个量级。此外如果可以收集到MIMO数据和网络数据并利用大数据技术进行分析决策就可以提高定位精度。随着三维仿真、三维射线追踪技术的发展通过室内天线和WLAN技术的结合还能精确定位用户在室外或室内甚至用户所在的具体楼层。
4.2 大数据支撑5G无线接入网资源管理