IMT-2020(5G)推进组认为,5G可由“标志性能力指标”和“一组关键技术”共同定义。其中,“标志性能力指标”指“Gbps用户体验速率”,“一组关键技术”包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络构架。2019年是全球5G发展应用的关键一年,各国早已蓄势待发。
5G特性
5G网络是泛在网,具有低功耗、低时延的特性,能够实现万物互联,满足广覆盖的用户需求。5G时代,亿万设备将接入网络,不仅解决人与人的通信问题,还能实现人与物、物与物的万物互联。
5G时代信号传输路径发生了一定变化。以往终端通信时,信号要通过基站进行中转,但是,5G时代,同一个基站下设备间通信,信息可以在设备之间直接传输,即终端直通(Device-to-Device,D2D),不需要再通过基站(如图所示)。终端直通不通过基站传输数据,提高了资源利用率和业务稳定性。
从通信技术的发展历程看,每一代移动通信系统都可以通过标志性能力指标和核心技术定义,例如,1G采用频分多址(Frequency Division Multiple Access,FDMA),2G采用时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA),3G采用码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA),4G的核心是正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDAM)。对比之下,5G的核心技术更加丰富,包含峰值速率、用户体验速率、端到端时延、连接数密度和移动性等多个关键性能指标。5G关键技术指标的具体参数变化如表所示。
相比4G系统,5G网络的频谱效率、能耗和成本效率等影响移动通信网络可持续发展的关键指标也都有一定程度提升。例如,5G频谱效率提升5至15倍,能耗和成本效率也有百倍以上提升。
国内5G发展现状
根据德国专利数据公司IPlytics发布的5G专利报告《谁在引领5G专利》(Who is leading the 5G patent race?),中国企业在5G赛道表现抢眼。截至2019年3月,我国在国际电信联盟(ITU)、第三代合作伙伴计划(3GPP)申请的5G通信系统标准必要专利(Standards-Essential Patents,SEPs)件数排在全球第一,占比34%。国内三家基础电信运营商也基本完成了5G试点试验,为5G商用做好准备。
新业务新应用带来的安全挑战
5G服务于垂直行业的业务应用,网络更加开放,不同的业务存在差异性。物联网、云计算、边缘计算等前沿技术的引入,也让5G面临更多被攻击机会。建议5G网络安全机制要适应虚拟化、云化的需要,针对不同的应用、服务,严格控制重要数据在获取、传输、存储、处理的每一个可能环节的可见性和被访问性,同时,结合用户需求,灵活设定隐私保护范围和保护强度,提供差异化保护能力。
新网络架构带来的安全挑战
5G是异构的网络,异构不仅体现在接入技术的不同,还体现在接入网络因为属于不同拥有者而造成的局部网络架构方面的差异,各种接入技术对隐私信息的保护程度不同,用户数据可能穿越不同网络,导致隐私数据散布在网络的各个角落。因此,5G网络需要构建一个通用的安全机制,能够在不同的接入技术、不安全的接入网之上建立一个安全的运营网络,制定隐私保护策略,提供按需的安全保护机制。5G网络将控制和转发分离,呈现扁平化架构,实现网络切片和网元的按需部署,增加网络的灵活性,5G网络应具备灵活的安全架构,保证在网络横向扩展时及时启动安全功能来满足增加的安全需求,在网络收敛时及时终止部分安全功能达到节能的目的。
万物互联带来的安全挑战
5G开启了万物互联的新时代,支持海量物联网应用是5G的一大特点,因此,5G网络拥有的安全攻击点也更多。建议采用对海量物联网连接使用群组的认证机制,提供空口和NSA信令的加密和完整性保护,密钥分发流程下发到网络边缘的各个认证节点,满足多种应用场景终端设备的生命周期要求、业务的时延要求,防止对网络中间部署的集中的认证中心的信令冲击,做好用户数据保护。