摘 要：本文通過梳理5G的發(fā)展現(xiàn)狀，系統(tǒng)分析了5G產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新業(yè)務(wù)應(yīng)用及5G總體安全架構(gòu)，從未來應(yīng)用場(chǎng)景、加速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)融合、實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)三個(gè)方面預(yù)測(cè)了5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，以期為5G技術(shù)在萬物智能互聯(lián)時(shí)代發(fā)揮更重要的作用提供給一定理論參考。

　　關(guān)鍵詞：5G;安全架構(gòu);應(yīng)用場(chǎng)景;萬物互聯(lián)

　　5G不僅改變了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男剩哺淖兞烁餍懈鳂I(yè)的傳統(tǒng)規(guī)則，使傳統(tǒng)行業(yè)發(fā)生融合、協(xié)同，極大提升了生產(chǎn)效率，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)、高質(zhì)量的發(fā)展。專家學(xué)者在全世界范圍內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并依據(jù)預(yù)測(cè)模型得出：到2025年，5G將達(dá)到目前4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋水平，全球用戶將突破10億。商業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)市場(chǎng)進(jìn)測(cè)算，超過10萬億美元的全球GDP和超過2 000萬的就業(yè)崗位將直接和5G應(yīng)用相關(guān)[1]。當(dāng)前，以華為為代表的國(guó)內(nèi)通訊企業(yè)在全球處于領(lǐng)先地位。根據(jù)我國(guó)官方學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)研究結(jié)果，超過6萬億元的GDP和超過1 000萬的就業(yè)崗位將直接和5G應(yīng)用相關(guān)。大力發(fā)展5G將有利于網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)和制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施，5G技術(shù)將成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展的持續(xù)推動(dòng)力量之一。

　　1 5G概述

　　5G是第五代移動(dòng)通信技術(shù)的全稱，是第五代手機(jī)移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。雖然4G技術(shù)依然占據(jù)市場(chǎng)主流，但5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)能全面超越4G。數(shù)據(jù)傳輸層面，5G網(wǎng)絡(luò)理論速度可以達(dá)到4G的100倍以上，下行速度更是可以達(dá)到10Gbps以上。網(wǎng)絡(luò)安全性上，5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全面提升。網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性上，變現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡脱舆t特性上，可以面向無人駕駛、遠(yuǎn)程工程操作和手術(shù)醫(yī)療等特定場(chǎng)景。5G技術(shù)對(duì)4G技術(shù)的升級(jí)迭代已經(jīng)不可避免，并將逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，通信產(chǎn)業(yè)將迎來新一輪的發(fā)展，將帶動(dòng)數(shù)萬億規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　2 5G技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　5G技術(shù)的快速發(fā)展改變了整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)。5G網(wǎng)絡(luò)三個(gè)基本要素是網(wǎng)絡(luò)基建、云計(jì)算設(shè)備以及大數(shù)據(jù)分析，其中5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上可以發(fā)展基于次時(shí)代網(wǎng)絡(luò)傳輸效率的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)計(jì)算，并且在4G不具備大規(guī)模應(yīng)用的大數(shù)據(jù)分析也將實(shí)現(xiàn)。尤其是在工業(yè)界，高精度的數(shù)據(jù)傳輸以及涉及商業(yè)機(jī)密的可靠性網(wǎng)絡(luò)需要，都將依托于5G網(wǎng)絡(luò)的高速率、低延遲和可靠特性，智能化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)到來[2]。5G運(yùn)營(yíng)商將順勢(shì)而為，利用網(wǎng)絡(luò)基建、云計(jì)算設(shè)備以及大數(shù)據(jù)分析打造全新的萬物互聯(lián)新消費(fèi)場(chǎng)景。

　　2.1 5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

　　5G技術(shù)還未建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。世界各國(guó)的科研機(jī)構(gòu)、科技公司都在積極爭(zhēng)取先機(jī)。其中較為有影響力的是國(guó)際電信聯(lián)盟發(fā)布的合作伙伴計(jì)劃(下文簡(jiǎn)稱3GPP)，這一舉動(dòng)使得國(guó)際電信聯(lián)盟在5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定上暫時(shí)領(lǐng)先。3GPP在2018年發(fā)布了兩項(xiàng)重要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：空中接口技術(shù)(NR)和獨(dú)立組網(wǎng)功能(SA)，這是5G獨(dú)有的技術(shù)，并且在此基礎(chǔ)上繼續(xù)制定了非獨(dú)立組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(NSA)，可以說5G網(wǎng)絡(luò)的基本標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在這個(gè)時(shí)期制定完成(如圖2所示)。2020年，3GPP繼續(xù)更新早先制定的標(biāo)準(zhǔn)，宣布R16標(biāo)準(zhǔn)，這被業(yè)界視為5G網(wǎng)絡(luò)第一次技術(shù)升級(jí)。同一時(shí)間，我國(guó)在政府主導(dǎo)下，國(guó)家發(fā)改委、科技部、中科院以及國(guó)有龍頭通訊企業(yè)也在大力推進(jìn)我國(guó)的5G技術(shù)發(fā)展，并且成立了IMT-2020 5G推廣小組[3]。

　　2.2 5G 組網(wǎng)方式

　　3GPP對(duì)5G技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)定義了空中接口技術(shù)(NR)和獨(dú)立組網(wǎng)功能(SA)，實(shí)際上這就是R16的前身R15，即5G基站的第一代技術(shù)，相當(dāng)于將4G組網(wǎng)方式進(jìn)行了升級(jí)，但是沒有換代。到R16階段，4G組網(wǎng)方式已經(jīng)被完全取消，采用獨(dú)立組網(wǎng)方式，好處是不同的運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)自己的基站布設(shè)情況來優(yōu)化自己的網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際上，R15的優(yōu)勢(shì)在經(jīng)濟(jì)，因?yàn)椴恍枰笠?guī)模的基站更新就可以實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。R16的優(yōu)勢(shì)在于真正實(shí)現(xiàn)了5G網(wǎng)絡(luò)的一系列獨(dú)有功能。

　　2.3 5G為用戶提供了更多的場(chǎng)景應(yīng)用

　　5G作為次世代的通信技術(shù)，它實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)效率的質(zhì)變，數(shù)以百倍的速度提升以及數(shù)以千倍的用戶連接支持?jǐn)?shù)量，更高等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和信息安全性可以應(yīng)對(duì)未來各種場(chǎng)景對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆Ｒ虼耍鄶?shù)研究機(jī)構(gòu)將5G未來應(yīng)用場(chǎng)景歸結(jié)為海量數(shù)據(jù)流、海量互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及海量的新應(yīng)用場(chǎng)景。例如，海量的大容量資源下載和實(shí)時(shí)傳輸，高穩(wěn)定的數(shù)據(jù)互換，以及遠(yuǎn)程工業(yè)控制甚至是遠(yuǎn)程醫(yī)療這種幾乎沒有延遲的數(shù)據(jù)傳輸才能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景[4]。此外，隨著智能生活時(shí)代的到來，數(shù)量驚人的智能設(shè)備以及用戶都將介入5G網(wǎng)絡(luò)。

　　3 5G總體安全架構(gòu)

　　隨著新的5G應(yīng)用場(chǎng)景、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、空中接口技術(shù)的出現(xiàn)，用戶隱私和安全需求與現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)不同。特別是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景帶來的大連接認(rèn)證，在高可用性、低延遲、低能耗等條件下將提出更高的安全需求。此外，5G引入的SDN/NFV、移動(dòng)邊緣計(jì)算等新技術(shù)將帶來更多的變化和安全風(fēng)險(xiǎn)。上述各種新技術(shù)、新需求都對(duì)5G安全架構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了新挑戰(zhàn)。3GPP工作組SA3負(fù)責(zé)5G網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)的設(shè)計(jì)，指出5G安全架構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的領(lǐng)域[5](如圖3所示)。在5G整體安全架構(gòu)的能力部署層面，各種創(chuàng)新思路尚未趨同，但是內(nèi)生安全已成為一個(gè)引人注目的發(fā)展趨勢(shì)。從5G安全能力部署的角度來看，當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)是在5G安全架構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)云化、池化、虛擬化的特點(diǎn)，探索內(nèi)生安全的機(jī)制進(jìn)而設(shè)計(jì)部署框架。目前，業(yè)界對(duì)5G安全的關(guān)注和重點(diǎn)研究主要是結(jié)合5G安全需求和系統(tǒng)內(nèi)生安全機(jī)制，從空中接口和地面網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)層面探討5G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全要素，引入新的防御機(jī)制，提出5G內(nèi)生安全部署架構(gòu)。從而在這個(gè)架構(gòu)中，進(jìn)一步研究物理層安全、輕量級(jí)加密、5G網(wǎng)絡(luò)切片安全、模擬防御、用戶隱私保護(hù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)及其在5G中的應(yīng)用，最終形成防范已知和未知安全風(fēng)險(xiǎn)的高性能、高可靠性的綜合技術(shù)解決方案[6]。

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