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附录A 译文
5G移动服务和场景：挑战和解决方案
Yousaf Bin Zikria 1 , Sung Won Kim 1,* , Muhammad Khalil Afzal 2 , Haoxiang Wang 3 and Mubashir Husain Rehmani 4
1 Department of Information and Communication Engineering, Yeungnam University, 280 Daehak-Ro, Gyeongsan, Gyeongbuk 38541, Korea; yousafbinzikria@gmail.com
2 COMSATS University, Islamabad, Wah Campus, Wah Cantt 47010, Pakistan; khalilafzal@ciitwah.edu.pk
3 GoPerception Laboratory, Cornell University, Ithaca, 14850 NY, USA; hw496@goperception.com
4 Waterford Institute of Technology, X91 K236 Waterford, Ireland; mshrehmani@gmail.com
* Correspondence: swon@yu.ac.kr; Tel.: 82-53-810-4742
Received: 8 October 2018; Accepted: 9 October 2018; Published: 11 October 2018
摘 要
第五代(5G)网络预计将支持大量的数据流量和无线连接。不同的数据流量有不同的服务质量(QoS)要求。5G移动网络是为了解决以前蜂的窝标准的局限性(即2G/3G/4G)，并成为未来物联网(IoT)潜在的推动者。5G网络支持广泛的应用，如智能家居、自动驾驶、无人机作业、健康和任务关键型应用、工业物联网 (IIoT) 以及娱乐和多媒体。基于终端用户的体验，5G服务被分为沉浸式5G服务、智能5G服务、全方位5G服务、自主5G服务和公共5G服务。在本文，我们首先简要概述了5G技术场景，然后简要介绍了我们在5G移动服务和场景特刊中接受的论文，最后总结了全文。
关键词：5G；沉浸式5G服务；智能5G服务；全方位5G服务；自主5G服务;公共5G服务
1．简介
我们现在正在走向第四次工业革命，它以数字革命为基础的工业革命，同时第四次工业革命也是以突破人工智能、量子计算、机器人技术、纳米技术、生物技术等方面的新兴技术为标志[1]的工业革命。这波新的科技革命浪潮改变了我们的工作方式，生活方式，同时也改变了我们相互交流的方式。以前从来没有的应用程序出现在了我们的眼前，例如人工智能、智能家居、自动驾驶汽车、基于无人机的交付系统、智慧城市、智能工厂等一系列前所未有的应用程序。现在的科技是使机器和人类为中心的服务共存，这样的改变不仅使未来的无线环境变得多样化，而且将给人类和科技发展带来巨大的挑战。在不久的将来，移动通信将渗透到社会的每一个角落，并且将创造一个信息生态系统，这个信息生态系统将是多维度的，并且以用户为中心。此外，将有希望实现一个完全移动和互联化的社会，这样的社会将有以下特征：连接性将快速增长、交通流量也将快速增长、使用场景变得的更加广泛[2]。移动通信的传统商业模式将要被淘汰，随着而来代替移动通信传统商业模式的将会是移动宽带(MBB)服务。移动宽带服务将会实现前所未有的用户体验，并且移动宽带服务会对人们生活和工作的各个方面都产生深远的影响。伴随着4G的大规模商用，第五代移动通信(5G)预计将在2020年前后实现商业化，全球将对第五代移动通信展开研究，把5G当作研发的中心点。不管4G网络有多么的先进，它依旧很难提供人们想要的移动服务，例如高速度、高可靠性、快速响应和节能的移动服务。用户的体验质量也是非常重要，为了考虑到移动用户的体验质量(QoE)，现在发现4G网络无法提供即时云服务、增强型车联网(eV2X)、物联网(IoT)[3]、触觉互联网[4,5]以及机器人和无人机通信，而这些特征已经成为了未来5G时代服务的必需品。因此为了进一步发展5G，近期国际电信联盟无线电通信部门(ITU-R)，下一代移动网络(NGMN)联盟和第三代合作伙伴项目(3GPP)对5G服务及其技术要求进行了研究，5G被定义为国际移动通信-2020(IMT-2020)，在ITU-R工作组(WP)5D中[6]。
基于终端用户的体验，可将5G服务分为五组，新的5G服务如下：沉浸式5G服务、智能5G服务、全方位5G服务、自主5G服务和公共5G服务。由于移动流媒体内容和社交网络的普及，是人们对移动流量的需求持续增加。表1总结了5G的五个服务类别。此外，现如今还出现了新型的多媒体服务类型，例如增强现实服务、虚拟现实服务等服务类型，这些服务都需要巨大的流量来支持运行[7]。5G的出现，使人们对于5G的愿景是5G可以提供超低时延的用户体验，类似光纤的接入数据速率，可以同时连接超过1000亿台设备，可以在不同的场景下提供一致的用户体验，并且还可以提高能源利用率和提高使用成本的运用效率。
表1. 5G的五种服务类别汇总
类别 服务
沉浸式5G服务 海量内容流式
虚拟增强现实
远程呈现
智能5G服务 拥挤区域服务
以用户为中心的计算
边缘/雾计算
全方位5G服务 智能个人设备/健康
智能建筑/电网
智慧城市/智慧工厂系统
自主5G服务 智能交通/远程操作
基于无人机的3D连接
基于机器人的服务
公共 5G 服务 私人保安和公共安全
灾害监测
紧急服务
2. 5G技术场景
本节将主要介绍5G的愿景和要求，并且总结5G的主要技术场景、5G面临的挑战和5G所需的关键支持技术。5G概念主要通过提取关键特征和核心技术所形成的，物联网和移动互联网将会成为2020年及以后移动通信发展的主要推动力。在未来，5G将不仅会满足工作需要、而且将满足人们的交通方式，以及休闲娱乐等生活各个方面的多样化服务需求。5G的终极服务体验不仅包括超高清(S-UHD)视频服务，而且包括了增强现实服务、虚拟现实服务、云桌面服务、边缘云计算服务和在线游戏服务。5G将会渗透物联网，并且实现万物互联(IoE)，此外5G将会实现交通行业、制造行业、医药行业等垂直行业的多样化服务需求。
由于各个行业对性能要求有着很大的差异，因此5G将面临着巨大挑战。5G将解决在各种各样的场景中出现的挑战，不同的关键性能指标(KPI)使挑战变得不同，其中例如用户体验的数据速率快慢、流量密度的大小、延迟的高低、能源效率的高低和连接密度的大小，这些都可能对5G具有一定的挑战性。5G的四种典型技术场景来自于主要应用程序场景和服务需求，现如今5G移动互联网和物联网挑战的关键场景是高容量热点场景、大量低功耗连接场景、无缝广域覆盖场景、低功耗延迟高可靠性场景[8,9]。与此同时，上述技术场景有一些非常关键的问题，见表2。
预计会出现更多使用案例，但由于目前还没有被预计到，因此可以提前进行研究和关注。对于未来的5G的发展，为了适应各种需求，为了适应各种新型使用案例的出现，灵活性将是必须存在的 [10]。我们鼓励那些希望为5G未来发展做出贡献的研究论坛和其他外部组织特别关注以下关键领域[11]：
(a) 频谱相关问题[12]
(b) 交通特征[13]
(c) 无线电接口及其互操作性[14]
(d) 接入网络相关问题[12]
3.文献回顾
大多数现有的5G服务分类方法都是从网络运营商和服务提供商的角度提出的[15]，并没有多少分类是从终端用户的角度提出的。然而，Yu等人[16]则从终端用户的角度来进行5G服务分类，他们进行分类的目的是为了最大限度地提高终端用户的满意度。5G时代即将到来，Yu等人对5G时代的的大趋势进行了研究和分析，然后在这些趋势的基础上，为了考虑了终端用户的体验和感受，并且对新的5G服务进行分类，还提出了为了要实现5G业务，通信技术需要哪些基本技术要求。此外，Yu等人的论文还分析了5G服务?5G设备、5G网络行业的竞争力，并且还说明了当前5G技术的发展状况。
表2. 5G 技术场景和关键问题
技术场景 关键问题
大容量热点 流量密度：数十 Tbps/
用户体验数据速率：1 Gbps
峰值数据速率：数十 Gbps
大量低功耗连接 连接密度：106/
低功耗、低成本
无缝广域覆盖 用户体验数据速率：100 Mbps
低延迟高可靠 空口时延：1 ms
端到端延迟：毫秒级
可靠性：接近 100%
Afrin等人[17]探讨了一个5G发展的挑战，这个挑战可以使将远程无线电头(RRH)的异构请求映射到基带处理单元(BBU)，并且同时还需要考虑到两个方面，这两个方面则是终端用户QoE的最大化方面和服务提供商的利润方面。Afrin等人的论文里提出了一种求解方法，这种求解方法是多目标非线性编程，Afrin等人还重点研究了终端用户QoE最大化的问题和服务提供商利润的资源分配问题。为了在终端用户QoE和服务提供商利润之间进行最优的权衡，Afrin等人提出了两种计算上都可行的调度算法，这两种调度算法是第一拟合满足算法和第一拟合利润算法。并且Afrin等人在CloudSimSDN上进行的仿真后，我们可以通过CloudSimSDN上的结果显示，在用户QoE、QoS满意度、平均等待时间以及服务提供商利润方面，他们提出的两种调度算法第一拟合满足算法和第一拟合利润算法使性能有所改善。
Ali等人[18] 研究了让IEEE 802.11ax高效无线局域网(HEW)作为5G网络非授权频段(5G-U)[19]的基础技术。Ali等人的论文确定了5G-U网络中的HEW部署的未来使用案例，并且强调了在大量无线局域网(WLAN)的情况下的
IEEE 802.11ax高效无线局域网的性能会有所下降，这将会是5G发展的一大挑战。为了处理5G发展中的高密度竞争问题，Ali等人提出一种基于自我监督信道观测的缩减(COSB)机制。通过分析和仿真结果，Ali等人研究了他们所提出的解决方案的性能效率，并且与二元指数退避(BEB)机制进行了比较，研究表明了Ali等人所提出的机制可以通过减少信道访问机制中的冲突次数来保证在高密度环境中增强的QoE(高吞吐量和低延迟)。
Sodhro等人[20]他们研究了光纤陀螺计算以及基于5G的物联网设备的集成[21,22]，同时他们也强调了雾计算在存储容量和功耗方面的缺点。与其他相关文献不同，Sodhro等人他们研究了物联网和光纤陀螺计算之间通信的服务质量(QoS)领域方面的问题，他们提出了基于传输功率控制(TPC)的QoS优化算法(QoS-TPC)，并且他们提出的光纤陀螺物联网TPC-QoS体系结构，不仅考虑了信道的静态行为，也考虑了信道的动态行为。最重要的是，通过了分析和仿真结果，Sodhro等人将他们提出的基于传输功率控制(TPC)的QoS优化算法(QoS-TPC)与传统的自适应TPC(ATPC)、团队博弈(TG)和恒定TPC方法进行了比较。然而，Sodhro等人提出的基于传输功率控制的QoS优化算法具有一定的局限性，其中包括了5G发展所要求的高接收信号强度指示器(RSSI)值，以及高延迟和抖动值。
Song等人[23]讨论了在高度集成的5G系统中，由于路径异构性，传输控制协议(TCP)所面临的挑战和可能出现的性能下降问题[24]。Song等人的论文提出了一个考虑链路质量不对称(时延和带宽)的TCP在多条异构路径上的性能分析模型。Song等人通过模拟研究与现场试验的比较，验证了这个模型的准确性。他们得出了一个有趣的结论，这个结论是多个链路之间的延迟不对称是影响TCP性能的更主要因素，因此，Song等人所提出考虑链路质量不对称(时延和带宽)的TCP在多条异构路径上的性能分析模型无疑可以为5G移动业务并发多路径传输(CMT)解决方案的设计提供指导。<!--
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