试论5G网络低时延特性及优化措施

试论5G网络低时延特性及优化措施

王大海

中睿通信规划设计有限公司广东省广州市510630

摘要：本文首先从形成网络低时延特性的原因以及实现网络低时延的技术难点这两方面阐述了5G网络低时延特性的具体内容，并分析了实现5G网络低时延的具体途径，以及提出了优化其延特性的具体措施，为提高5G网络技术应用的科学性与稳定性提供参考。

关键词：5G网络；网络低时延特性；新技术时延

前言

随着5G时代的到来人们对5G网络技术的关注程度逐渐提高，并且在5G网络技术的支持下自动驾驶、远程手术、VR等内容均得以实现。为了充分发挥5G网络低时延特性的应用价值，进而更好的满足不同用户对5G网络技术的需求，需要对5G网络低时延特性及优化措施进行深入研究。

一、5G网络低时延特性的概况分析

（一）形成网络低时延的原因

1.传播时延

信号在传输过程中所耗费的时间则为传播时延，因此传播的速度与距离影响着传播时延。此外传输介质也影响着传播时延，现阶段主要应用光纤进行信号传输，而光纤的传播速度与其折射率有关。为了降低传播时延可以通过减短信号传输距离的方式[1]。光在媒介中的传播时延公式为t=n*L/c.其中C为光速，n为光钎折射率，当t=200是L=40km，因此核心网与基站的距离要在40km以内才能有效降低传播时延。

2.传输时延

数据发送到接收所耗费的时间为传输时延，影响传输时延的因素有数据的帧长以及链路速率。为了降低传输时延可以采用提高链路速率的方法。

3.处理时延

数据转发所耗费的时间为处理时延。影响处理时延的因素有节点处理的能力以及数据的复杂程度。此外光层及电层的处理也会造成处理时延，且OSI的层级与处理时延呈正比关系。为了降低处理时延可以在距离相同的前提下，采用减少电层节点数量的方式。

4.调度时延

数据在缓冲区排队所耗费的时间为调度时延。影响调度时延的因素有网络运行情况对调度机制。

（二）网络低时延的技术难点

1.技术要求高

为了实现网络低时延，需要将网络延迟要求定为毫秒级，因此要对网络架构进行变更与改造，并且实现毫秒级别的网络延迟需要投入大量的资金成本，无法在短时间内快速实现。

2.技术具有复杂性

将5G网络技术应用于自动驾驶或控制机器人方面需要确保低时延性以及百分百的可靠性，并且在VR中对低时延性具有更高的要求，必须在处理大量业务的同时保证5G的较高吞吐量，因此网络低时延技术具有复杂性的特点。

3.协调难度较大

在应用5G网络技术时为了保持低时延性，需要协调传输速率、可靠性等各个指标，因此其协调难度也较大。

二、5G网络低时延特性及具体的优化措施

（一）实现5G网络低时延特性的途径

1.控制转发分离技术

接入、控制及转发是构成5G网络架构的主要功能平面[2]。由于基站及无线设备是接入平面的主要组成部分，因此可以采取增强基站间的交互能力来提高资源的有效利用率。在控制平面中，可以应用网络功能来实现重构，进而有效的简化流程、提高调度资源的效率。并且可以根据多样化的业务需求来编排网络。而转发平面主要具备业务流加速或内容缓存等功能，并且在控制平面的技术支持下可以实现高效率的数据转发。

2.网络切片技术

该技术主要应用了虚拟化技术，同时根据不同需求将5G物理基础设施中的资源进行虚拟化，进而形成多个平行的网络切片，有效满足不同业务的特性需求。并且形成的虚拟网络切片互相之间具有隔离效果，即便其中一个网络切片出现故障也不会影响其他网络切片的正常通信，进而有效提高了网络低时延的稳定性。

（二）优化5G网络低时延特性的措施

1.优化传输时延性

在优化传输时延性方面可以采取以下两种措施：一是应用新型帧结构。无线通信的核心便是帧结构，因此为了优化传输时延性可以选择减少子帧长度的方式。应用此种方法可以有效减少网络回程所消耗的时间，并提高了资源调度的效率，同时加快了反馈的速度，在面向小量的数据传输时可以实现TCP吞吐量增高的目标。二是应用预留资源的方法。LTE系统的终端在进行数据传输时，需要向基站发送调度请求，此后才可以分配或调度资源，而应用了资源预留的方法后，基站可以为系统终端留出一部分资源供数据进行传输，极大缩短了资源调度的所消耗的时间，实现优化传输时延的目标。

图15G网络切片技术架构图

2.优化处理时延性

提高硬件设备的性能以及应用新型通信模式是优化处理时延性的主要方法。硬件设备需要处理编解码时延，而提高了硬件设备的性能可以利用高级自适应的编码来处理编解码，有效提高了数据处理的效率。应用传统的通信模式其数据需要经过多个网络节点才能实现转发，并且一次转发便会增加一定的时延。而应用了D2D以及其他新型通信模式后，设备之间的数据传输可以不再依托于网络。

例如，此种新型通信模式极大提高了5G联网车辆的运行安全性。当车辆在运行的过程中如果需要更改某项操作时能够提前发出预警，或者在遇到某些紧急情况时可以尽可能的缩短操控反应的时间，极大提高了车辆运行的安全性，减少安全事故的发生。

3.优化传播时延性

传统的数据转发方式是当数据获得完整的数据包并且校验合格后才可以进行转发，此过程消耗的时间过长，而应用直通转发的方式能够有效提高交换机的数据转发效率，当数据接收到MAC地址后便可以直接向目的地的端口转发数据，有效缩短了串行数据转发造成的时延。除了应用直通转发的方式还可以应用FLEX-E技术来优化传播时延。该技术能够有效调节MAC获取数据包信息的效率，同时根据PCS的指示进行重新编码以满足多元化的数据转发需求。

4.优化调度时延性

应用抢占转发资源以及直通调度的方法实现优化调度时延性的目标。

三、实现5G低时延性的实际价值

（一）连续广域覆盖

实现5G网络的低时延性能够满足用户在各个地域获得高速网络业务的服务，因此需要在各地部署密集基站，并且用户在高速移动的状态下依然能够保持100mbps的高速率数据通信。具体能够为用户提供高速下载、超高清视频流、VR/AR等流量业务。

（二）热点高容量

写字楼、商业街、小区都是局部热点较为密集的区域，实现5G网络的低时延性能够有效实现热点高容量的目标，进而满足用户的超高流量需求。

（三）低功耗大连接

此外应用5G网络技术能够实现智慧城市、智能农业、远程环境监测等目标。此外实现低时延性，能够为用户提供毫秒级的数据传输服务，且提高了数据传输的可靠性。在车联网、工业控制、远程医疗等各个领域得到广泛应用。

四、结语

综上所述，造成5G网络低时延特性的原因有传播时延、传输时延、处理时延以及调度时延，为了实现5G网络低时延技术可以应用控制转发分离技术以及网络切片技术。在优化网络低时延特性方面，可以采取新型帧结构以及资源预留的方式优化传输时延；通过提高硬件设备性能优化处理时延；应用直通转发或FLEX技术优化传播时延，有效促进5G网络技术的良好发展。

参考文献：

[1]李少华.浅析5G网络低时延特性及优化措施[J].电子世界,2018(24):117-118.

[2]林何平,高志英,韩剑.网络时延分析及面向5G的低时延策略[J].电信工程技术与标准化,2018(9):26-30.