5G是蜂窩網絡連接的下一個前沿，但新一代5G承諾的不僅僅是更快的下載速度和更低的延遲。5G預計將提供更高的帶寬和更全面的覆蓋，這將為手機以外的連接開辟各種新的用例，從筆記本電腦和手持物聯網(IoT)設備到汽車和大規(guī)模工業(yè)應用。據行業(yè)預測，到本世紀20年代中期，隨著不兼容5G網絡的4G設備的遷移，5G用戶將增加超過10億。然而，向5G過渡將需要對新的蜂窩基礎設施進行重大投資。5G架構將與之前的實現發(fā)生重大變化。推動這些變化的是第四代5G演進而來的一些關鍵特征。我們將回顧這些關鍵特征，然后看看這些特征將如何影響典型5G系統的數據平臺架構，并探討不同級別數據平臺的實現選項，然后確定典型的實現選項。另外，還將詳細研究一個中端數據平臺的例子，以確定關鍵的設計選擇和權衡。
5G特性驅動實施架構低頻段5G基站的運行頻率范圍與4G手機類似(從600MHz到850MHz，并提供類似的范圍和下載速度(30Mbit/s到250Mbit/s)。因此，低頻段5G在世界許多地區(qū)已經被淘汰。5G中頻發(fā)射塔采用大約2.5GHz到3.7GHz之間的微波，顯著提高了下載速度到100Mbit/s- 900mbit /s范圍，同時擴大了幾英里的覆蓋范圍。中頻段5G發(fā)射塔已經成為大城市和其他人口密集地區(qū)的標準，并可能很快成為全球標準。高頻段5G目前運行在25GHz-39GHz范圍內，下載速度與有線網絡服務類似，約為1Gbps。然而，高頻段5G也有局限性。25GHz-39GHz范圍是毫米波(mmW)波段的低端。毫米波的覆蓋范圍比微波更有限，這意味著高頻段5G將需要更多更小的基站來覆蓋與中頻段5G相同的區(qū)域。
另外，墻壁或家用電器等物理障礙也可能限制5G高頻段連接。毫米波也不能很好地處理固體物體。高頻段5G技術的成本也比低頻技術高得多。因此，在不久的將來，高頻段5G可能會局限于音樂會場館和體育場等相對開放的大型設施。
5G數據平臺金字塔在確定具體實施的5G層次級別時，必須考慮覆蓋范圍、所需的下載速度和成本效率等因素。5G分布式數據平臺將數據處理、存儲和通信置于不同的架構層次，以優(yōu)化成本、功耗、網絡性能、操作距離和用戶特性。最靠近網絡邊緣的是小型的微型平臺，它們在建筑物或設施內覆蓋很小的距離(幾十米)。常見的例子包括建筑自動化、安全、工廠樓層模塊監(jiān)控和控制。在邊緣設備之上的層次是聚合平臺，將所有邊緣設備縫合在一起，并在大約100M的距離上鞏固和優(yōu)化數據流量。這些設備通常位于建筑物或小型校園層面，可以分析、過濾、組合和優(yōu)先考慮通信，有時還會與人工智能(AI)結合。中間平臺位于大規(guī)模中央數據中心(核心)之下，以提供更快的響應。這些響應通常是由核心選擇并定期更新的基于算法的。這些平臺為靠近邊緣的平臺提供了所需的實時控制。來自這些平臺的數據分析和跟蹤可以為平臺提供商提供價值和新的收入流。從預測性維護、材料跟蹤和路由、系統管理和數據流量負載平衡等操作中節(jié)省的成本可以回饋給用戶(可能收取訂閱費或節(jié)省的百分比)。
大數據運營運行在核心數據中心平臺上。這些海量數據處理和存儲設施保存了多年的歷史操作和復雜的機器學習算法，這些算法提供了優(yōu)化過濾器和過程，為快速響應編程中間平臺并為客戶增加價值。評估不同類型的數據中心平臺
在5G層次結構的每一層，設計師都會遇到不同的需求和權衡:
小型平臺是系統中成本、占地面積和功率受限制最大的部分。它們需要易于安裝，并且需要一個適中的生命周期，因為每個聚合平臺都需要多個。這里可以使用基于mcu的實現，因為它們成本低、功耗低、占用空間小，同時在靈活性和處理能力方面做出了一些較小的犧牲。聚合平臺需要極大的靈活性、處理能力、中間存儲和安全性?；诂F場可編程門陣列的實現可以提供最大程度的靈活性和處理能力，因為底層硬件可以根據新的協議、新的AI算法或客戶的新價值增加的需要重新編程。FPGA 還可以輕松擴展，允許供應商以不同的價格和價值點創(chuàng)建具有不同靈活性和處理能力水平的不同產品層。中間平臺需要最高水平的原始處理能力、安全性和靈活性。成本、電力消耗和足跡是可以接受的犧牲。在這個層次上，內存保護單元(用于普通操作的原始處理能力)和FPGA(用于靈活性和適應性)的混合組合將是最佳的實現方法。FPGA甚至可以根據需要實時重新編程，以響應對視頻處理、加密、解密、搜索和過濾等重要功能日益增長的需求。人工智能算法甚至可以通過分析在入住率、交通模式、天氣等關鍵指標中找到的線索來預測這種需求。聚合平臺是如何工作的讓我們看看一個中端功能聚合平臺，看看關鍵功能是如何在設備中實現的。利用FPGA和片上微控制器允許設備從MCU開始操作，為啟動和安全更新提供一個已知的安全起點。此信任根使用可靠且受保護的加密、解密和安全密鑰存儲操作，以阻止黑客和病毒接管系統。該MCU還可以處理標準操作，如通信、分組處理、視頻處理、壓縮和存儲效率。片上FPGA硬件可以用于不太常見但處理功率高的操作，以保持MCU騰出時間進行必須及時完成的常見操作。FPGA可以用于數字濾波、圖像處理、圖像識別和類似的特殊操作，也許可以與AI和機器學習算法結合起來，在需要的基礎上預測和編程硬件。隨著時間的推移，可以從中間平臺和核心平臺識別、創(chuàng)建和下載新的算法，進一步優(yōu)化性能，為平臺提供商創(chuàng)造新的收入流，并為客戶節(jié)省成本。5G將意味著云、核心和邊緣的融合。但是，重要的是，每個組件都要運行在正確類型的基礎設施上，或者能夠訪問正確類型的基礎設施。核心總是需要的，即使是5G邊緣計算的重要性，但隨著5G連接的激增和支持5G的設備數量的持續(xù)增長，對這些設備的中小型分布式數據中心平臺的需求也會增加。從核心到邊緣的計算將是5g世界的標志。這將是一個恒溫器、冰箱、飛機、火車和汽車都和手機一樣連接到同一個蜂窩網絡的世界。
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