5G技术发展及其对网络空间带来的挑战

一5G技术的发展及战略演进从全球战略布局来看，5G争夺战已经成为世界主要大国在高新技术领域竞争的焦点，与军事、经济、政治等因素融合趋势明显。随着5G商用步伐的临近，以中美欧日为代表的科技大国和地区，对5G产业的标准、话语权及市场份额的争夺战，已经进入炽热化程度。目前，全球已有110个国家进行5G网络部署，全球主要经济体开始谋求主动作为、牢牢紧握战略先机，不断加快顶层设计和应用落地。1．美国5G发展历程2012年7月，美国纽约大学理工学院成立由政府和企业组成的5G研究联盟。美国国家科学基金会（NFC)为其提供了80万美国资助金，为合作者企业提供120万美元研发资助。2013年开始，美国宽带无线接入技术与应用中心开展5G项目研发，获得国家基金委的160万美元与产业界的400万美元专项资金支持。2015年4月，美国联邦通讯委员会（FCC)为公众无线宽带服务（CBRS)在3.5GHZ频段提供150MHZ的频谱，建立3层频谱共享接入体系监管模式并允许进行试验。8月，美国通过添加脚注方式，标识了2阶段数字红利频段470-698MHZ为IMT系统使用。9月，美国移动运营商威瑞森公司宣布，将从2016年开始试用5G网络，2017年在美国部分城市全面商用。2016年7月，FCC针对24GHz以上频谱用于无线宽带业务宣布新的规则和法令，使美国成为全球首个宣布规划频谱用于5G无线技术的国家，包括三个授权频段和一个新的非授权频段。7月，白宫宣布由NFC启动先进无线通信研究计划，投资4亿美元支持5G无线技术研究，以保持美国在无线技术领域的领先地位。11月，FCC发布新的频谱规划，批准将24.25-24.45GHz、24.75-25.25GHz和47.2-48.2GHz频段共1700MHZ频谱资源用于5G业务发展。2017年2月，美国行业协会5GAmericas和韩国5G论坛签署合作备忘录，与包括欧盟5GPPP、日本5GMF以及中国IMT-2020推进组在内的三个全球机构进行5G合作，建立一年两次的全球5G大会。11月，美国苹果公司和英特尔合作，共同开发5G手机，该产品将使用英特尔的5G基带处理器。12月，FCC发布废除网络中立政策，旨在通过消除制度障碍鼓励电信业积极创新，解决美国迅速部署覆盖全国的5G资金来源问题。12月，白宫发布特朗普任期内第一份《美国国家安全战略》，将5G网络作为美国的首要行动之一。2018年1月，美国国家安全委员会文件《保护5G：信息时代的艾森豪威尔高速公路系统》指出，政府将5G的地位提升到国家安全的高度。1月，美国电话电报公司宣布，2018年底之前在美国12个城市推出5G网络商用服务。3月，总统特朗普签署1.3万亿美元的5G法案，为无线频谱拍卖清扫障碍，并在28年后首次重新向FCC授权。8月，白宫管理与预算办公室发布《2020财年政府研究与开发预算优先事项》备忘录，将5G作为2020财年八大研发优先领域之一。9月，FCC发布5G推进计划，包括三大关键的解决方案。10月，总统特朗普签署《制定美国未来可持续频谱战略总统备忘录》，要求美国商务部制定长期全面的国家频谱战略。11月，美中经济与安全审查委员会发布的2018年年度报告，点名华为、中兴通讯等电信设备公司危及美国5G无线基础设施安全，建议每年应报告中美两国间产业链对美国的伤害。11月，FCC启动首次高频段5G频谱拍卖，为下一代高速移动通信网络清理频谱空间。12月，美国国际战略研究中心发布《5G如何塑造创新和安全》报告，指出5G技术将对未来几十年的国家安全和经济产生影响，12月，AT&T宣布，将在全美12个城市率先开放5G网络服务。2019年4月，美国发布《5G生态系统：对美国国防部的机遇与挑战》报告，介绍5G发展历程和现状，并为美国国防部提出重要建议，包括共享频段、重塑5G生态系统、调整贸易战略、强化美国科技知识产权、发展5G以外的通信技术等。4月，总统特朗普发表美国5G部署战略讲话，宣布5G竞赛是一场美国必须要赢的比赛，美国将释放更多无线频谱并简化通信设施建设许可，在5G领域获得领导地位。5月，特朗普简述《关于保障信息通信技术与服务供应链安全》总统行政令，以遭遇所谓敌对国家威胁为由，宣布进入国家紧急状态。5月，美国发布《新兴技术及其对非联邦频谱需求的预期影响》和《美国无线通信领导力研发优先事项》报告。2．欧盟5G发展历程2012年9月，欧盟启动5GNOW研究课题，主要面向5G物理层的技术研究。该课题由6家科研机构承担，于2015年2月结束。11月，欧美投资2700万欧元预算启动名为构建2020年信息社会的无线通信关键技术的5G科研项目。2013年2月，欧盟宣布将拨款5000万欧元，加快5G技术发展，计划到2020年推出成熟的标准。8月，欧洲议会和理事会发布关于攻击信息系统和取代理事会框架决定JHA2005/222的EU2013/40指令。12月，欧盟与5G技术设施联盟签署协议建立5G合作项目框架，加速5G研发。其目标是5G无线服务能力较2010年水平提高1000倍，并在5G无线服务中减少90%能耗。12月，欧盟（EU）发布第1316/2013号条例。2014年1月，欧盟启动5G公私合作关系项目，总预算14亿欧元，计划在2020年前开发5G技术，到2022年正式投入商业营运。2015年3月，欧盟数字经济和社会委员会正式公布欧盟5G公司合作愿景，力求确保欧洲在下一代移动技术全球标准中的话语权。7月，欧盟地平线2020框架5G旗舰项目宣布项目第一阶段正式启动，该事件标志欧洲5G研究达到一个新的里程碑。2016年4月，EU发布关于处理个人数据和数据自由流动的保护自然人的第2016/679号并废除95/46/EC指令的《通用数据保护条例》。6月，欧盟5G发布的白皮书《5G架构的观点》总结了16个项目的研发成果及共同点、趋势，并提出为满足5G需求所要解决的挑战性问题，最后讨论5G参考框架对5G标准化的影响。7月，EU发布关于全联盟网络和信息系统高度共同安全保障措施的2016/1148指令。9月，欧盟委员会正式公布《欧洲5G：行动计划》，以加强到2020年欧洲数字化单一市场5G基础设施和服务推广工作的投资。11月，欧盟委员会无线频谱政策组发布欧洲5G频谱战略，明确提出3400-3800MHZ频段将作为2020年前欧洲5G部署的主要频段，1GHZ以下700MHZ将用于5G广覆盖。2017年6月，由欧盟委员会资助，18家公司组成欧盟新5G联盟5G-Transformer，专注5G网络切片，利用软件定义网络和网络功能虚拟化、业务流程和分析功能，支持各种垂直行业。6月，欧盟5GPPP第二阶段项目启动，在参选的101个新项目中有21个项目入选。9月，欧盟委员会发布关于欧洲议会和理事会对欧盟网络和信息安全局监管和废除EU526/2013条例的提案，以及信息和通信技术网络安全认证的《网络安全法案》。12月，欧盟确立5G发展路线图，包括主要活动及其时间框架。欧盟就协调5G频谱的技术使用和目的以及向电信营业商分配的计划达成一致，同意到2025年将在欧洲各城市推出5G的计划。2018年1月，欧盟发布地平线2020计划。该计划共包含5GLTE在内的7个5G研究项目。6月，欧盟委员会发布关于欧洲议会和理事会建立2021-2027数字欧洲计划规定的提案。6月，瑞典、挪威、丹麦、芬兰和冰岛五国首相联合发布5G合作宣言，确定在信息通信领域加强合作，推动北欧五国成为世界上第一个5G互联地区。7月，在EuCNC会议上，欧洲5G研究计划5GPPP正式启动第三阶段的研究。9月，欧盟委员会发布关于建立欧洲网络安全工业、技术和研究能力中心以及国家协调中心的规定。12月，欧洲多个大城市开展代号“烈焰”的5G应用场景实测，主要聚焦垂直应用的媒体服务。12月，欧洲议会和理事会发布关于制定欧洲电子通信规则的2018/1972指令。2019年3月，欧洲理事会批准新的欧盟外商直接投资审查框架及相关立法《建立欧盟外商直接投资审查框架的条例》。3月，欧洲议会通过关于与中国在欧盟技术不断提升有关的安全威胁以及欧盟采取降低这些威胁的可行行动的决议，即2019/2575，呼吁欧盟应当采取一系列措施应对风险。3月，欧盟委员会公布5G网络的高度安全性。具体包括要求欧盟成员国在今年7月15日前向欧盟委员会与欧盟网络安全局提交相关风险评估报告，在10月前完成欧盟整体网络安全风险评估，并于12月31日前最终制定可行的风险应对措施等。4月，欧盟报告《5G挑战、部署进展及竞争格局》发布。报告系统检视5G商业模式、技术、挑战以及在欧洲、美国、亚洲部署进展，并从欧洲如何提高竞争力的角度给出建议。5月，欧盟委员会通过一项协调无线网络使用的26GHZ频段的计划。3．德国5G发展历程2012年4月，德国德累斯顿科技大学成立5G无线通信系统专门实验室。2016年，德国启动德国5G网络倡议，首次提出一系列快速完善5G基础设施的措施。2017年7月，德国联邦交通和数字基础设施发布《德国5G战略》，制定新的5G网络发展框架。8月，德国发现联合华为在商用网络中成功部署基于最新3GPP标准的5G新空口连接，采用5G新空口与4GLTE非独立组网架构。2018年8月，奥迪与爱立信宣布，计划率先将5G技术用于汽车生产。12月，作为巴伐利亚研究项目5GToday的一部分，罗德与施瓦茨公司的发射机在德国巴伐利亚广播电视台的文德尔施泰因山发射站成功投入运行。2019年3月，德国正式启动5G频谱的拍卖工作，多家欧洲电信营运商参与竞标。4．日本5G发展历程2013年10月，日本无线工业级商贸联合会建立5G特设工作组，主要任务是研究2020年及以后移动通信服务、系统概念和主要技术。2014年5月，日本电信营运商NTTDoCoMo宣布将与Ericsson等六家厂商合作，测试高速5G网络。预计，在2015年展开户外测试，于2020年开始运作。9月，日本5G移动论坛成立，以推动5G的研究和发展，协调各组织的5G工作，提升5G的普遍认知。2015年11月，日本电信营运商NTTDoCoMo与诺基亚网络共同实施5G技术试验，在实际商业设施内以70GHZ频带接收信号。2016年，日本内政和通信部发布战略文件《2020年实现5G的无线电政策》，展示对5G的承诺和部署。日本总务省成立5G研究组，讨论5G最新政策。为配合2020年东京奥运会，三大无线通信营运商NTTDoCoMo、Softbank以及KDDI计划在东京都中心城区等区域率先提供5G服务。9月，日本软银启动5G项目，成为全球第一家商用Pre5GMassiveMIMO的营运商。2018年7月，日本总务省公布以2030年为设想的频谱利用战略方案。作为将在2030年实现的革命性频谱系统之一，日本提出超越5G。8月，日本总务省宣布将在2019财年开始研究和发展新的电信标准，并在2025年左右使后5G标准实现商业化。11月，KDDI宣布计划于2019年启动有限范围的5G服务，2020年全面推出5G服务，以支持即将到来的东京奥运会和残奥会。2019年4月，日本总务省交付开设5G基站的认定书，把5G信号频段分配给4家公司。二5G技术优势1．改变社会，实现万物互联作为全面构筑经济社会数字化转型的关键基础设施，5G将推动传统行业转型、数字经济创新，万物互联的新纪元即将到来。5G将实现随时随地的人与人、人与世界、物与物的连接，形成万物互联的有机整体，极大地改善人们的生活质量，提高社会的运作效率。5G的场景设计针对性很强，对于汽车行业提出了诱人的自动驾驶、车联网的支持；对于医疗行业，给出了远程医疗、随身医疗的设想；对于游戏行业，给出了AR/VR的支持；对于家庭生活，提出了智能家居的支持；对于工业，更是提出了我们可以通过超低的时延，超可靠的网络，去支持工业4.0的革命。在5G网络中，虚拟现实、增强现实、8K高清视频，以及无人驾驶、智能教育、远程医疗、智能加固等，将真正走向成熟应用，为我们社会带来全新智能化的改变。2．5G技术满足工业互联网发展需求在5G环境下，对于工业控制、工业互联网也得到极大提升支持。自动化控制是制造中最基础的应用，核心是闭环控制系统。在该系统的控制周期内每个传感器进行连续测量，周期低至ms级别，所以系统通信的时延需要达到ms级别甚至更低才能保证实现精确控制，同时对可靠性也有极高的要求。5G可提供极低时延、高可靠、海量连接的网络，使得闭环控制应用通过无线网络连接成为可能。3．5G技术极大扩展云端智能机器人的能力和服务范围在智能制造生产场景中，需要机器人有自组织和协同的能力来满足柔性生产，这就带来了机器人对云化的需求。云化机器人需要通过网络连接到云端的控制中心，基于超高计算能力的平台，通过大数据和人工智能对生产制造过程进行实时运算控制。通过云化机器人将大量运算功能和数据存储功能移到云端，这将大大降低机器人本身的硬件成本和功耗。但机器人云化的过程中，需要无线通信网络具备低时延和高可靠的特征。5G网络是云化机器人理想的通信网络，是使用云化机器人的关键。5G切片网络能够为云化机器人应用提供端到端定制化的网络支撑。5G网络可以达到低至1ms的端到端通信时延，并且支持99.999%的连接可靠性，网络能力能够满足云化机器人对时延和可靠性的要求。三5G技术对网络空间安全的挑战1．5G技术在安全性上的进步（1）设计了用户唯一标识以保护用户隐私数据5G设计了终端用户永久表示符，以确定用户的真实身份，并保护该用户在网络上传输的数据。（2）引入公私钥体系加密体系保护用户数据通过公私钥体系加密用户在网络上传播的数据。公钥是公开的，放在用户终端，用来加密数据；私钥是保密的，放在营运商手中，用来解密。如此一来，攻击者即使嗅探或者劫持了用户的信息，没有私钥，也无法解密出用户的数据。（3）用户面数据完整性保护5G提供了按需使用的空口和用户到核心网之间的用户面加密和完整性保护。在4G以及之前的系统中没有启用这一特性，因为会增加数据处理压力，增大数据处理和传输时延。（4）终端和网络的双向认证5G提供了双向认证能力，使终端和网络都能确认对方身份的合法性。从用户面来说，避免了恶意和非法用户接入网络；从网络面来说，避免了攻击者伪造通信基站和热点进行欺诈用户的行为。（5）为终端提供端到端的安全隔离通道这个通道保障即使某一终端被攻击变成傀儡机，也很难在网络中复制和扩散攻击行为，比如传播恶意程序等，遏制恶意程序在网络中广泛传播造成的破坏。与此同时，5G技术是一把双刃剑，在方便人们生活、变革思维模式及推动社会进步的同时，5G时代的到来也被网络空间安全带来诸多挑战。首先，5G技术引发的万物互联使可接入终端的数量达到数百亿甚至上千亿之多，这将极大提高网络防御的难度，并使排查网络入侵的源头变得十分困难，从而给网络空间安全构成极大威胁。此外，网络空间一旦遭受非法恶意入侵，将会产生牵一发而动全身的多米诺骨牌效应，从而导致更为巨大的财产损失和安全威胁。其次，5G技术的推广和落地将为恐怖主义组织提供新的技术支持，降低极端分子发动恐怖袭击的难度、加大恐怖袭击带来的危害程度，并为网络恐怖主义提供新的土壤。在5G时代，网络将不仅成为恐怖分子传播极端思想、招募组织成员、募集财政收入的工具，并可能成为其发动恐怖袭击的载体。再次，激化大国在网络空间领域的竞赛。5G引发的技术进步和信息革命将加大大国之间的不安全感，加深安全困境，导致大国在网络空间领域的军备竞赛。目前，一些国家已经将5G技术运用到军事研究中去，并可能在不远的将来实现成果落地和转化。最后，5G将可能拓展网络空间的新战场。现代战争早已突破陆、海、空传统战争空间，网络空间越发受到各国政府的重视。5G技术带来的万物互联和一体化融合技术将极大地提升作战武器的效能和战场的智能化程度，从而变革网络空间的竞争模式，进而拓展网络空间的新战场。四