第五节｜云计算与 5G 技术

🎬 开场白

如果说虚拟化与 SDN 解决了“数据中心内部”的灵活性问题，那么 云计算 与 5G 则把战场扩展到了“全世界”：

• 云计算：提供无限弹性的算力与存储；
• 5G：提供低延迟、高带宽、广连接的网络环境。

两者结合，就是未来分布式架构的“基础设施新范式”。

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一、云计算（Cloud Computing）

1.1 定义

云计算就是把计算资源（CPU、存储、网络、数据库、AI 算力等）以 服务的形式提供给用户。用户不必自己建机房买设备，只需按需申请。

1.2 云计算的三种服务模式

1. IaaS（基础设施即服务）

   • 提供虚拟机、存储、网络等基础资源。
   • 代表：AWS EC2、阿里云 ECS。

2. PaaS（平台即服务）

   • 提供开发环境、数据库、中间件等。
   • 代表：Heroku、阿里云函数计算。

3. SaaS（软件即服务）

   • 提供完整应用，用户直接使用。
   • 代表：Office 365、钉钉、Salesforce。

👉 类比：

• IaaS = 租一间毛坯房，自己装修；
• PaaS = 租一间精装修公寓，拎包入住；
• SaaS = 住酒店，所有设施都有人打理。

1.3 云计算的核心优势

• 弹性伸缩：流量高峰时快速扩容，低谷时缩减，节省成本。
• 全球覆盖：多 Region、多 AZ 部署，支持跨地域容灾。
• 按需计费：用多少算多少，降低初期投入。
• 生态丰富：AI、数据库、大数据、IoT 等服务即开即用。

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二、5G 技术

2.1 5G 的三大特征

1. 高带宽：峰值速率可达 10Gbps。
2. 低延迟：端到端时延低至 1ms，远低于 4G 的 30~50ms。
3. 大连接：每平方公里可接入百万级设备，支持物联网、车联网。

2.2 关键技术

• 网络切片（Network Slicing）：在同一物理网络上划分多条虚拟专用通道，给不同行业定制 SLA。
• MEC（边缘计算，Multi-access Edge Computing）：把计算能力下沉到基站/边缘节点，缩短延迟。
• Massive MIMO & Beamforming：通过多天线提高频谱利用率。
• NR（New Radio）：5G 新空口标准，支持更宽频谱。

👉 类比：4G 像高速公路，大家一起跑；5G 像高铁专列，不同乘客有不同车厢，速度更快，体验更稳。

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三、云计算 + 5G 的结合

3.1 为什么要结合？

• 云计算提供“超大规模算力”，但数据传输需要网络支撑；
• 5G 提供“高速通道”，但本身没有算力；
• 二者结合 = 算力无处不在，数据实时上云。

3.2 典型场景

1. 智能制造

   • 工厂设备通过 5G 接入边缘云，实时监控与预测性维护。

2. 自动驾驶 & 车联网

   • 汽车通过 5G 与路侧单元通信，边缘云做毫秒级决策。

3. 智慧城市

   • 城市摄像头、传感器通过 5G 接入云平台，AI 实时分析。

4. XR/VR/AR

   • 渲染放在云端，通过 5G 实时回传到眼镜，解决终端算力不足问题。

5. 远程医疗

   • 外科手术机器人通过 5G 接入云平台，做到“跨城实时操控”。

3.3 架构演进

• 云边端协同：云（集中算力） + 边缘（近用户、低延迟） + 端（终端设备）。

• 分布式架构典型模式：

  • 热数据/实时决策 → 边缘节点；
  • 大规模存储/训练 → 云中心；
  • 用户交互/感知 → 终端设备。

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四、挑战与痛点

• 5G 覆盖成本高：需要大量基站部署。
• 安全性：5G+云意味着更多攻击面，需要端到端加密与零信任架构。
• 网络切片运维复杂：每条切片需要独立 SLA 管理。
• 边缘与云的协同：数据怎么分配、什么时候上传云，仍需成熟调度策略。
• 合规问题：跨境数据传输、隐私保护要求严格。

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五、总结

• 云计算：提供弹性、分布式、服务化的算力与存储。
• 5G 技术：提供高带宽、低延迟、大连接的网络能力。
• 结合后的价值：让算力无处不在、让应用实时互联，推动车联网、工业互联网、智慧城市、沉浸式娱乐等新一代应用场景落地。

👉 换句话说：

• 云计算是“超级计算机”，
• 5G 是“超级网络”，
• 结合在一起，就是 未来分布式集群的“操作系统 + 高速总线”。