朱崢，蘇瑋

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 引言

智慧港口是指以信息技術(shù)為手段全面實(shí)現(xiàn)港口應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化。5G技術(shù)所具有的超高速率、超低時(shí)延、超高密度連接等特點(diǎn)能夠有效提升港口運(yùn)營(yíng)管理效率、節(jié)省人力成本，滿足不同業(yè)務(wù)對(duì)于移動(dòng)、安全、時(shí)延、可靠的個(gè)性化需求[1,2]。

目前5G部署存在以下問(wèn)題：

①5G站址建設(shè)仍以試驗(yàn)性質(zhì)為主，業(yè)務(wù)靈活性考慮不足；

②5G站址主要以4G網(wǎng)絡(luò)為錨點(diǎn)進(jìn)行部署，網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力有限；

③5G覆蓋局限于陸域范圍，缺少有效的手段將5G信號(hào)向海域延伸。

以上問(wèn)題制約了5G技術(shù)在智慧港口建設(shè)中的應(yīng)用。本文將從網(wǎng)絡(luò)切片、組網(wǎng)設(shè)計(jì)、站址規(guī)劃等多角度討論5G智慧港口的建設(shè)，以期真正實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)在智慧港口建設(shè)中的應(yīng)用。

2 網(wǎng)絡(luò)切片

2.1 業(yè)務(wù)場(chǎng)景

5G智慧港口主要涵蓋eMBB、uRLLC和mMTC三種業(yè)務(wù)場(chǎng)景，三種業(yè)務(wù)場(chǎng)景均有其個(gè)性化的QoS需求。目前國(guó)內(nèi)港口的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要對(duì)應(yīng)eMBB場(chǎng)景，要想真正建設(shè)5G智慧港口，需要同時(shí)保障3種業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)于QoS的需求。

2.2 網(wǎng)絡(luò)切片

5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可同時(shí)承載多種邏輯業(yè)務(wù)，面向不同的需求和服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)切片分為軟切片方案和硬切片兩種，由無(wú)線網(wǎng)切片、承載網(wǎng)切片、核心網(wǎng)切片組成[3]（見(jiàn)表1）。

3 組網(wǎng)設(shè)計(jì)

3.1 方案比選

港口5G組網(wǎng)主要分為基于運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)切片方案和5G專(zhuān)網(wǎng)方案兩種。

表1 網(wǎng)絡(luò)切片方案

①公網(wǎng)切片方案完全基于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)資源部署[3]，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片的方式構(gòu)建一張?zhí)摂M專(zhuān)網(wǎng)。

②5G專(zhuān)網(wǎng)方案由港口獨(dú)立部署，無(wú)線網(wǎng)自行建設(shè)或采用硬隔離方式共享運(yùn)營(yíng)商設(shè)備；承載網(wǎng)采用港區(qū)內(nèi)部自建光纜網(wǎng)，通過(guò)GPON或10GPON實(shí)現(xiàn)接入；核心網(wǎng)部署在港口數(shù)據(jù)中心，港口專(zhuān)用。

3.2 組網(wǎng)設(shè)計(jì)

圖1 港口5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計(jì)

表2 5G陸域基站鏈路預(yù)算

公網(wǎng)切片方案和5G專(zhuān)網(wǎng)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際建設(shè)時(shí)建議采用融合組網(wǎng)方案。

1）無(wú)線網(wǎng)

硬隔離共享運(yùn)營(yíng)商無(wú)線網(wǎng)設(shè)備，采用獨(dú)立頻帶資源或空口時(shí)頻資源，獨(dú)立的基帶板，內(nèi)部業(yè)務(wù)走雙路徑雙掛核心網(wǎng)確保安全。

2）承載網(wǎng)

運(yùn)營(yíng)商在港區(qū)內(nèi)部光纜網(wǎng)的基礎(chǔ)上部署SPN承載網(wǎng)[4]，采用硬切片的方式實(shí)現(xiàn)內(nèi)部業(yè)務(wù)與公眾業(yè)務(wù)的隔離。

3）核心網(wǎng)

初期完全共享運(yùn)營(yíng)商控制面網(wǎng)元，獨(dú)立部署用戶面網(wǎng)元，將UPF下沉至港口數(shù)據(jù)中心，確保數(shù)據(jù)在港口內(nèi)部流動(dòng)。后期可結(jié)合業(yè)務(wù)需求針對(duì)uRLLC業(yè)務(wù)切片部署相對(duì)獨(dú)立的專(zhuān)用控制面網(wǎng)元。

UPF下沉部署可采用服務(wù)器和交換機(jī)兩種形態(tài)。智慧港口業(yè)務(wù)復(fù)雜，需同時(shí)滿足eMBB、uRLLC、mMTC三種場(chǎng)景，UPF應(yīng)選擇服務(wù)器形態(tài)以提升部署靈活性，通過(guò)雙鏈路接入港區(qū)核心交換機(jī)（見(jiàn)圖 1）。

4 站址規(guī)劃

5G智慧港口站址規(guī)劃涵蓋陸域站址規(guī)劃和海域站址規(guī)劃兩部分。5G對(duì)于上下行鏈路平衡更為敏感，上行覆蓋對(duì)基站部署影響更大。

4.1 陸域基站規(guī)劃

5G陸域基站建設(shè)應(yīng)以宏微結(jié)合方式部署[5]，初期規(guī)劃僅考慮宏基站建設(shè)。陸域基站規(guī)劃選用Uma傳播模型，鏈路預(yù)算如表2所示：

由表2可知，5G陸域基站站間距應(yīng)在350m～400m，若以4G基站為錨點(diǎn)建設(shè)，無(wú)法滿足5G覆蓋的要求。5G設(shè)備初期接入成本高，不利于快速應(yīng)用，可引入Wi-Fi 6技術(shù)以異構(gòu)混合組網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)綜合接入。

4.2 海域基站規(guī)劃

海域覆蓋在5G智慧港口建設(shè)中至關(guān)重要，受限于覆蓋能力，目前智慧港口建設(shè)還未能真正將5G信號(hào)向海域延伸。海運(yùn)船舶采用高性能船用鋼材料建設(shè)，海域覆蓋電波的穿透損耗要高出陸域覆蓋很多。海域基站規(guī)劃選用自由空間視距傳播模型，鏈路預(yù)算如表3所示：

由表3可知，5G海域基站站間距應(yīng)在2.8 n mile～3.8 n mile。海域基站可利用覆蓋區(qū)域周邊島嶼或自建無(wú)人值守船舶進(jìn)行部署，無(wú)人值守船舶通過(guò)自穩(wěn)定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)船體平衡，建造成本遠(yuǎn)低于永久性設(shè)施，且具有更高的靈活性，提高基站建設(shè)速度。

表3 5G海域基站鏈路預(yù)算

5 結(jié)語(yǔ)

隨著5G技術(shù)的逐步成熟，5G智慧港口必將迎來(lái)建設(shè)高峰期。5G智慧港口建設(shè)不能僅是將5G信號(hào)引入港口，而應(yīng)滿足不同場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求。同時(shí)，只有兼顧陸域和海域基站建設(shè)，才能最終實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的全域無(wú)縫銜接。5G技術(shù)的不斷完善將進(jìn)一步推動(dòng)港口進(jìn)行自動(dòng)化、智能化升級(jí)，真正打造更綠色、更環(huán)保、更高效的“智慧港口”。