朱 崢 傅 恒

1.中通服咨詢設計研究院有限公司；2.江蘇基久網絡科技有限公司雨花分公司

0 引言

綜合管廊通過納入給水、雨水、污水、天然氣、熱力、電力、通信等市政管線，實現(xiàn)了高效集約化管理。伴隨著城市的現(xiàn)代化，綜合管廊作為保障城市運行的重要基礎設施和“生命線”，在城市建設中扮演著愈發(fā)重要的角色。

運用物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據、人工智能等技術手段構建的“智慧管廊”可實現(xiàn)綜合管廊全生命周期的數(shù)字化、信息化、智能化管理，統(tǒng)籌綜合管廊的規(guī)劃建設、管理維護、應急防災等全過程，提升了整體管理效能。智慧管廊建設需要在管廊內部署視頻監(jiān)控、設備監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、結構監(jiān)測、人員定位等前端傳感器，目前多采取有線接入方式（光纜、電纜等），需要在管廊內部預留大量的線芯用于后期擴容，業(yè)務部署不便、擴展性差，極大地制約了智慧管廊建設。

本文將從智慧管廊業(yè)務特點出發(fā)，討論基于5G+Wi-Fi 6融合架構實現(xiàn)多業(yè)務綜合接入的可行性。通過構建統(tǒng)一的接入網絡架構和標準化設備接口實現(xiàn)業(yè)務的快速接入，在保障系統(tǒng)經濟性和安全性的同時滿足未來業(yè)務延伸和拓展的需要。

1 智慧管廊業(yè)務特點

（1）多業(yè)務融合

智慧管廊需統(tǒng)籌智能監(jiān)控、管網運行、設備維修、應急作業(yè)、運維調度、隱患管理等諸多業(yè)務流程，不同業(yè)務對網絡的移動性、安全性、時延性、可靠性要求有較大差異。業(yè)務接入時應結合業(yè)務特點進行QoS 保障，典型業(yè)務QoS 需求如表1 所示。

表1 典型業(yè)務及QoS 需求

（2）數(shù)據標準化

智慧管廊涵蓋各種復雜的業(yè)務流程，需要將大量的、多種類的前端傳感器采集數(shù)據歸集整理，打通數(shù)據間隔閡，保證數(shù)據的完整性及各業(yè)務之間的數(shù)據關聯(lián)性。應結合業(yè)務特點構建統(tǒng)一的接入網絡架構及標準化設備接口。

（3）擴展與開放

隨著技術發(fā)展，智慧管廊的業(yè)務規(guī)模和種類將不斷擴大，對整體系統(tǒng)的擴展性和開放性提出了更高的要求。業(yè)務接入方案的選擇應同時滿足現(xiàn)有業(yè)務靈活擴容、新業(yè)務快速添加以及業(yè)務架構延伸拓展三方面的要求。

2 業(yè)務接入方案比選

2.1 物理接入方案比選

物理接入方案分為有線接入和無線接入兩種。有線接入是指以專用線纜（光纖、同軸電纜等）為介質傳輸信息，無線接入目前主要通過PLMN 或WIFI 技術實現(xiàn)。

智慧管廊建設需要部署大量的前端傳感器，采用有線接入方案所需線纜芯數(shù)多，接入難度大，部署成本和部署周期均不具備優(yōu)勢。同時，智慧管廊對于業(yè)務擴展的靈活性要求高，采用無線信號覆蓋能夠增強系統(tǒng)的擴容能力，因此智慧管廊建設應首選無線接入方案。

2.2 無線接入方案比選

目前主流的無線接入方案主要有PLMN和WIFI接入兩種。由于智慧管廊前端傳感器接入量大，且不同業(yè)務對移動性、安全性、可靠性、時延需求存在較大差異，因此PLMN 接入應選擇5G網絡，WIFI接入應選擇基于IEEE 802.11ax的Wi-Fi 6。

表2 物理接入方案比選

表3 無線接入方案比選

PLMN 和WIFI 接入各有其優(yōu)缺點。5G 優(yōu)勢在于高可靠性、低時延且能兼顧民用通信和工業(yè)應用，但設備接入成本高，不利于規(guī)模性應用。Wi-Fi 6 優(yōu)勢在于其設備接入成本低，能滿足大數(shù)據速率業(yè)務的接入要求，但無法滿足超低時延業(yè)務的需要。為保證智慧管廊多業(yè)務融合以及擴展開放的要求，應將5G 和Wi-Fi 6 優(yōu)勢融合，通過異構混合組網的方式實現(xiàn)多業(yè)務綜合接入。

2.3 5G 建設模式分析

綜合管廊覆蓋場景為全封閉場景，5G 室外信號無法覆蓋管廊，因此無線接入網（NG-RAN）建設不考慮現(xiàn)有網絡資源利舊。綜合管廊5G 覆蓋包含有源和無源兩種模式，有源模式是在管廊內部署微基站，無源模式是在管廊內敷設泄漏電纜，且均采用4 流傳輸。無論以何種模式建設都要保證4G/5G 網絡共建共存。

（1）有源模式建設

5G 有源模式采用BBU+pBridge+pRRU 方式建設，pRRU為4 通道，單通道按照250mW 滿功率發(fā)送。pBridge 與pRRU間采用光電復合纜連接，最大連接距離300m。

下行鏈路預算如表4 所示。

由表4可知，pRRU 在3.5GHz頻率下點位間距為34.84m；單pBridge 可下掛8 個pRRU，覆蓋距離為279.50m。4G 與5G pRRU 按照1:1 部署，采用10Gbps 網線串聯(lián)。

表4 5G 有源模式建設鏈路預算

（2）無源模式建設

5G 無源模式采用POI+1-1/4 泄漏電纜，由于綜合管廊本身用途為鋪放管道和線纜，因此漏纜在管廊內敷設不存在問題，建設時預留橋架即可。

表5 5G 無源模式建設鏈路預算

由表5 可知，RRU 在3.5GHz 頻率下點位間距最大可到829m。4G 與5G RRU 按照1:1 部署，采用POI 合路。

（3）5G 建設模式分析

由表6 可知，從減少初期建設成本及后期運維難度的角度出發(fā)，5G 應采用無源模式建設。同時，無源模式還可更有效實現(xiàn)多運營商、多系統(tǒng)共建。

表6 5G 建設模式比選

3 5G+Wi-Fi 6 融合架構設計

3.1 整體架構設計

綜上所述，智慧管廊的前端設備接入建議采用5G+Wi-Fi 6 融合架構設計，其中5G 采用POI+1-1/4 泄漏電纜方式部署。

（1）遠程視頻監(jiān)控、3D 可視化運維等數(shù)據速率要求高，移動性要求低的業(yè)務場景，通過Wi-Fi 6 鏈路接入。

（2）管網輸配控制、機械維修臂、檢修機器人等數(shù)據速率、時延性、可用性要求高的業(yè)務場景，通過5G 鏈路接入。

（3）設備監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、結構監(jiān)測等低速率、大連接但對時延不敏感的業(yè)務場景，通過Wi-Fi 6 鏈路接入。

無論前端通過何種鏈路接入，最終均需要通過5G 網絡進行回傳。

3.2 組網方案

為了保證業(yè)務的安全性、可靠性，應針對智慧管廊建設獨立的MEC 系統(tǒng)，將專用UPF/MEC 下沉部署，保證用戶面數(shù)據在內部流動。

4 結束語

采用5G POI+1-1/4 泄漏電纜與Wi-Fi 6 CPE 協(xié)同部署方案能夠結合不同的應用場景提供更有針對性的無線接入方式，同時兼顧業(yè)務需求與經濟效益。相較于傳統(tǒng)的有線接入方式，該方案在部署靈活性以及業(yè)務擴展性方面均有了較大提升。未來還將結合NB-IoT 和eMTC 增強、工業(yè)物聯(lián)網和URLLC 增強等新技術對方案進行完善，持續(xù)優(yōu)化，進一步推動智慧管廊建設。