基于5G技术在海上通信网络的探究

齐文婷

中海油信息科技有限公司天津分公司 天津 300000

引言

随着海上信息化建设的不断开发建设普及与增强，各种生产核心业务、应急指挥通信业务、日常办公业务、互联网访问、5G通信业务也在不断丰富与完善，各类新型业务和应用也在不断接入现有网络，例如物联网应用、移动终端接入等，数据传输量日趋增长。

5G是重大的颠覆性技术变革，是经济社会转型升级的重要推动力。随着移动通信网络开始从传统管理模式向现代化、数字化、智能化跨越。无线专网尚为一片空白，需要新一代无线通信技术解决需求。高速、稳定的海上通信网络的建设为无人平台、生产运营指挥中心和智能油田提供了实现基础和根本保障。新一代基础通信网络设施将成为高质量计划的重要基础支撑。

信息化管理要求的不断提升、网络保障、网络信息安全等标准也随之提高。海上平台网络是一套积少成多、承载着多种类型业务的混合网络。有规划性的前瞻布设及多业务混合传输进行重点业务保障、异常隔离、新业务接入调整无序等多问题。5G多网并行，逻辑独立的需求日渐成为海上网络乃至海上信息化建设的当务之急。

1 5G产业概述介绍

5G不仅仅是一门技术，而且是一个产业，推动其他各个产业发展的一项基础产业。5G最根本的变革在于通信服务对象发生变化：自5G时代开始，通信服务的主体将从人逐步迁移到物。伴随着4G、5G网络的建设与向海上延伸、互联网的接入，个人互联网带宽需求将出现爆发式的增长，将会对地区千兆骨干网络形成极大的网络压力[1]。5G网络划分后现阶段可采用增加管控设备对各网络进行管控与保障，也可根据各应用使用的地址制定相应的限制与保障策略。

2 5G网络架构规划

5G架构是驱动工业互联网蓬勃发展的关键技术之一，工业互联网也是加快5G商用规模部署的重要突破口之一，二者相辅相成。5G与工业互联网将形成新一代信息通信技术与先进工业深度融合的新兴业态与应用模式。整体拓扑采用标准两层结构进行部署，以海上核心接入交换机为核心，组成环网链路接入核心接入交换机，渤海北部现阶段保持不变，以作业区环网为骨干，通过专线接入核心接入交换机。其他平台就近接入骨干节点连入网络[2]。①实用性以专网为基础架构，挖掘海上平台业务需求，结合5G网络特性，充分考虑平台业务现状，着眼于解决平台生产生活中的痛点问题。②5G专网标准化建设遵守国家5G网络建设规范。③经济性充分考虑海上平台结构及5G专网覆盖要求，合理设计5G信号覆盖方案，降低系统建设成本和维护成本。④可扩展性系统总体架构合理、设计容量适度，并且要具有可扩展性，5G专网性能能够随着5G业务的增多进行扩容。

高度重视智能工业互联网建设、深化5G与能源化工的业务需求的高匹配度，使其可以应用于开采、生产控制。5G结合融合通信、边缘物联、协同控制、三维可视化、智能传感设备、智能终端等技术。应用可逐步实现油气生产的少人化、无人化改造，大幅降低人工成本，简化网络架构和网络部署方式，实现更灵活的业务组网。以数据高速承载、业务深度保障、便捷柔性接入、高度安全和智慧管理等为特征的新一代基础通信网络设施。

3 5G网络无线环境承载

5G网络无线环境承载的各个应用设备的数据流，从无线网传送至边缘计算核心网，由组件完成边缘计算功能，完成报文分发功能。将本地业务数据流传送给应用产品服务器进行处理，同时将本地业务控制流通过链路传送给承载网，送到陆地5G核心网完成处理[3]。

5G无线专网系统包括：无线网、MEC核心网、承载网、虚拟化服务器四部分。第一，无线网。由宏基站和室内分布系统组成，实现平台生产区、中控室及办公区的5G无线网络环境覆盖。第二，MEC核心网。包括MEC等组件。通过MEC、MEP组件实现边缘计算功能；通过UPF组件实现报文分发功能，将平台本地业务数据流传送至应用服务器处理，将业务控制流通过承载网传送至陆地5GC处理。第三，承载网。承担5G无线专网和陆地5GC之间的连接、传输、接口等功能。第四，虚拟化服务器。将服务器、防火墙、交换机部署在平台报房内，承载具有具备边缘计算能力的核心网设备组件。其中，核心网组件由软件构成，也代表了移动通信系统从4G向5G演进，设备由专用部件向虚拟化、云化转变趋势。将服务器、防火墙、交换机进行部署，承载具有具备边缘计算能力的核心网设备组件。其中核心网等组件由软件构成，也代表了移动通信系统从4G向5G演进，设备由专用部件向虚拟化、云化转变的趋势。

边缘计算核心网完成将在5G网络无线环境承载的各个应用设备的数据流，从无线网传送至边缘计算核心网，并完成边缘计算功能，完成报文分发功能。将平台本地业务数据流传送给应用产品服务器进行处理，同时将本地业务控制流通过微波链路传送给承载网，送到陆地5G核心网5GC完成处理。

4 链路基站对应

4.1 区域

由于区域骨干网络设备数量较少，且考虑到全网扁平化，故骨干区域只设置一个骨干区域，采用片区统一的区域ID。陆地核心、汇聚、接入。这时对于安全的防护就显得更加重要，在远程配置及自动更新时提供加密技术、进行安全保护，终端安装和配置杀毒软件进行防护、网络地址进行加密。这样不但具有杀毒的功能还具有隐私保护的作用，同时还兼顾了过程定位、备份信息等其他的应用。

4.2 智能巡检

由5G智能巡检终端、服务器、管理平台组成。巡检人员持智能终端，按预先设定好巡检路线，使用终端扫描设备上预先植入的巡检内容和设备信息标签，进入巡检内容填写界面，通过手动输入、拍照、视频等方式完成巡检数据采集、巡检内容上传、设备隐患上报、维修过程上报等工作。提高巡检人员工作效率，实现巡检数字化。

4.3 定位需求

在海上平台根据不同定位需求，差异化部署融合定位信标，佩戴定位胸牌获取定位信息，并发送至基站，再将数据通过5G基站传输至后台服务器，监管人员可通过人员管理平台掌握各人员实时位置以保证安全监管，同时可对人员历史活动轨迹进行追溯，实现平台人员高精度安全管控，达到精益生产、合理调度、提升管理效率的目的。

5 专网系统

将服务器、防火墙、交换机部署相应位置，承载具有具备边缘计算能力的核心网设备等组件。其中，核心网组件由软件构成，也代表了移动通信系统从4G向5G演进，设备由专用部件向虚拟化、云化转变的趋势。边缘计算核心网完成将在5G网络无线环境承载的各个应用设备的数据流，从无线网传送至边缘计算核心网，由组件完成边缘计算功能，组件完成报文分发功能。将平台本地业务数据流传送给应用产品服务器进行处理，同时将本地业务控制流通过链路传送给承载网，送到陆地5G核心网5GC完成处理。

通过网络切片技术将5G无线专网承载业务分成生产安全类、办公类两种业务。业务相互隔离，保护网络安全、提升网络使用效率。无线网进行人为切片，不同的网络使用不同的资源进行切片，已达到网络安全隔离的目的。不同业务指定向不同的新建承载网设备。以小颗粒切片实现网络切片，核心网到陆地核心网之间的控制数据而非业务数据，不涉及需要网络隔离和切片的业务数据，天然地完成了网络隔离功能。平台业务数据可通过S-NSSAI+DNN的方式选择到本地，实现业务数据不出平台，满足低时延和大带宽网络需求。

6 设备规划接入

设备由于其所需处理数据较大，并增加相应接口以满足端口需要。如考虑未来发展及各网络间的隔离及防范单一网络故障导致的设备故障影响全网运行，采用新一代交换机。

接入即生产网、办公网、专网、移动互联网使用数字集群接口，各大网段下的交换则在相应物理接口下建立子接口，并划分至相应数字集群中。这样增加了业务需求、节省了成本。如果有条件使用接入点，引入多个链路点。

7 区域网络功能

实现功能有实时定位：电子地图上实时显示所有被定位人员位置，管理人员可轻松掌握所有人员动态数量和实时分布情况，定位模式图如图1。

图1 定位模式图

历史轨迹：系统能够记录每个被定位人员在不同时间的历史活动轨迹。

电子围栏：可以将某些特定区域设为电子围栏，并为电子围栏添加有效时段，定位对象一旦触发设定规则，系统将发出报警信息。

紧急求救[4]：一旦发生紧急情况，佩戴者可以长按定位终端上的SOS按钮，管理员会立即收到报警消息及遇险者当前位置，并可以通过视频联动，第一时间获取现场实况，及时进行支援，保证了人员的安全。

当平台发生紧急情况时，管理人员可通过现场人员配备的单兵系统掌握现场情况并进行快速指导、实时调度。现场人员佩戴头戴式高清摄像机将应急现场第一视角画面通过5G专网传输至管理平台，管理平台将接收到视频信息推送至调度侧显示设备，可实现语音双向互动，实时调度。

8 结束语

5G通信融合各类现代化数据、体系、技术模式等，创造更多财富，生产成本低、高集成化、强适用性的产品，同时服务于网络信息化进程。通过现代新技术融合引入及投资，强化基础运营网络数据能力。结合现代物联网数字思维，以合作共营的模式建立从终端至网络延伸至综合应用服务数据网，进行信息集成建设，融合现代创新。

基于5G智能移动终端运行，开发与作业许可审批流程相匹配APP，实现对作业许可在线式移动管理。施工人员将作业许可扫描上传至平台后，监管人员通过移动终端可实现许可证在线审批，根据不同作业等级，可自定义审批流程。同时可查询不同作业区域正在进行的作业票数量及信息，以避免交叉作业产生安全隐患。该功能可实现无纸化操作，提高审批效率，同时将许可审批与施工过程现场监管融合到一起，全面提升现场作业的安全管控水平。

国家战略、运营商竞争态势、产业链上下游设备商推动、行业数字化转型需求等方面因素叠加，推动中国5G产业快速发展，但5G专网建设成熟度和海上平台特殊场景下的应用效果还有待于进一步测试。在建设海上平台5G无线专网、测试5G在海上平台的性能、探究5G在油田应用的可行性、摸索5G在油田的组网模式，为5G智慧油田建设提供技术支撑。