面向智慧港口的广电5G专网解决方案

罗新军，许步扬

（1.中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019；2.深圳市天威视讯股份有限公司，广东 深圳 518036）

0 引 言

第五代移动通信（5G）作为新一代宽带无线移动通信网，采用新无线技术、大规模天线技术、全频谱接入以及5G无线网全新架构等关键技术，提供至少10倍于4G的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力，开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代。中国广电作为国内四大5G运营商之一，其5G网络是我国重要的新一代信息基础建设重点，高速率、大带宽、低延时以及广链接的技术特点将助力智慧港口业务升级和应用创新。通过构建智慧港口5G专网，全面融合现有光纤、2G/4G等IP有线及无线网络，实现基于安全可靠、不同时延与传输速率的业务应用。现有的WiFi、有线宽带及2G、3G、4G、5G等网络，由于频段高和覆盖穿透能力差等特点，无法满足智慧港口不断升级的业务需求。而广电拥有丰富的5G无线网络资源，能够为客户提供基于广电5G专网的安全、高效、智能的无线接入服务，从而解决智慧港口业务面临的困难和挑战。

1 广电5G特点

中国广电拥有700 MHz黄金频段频谱资源，该频段信号具有传播损耗低、覆盖能力强、穿透能力强以及抗干扰能力强等特点，适合大范围连续网络覆盖，在传统移动业务领域和全新垂直行业服务领域均具有独特优势。其良好的传播特性可以更好地支持5G广域覆盖和海量的设备连接。在室外环境下，700 MHz频段的平均信号强度比2.6 GHz频段强20 dB左右，比1 800 MHz频段的平均信号强12 dB左右，比900 MHz频段的平均信号强2 dB左右，体现了很强的穿透能力和广覆盖能力。

基于700 MHz频段组网所需的基站数量少，组网成本低，建网速度快，后期全网基站运营成本低，运维工作量少。广电700 MHz频段采用FDD制式，进一步增强了覆盖范围，也带来了上行带宽保障。同时，广电拥有4.9 GHz频段和3.3 GHz室分频段，适于容量及室内深度覆盖，利于实现700 MHz+4.9 GHz+3.3 GHz的低频+中频及室内外协同组网，构建智慧港口5G精品网络。广电没有历史网络基础和包袱，其5G直接采用独立组网方式，支持低时延等5G关键特性，轻装上阵，易于打造5G+多接入边缘计算（Multi-access Edge Computing，MEC）专用网络。

2 智慧港口业务场景特点

随着经济和技术的发展，特别是5G通信技术的发展，智慧港口建设成为港口建设重点，包括港口的集运输一体化系统、智能监管、智能服务、自动装卸运输、无人化操作及管理等。港口作业场景多样，主要包括岸桥、堆场、闸口、港口道路、港口管理中心、自动导航小车（Automated Guided Vehicle，AGV）重载、自动港口集卡、集装箱以及传统人工物流卡车等，涉及业务包括船靠泊管理、货物管理、港机远控管理、车辆调度管理、港区运营管理。其中，货物管理包括无人集卡和智能理货等具体业务，要求基于大连接的物联网与穿透覆盖强的通信技术；港机远控和车辆调度业务涉及可靠性、安全性及实时性，对通信技术的低时延、高可靠提出高要求；港区运营管理则涉及全场景的高清视频监控业务，对通信技术的大带宽也提出了高要求。针对智慧港口业务场景特点，构建基于广电5G+MEC的专用网络，具有时延、安全、容量以及带宽保障，且投资少，见效快，对于开展智慧港口相关业务具有无可比拟的优势。

3 构建广电5G专网解决方案

广电5G无线专网采用独立组网方式，其网络架构简单、可靠，可广泛支持5G各种应用。网络架构主要包括5GC核心网控制面（Control Plane，CP）、用户面（User Plane Function，UPF）、MEC以及5G基站等。通过5G UPF下沉与MEC组成边缘云计算节点，实现数据的就近处理和存储，降低网络时延，确保网络数据安全，实现5G专网应用。

3.1 5G无线解决方案

根据智慧港口通信需要，广电5G规划建设室外主要以700 MHz宏基站为主，充分利用700 MHz覆盖距离远、穿透能力强以及建站少的优势特点，快速实现港区连续覆盖，提供支撑5G全业务网络。对于局部大容量区域，主要通过4.9 GHz站点以及室分等建设方式实现，在700 MHz覆盖的基础上，针对性地精准覆盖局部的弱区及盲区，减少干扰。站址方面，在满足站点站间距要求的情况下，充分利用港口物业资源，实现广电5G网络的快速部署。对于基站主设备、射频拉远单元（Remote Radio Unit，RRU）以及有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU）等设备的供电，可以采用交流200 V供电或新增直流-48 V供电。通过广电5G无线解决方案的部署，为智慧港口提供安全可靠的无线通信保障。

3.2 5G承载网解决方案

5G承载网解决方案根据业务需求可采用多种技术实现，如IPRAN、SPN或光纤直连等，其端口容量可根据业务增长和切片等需求进行无缝扩容。5G承载网建设坚持以效益导向的原则，充分利用广电资源，降低网络建设及运营成本。

广电5G承载网一般可采用核心、汇聚、接入3层网络结构，具有层次清晰、结构稳定以及节约资源等特点。其中核心层主要是实现骨干节点间的链路传输，同时用于5G移动承载网和无线核心网及其他网络的连接。汇聚层主要用于连接接入层和核心层。而接入层主要是末端传输设备，下挂无线5G基站设备和其他业务接入设备。

3.3 核心网解决方案

核心网设计采用在本地建设一整套核心网系统（包括控制面和用户面）或单独建设用户面方案。采用本地建设一整套核心网方案，一方面减少远距离接入带来的时延，提升用户体验，减少多节点超长链路带来的不可靠性；另一方面通过及时响应客户需求，快速灵活配置开通业务，推动5G业务的大规模应用。核心网网元主要包括AMF、UDM、AUSF、PCF、SMF、UPF、NEF、NRF与NSSF等，采用NFV架构进行部署，主要包含物理资源、虚拟化层、虚拟资源和NFVI管理系统。

3.4 MEC解决方案

MEC解决方案主要根据业务需求配置相应数量的服务器并下沉至用户端。按MEC最小系统配置，主要包括UPF下沉、计算服务器、存储服务器以及安全服务器等。MEC支持无线、固网等多种接入方式，可靠性可达到99.999%，且设计的MEC系统端口转发能力在满足当前业务需求的前提下，具备扩容能力。

4 系统端到端组网设计

基于广电5G的智慧港口专网，采用独立组网（Standalone，SA）方式，支持基于业务的端到端网络切片，可提供多种不同网络时延，以满足智慧港口的不同业务需求。系统端到端组网由无线接入网、承载网、核心网及MEC等组成，其中无线网方面根据覆盖及容量需求拟规划建设广电5G宏基站若干个，包括700 MHz宏站S111站型用于实现对港口区域的广覆盖，4.9 GHz宏站S111站型用于实现对港口区域的深度覆盖，宏微结合，构建“广度+深度”的立体分层无线网络。

根据业务需求特点，为快速开通网络，本期承载网采用光纤直连方式，核心网和MEC均采用基于ARM架构的服务器部署，通过NFV技术虚拟出5GC各逻辑网元，基于SBA服务化架构，实现控制面和用户面的功能。MEC具备出口转发能力，可通过北向接口上联至智慧港口综合管理平台。面向智慧港口的广电5G专网端到端系统组网架构如图1所示。

图1 5G网络端到端系统组网架构

5 结 论

5G通信技术的发展推动着智慧港口的发展。广电5G专网的轻量化、低成本以及灵活部署特别适于智慧港口业务场景特点应用。广电5G的700 MHz频段具有的覆盖范围广和穿透能力强等特点，利于快速且低成本地完成港口区域5G广覆盖，辅以广电5G 4.9 GHz频段微基站按需夯实广电5G容量建设，构建满足智慧港口高安全、低时延、大连接、大带宽以及高移动性的5G精品专用网络，助力打造智慧港口5G行业宽带集群生态圈。