5G+智慧港口研究及实践_卞东良.pdf
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1、132023.025G天地0 引言海上运输在促进国际贸易和地区发展中起着至关重要的作用,全球贸易中约 90%的贸易由海运业承载,作业效率至关重要。在“工业 4.0”“互联网+”大发展的时代背景下,海运也在进行数字化、全自动的转型升级。随着全球 5G 技术浪潮的到来,南通移动利用 5G 推动港口、船务公司信息化、自动化,打造“绿色、环保、高效”的智慧海运。5G 的快速发展给海运带来了发展机遇和挑战,港口、船务自动化采用的光纤与 Wi-Fi 等通讯方式存在建设和运维成本高、稳定性与可靠性差、行业劳动力成本攀升、劳动强度大等问题。本研究利用 5G 网络的低时延、大带宽两大特性,解决了其他无线网络在移
2、动场景下带宽、时延、可靠性不足的问题。1 业务(技术)方案1.1 组网架构用户面:5G 终端通过 5G CPE,经过空口无线传输接入5G AAU(有源天线处理单元),完成由业务信息到数字信号转换。数字信号由 BBU 处理后,送入本地传输网(SPN),路由至本地 UPF(用户面功能),最终转发到港口应用服务器,完成用户面数据流处理,确保除信令外的所有生产数据不出港。控制面:5G 终端通过 5G CPE,经过空口无线传输接入5G AAU,完成由业务信息到数字信号转换。数字信号由 BBU处理后,送入本地传输网(SPN),路由至移动大区5GC核心网,完成控制面数据流处理。用户接入、鉴权、用户开户等均由
3、移动大区 5GC 统一管理。组网架构如图 1 所示。1.2 主要内容1.2.1 实施内容智慧叉车:通过 5G、C-V2X、人工智能、协同驾驶等技术手段,对叉车实现智能化升级,实现叉车在厂区内驾驶安全和作业安全。智能地磅:智能化的方式实现从司磅、监磅、出单等业务流程的无人值守。VR 直播:使用 VR 全景相机及 VR 眼镜环视厂区,进行重点区域观察、监控和导览。港机远控:将集装箱装卸桥、RTG(轮胎式集装箱起重机)等大型集装箱作业机械的自控系统状态信号、定位信号、视频监控图像信号等信息实时传到后方中控室,由远端中控室的操作司机利用 5G 回传的高清视频流信息和设备状态信息对港机进行远程控制,发送
4、指令到港机PLC,驱动港机自动运行起升、小车、大车等机构,使其精准对位目标位置,实现远程开展装卸集装箱作业。1.2.2 建设内容5G 网络的低时延、大带宽两大特性,解决了其他无线网络在移动场景下带宽、时延、可靠性不足的问题。依托 5G 基础搭建高清视频采集网络,通过高清摄像头实时获取高清视频,利用5G网络大带宽特性将高清视频回传至平台分析处理,通过 VR 和 AR 进行现场还原完成辅助控制、实景展示;对于精准远控,MEC 下沉,通过边缘数据处理能力,有效提升远控的安全性、准确性。组网架构如图 2 所示。(1)5G 无线网(2021年江苏省通信学会“华苏杯”论文征集评优三等奖)5G+智慧港口研究
5、及实践卞东良 何均均中国移动通信集团江苏有限公司南通分公司摘要:从端到端、空口切片、边缘计算等方面对 5G 智慧港口进行分析,从 5G 无线网、传输网、核心网给出网络部署演进的思路与方案,指出 5G 智慧港口的创新点和先进性,结合 5G 虚拟园区网的专网方案、端到端应用组件,为解决好自动化设备的通讯问题提供全新方案,为“智慧港口”建设注入新动力。关键词:5G;智慧港口;边缘计算;切片能力142023.025G天地真正实现专网专用:移动 4.9GHz 垂直行业专用频段,与运营商民用网所使用的非专用频段(比如 2.6GHz、3.5GHz)相比有明显优势,真正实现专网专用。因地制宜制定规划方案:基于
6、 5G 业务需求进行精准链路测算,通过 5m 精度 3D 电子地图、建筑物高度、站高、速率需求、覆盖需求、道路宽度等数据,采用 Uma 仿真模型。上下行带宽灵活配置,提升系统扩展性:不同于运营商民用网2.6GHz和3.5GHz,4.9GHz频段可根据不同上行速率需求,灵活调整上下行带宽,单用户上行峰值速率可达 766Mbps,单小区上行峰值可达 1482Mbps。通过高于业界标准的备电时长全面提升网络可靠性:相比于运营商民用网备电 3 小时,单站后备电源全部按最低 7 小时备电时长配置。CRAN 架构实现资源共享,提升资源调度扩展性:采用新型无线接入网构架 CRAN,共享电源、空调等机房资源,
7、节能减排,绿色环保,实现资源能效最大化。光纤双联提升网络运行安全性:5G 基站采用 AAU 环回图 1 组网架构图 2 组网架构152023.025G天地机制,实现光纤双链接,提高 5G 网络的稳定性和可靠性。(2)5G 传输网利用 SPN 架构优势实现按需扩展:采用 SPN 分组切片组网技术,端到端产品基于 NP 架构,按需进行扩展,无需更换硬件软件即可升级。创新 Flex 切片技术保证时延稳定性:采用 Flex 分组切片,业务独占 Flex 接口,提供 SLA 可保障的独立专用通道,在网络重载拥塞情况下,保证稳定的时延,减少干扰。通过环形组网提高数据传输可靠性:传输接入通过部署两台独立的S
8、PN设备组成两个不同的接入环,形成冗余保护,保证 5G 传输稳定可靠。节省带宽,弹性扩展:SPN 网络保证 2B 业务分片在现网部署时最节省带宽资源。在不影响业务的情况下提供在线弹性扩展分片带宽能力。超低功耗,灵活配电:SPN 网络独创芯片负载动态调整技术,功耗低于业界30%以上;产品支持灵活配电,按需配置,实现供电资源最大化利用。自动化运维提升维护便利性:采用NCE智能ROAM算法,通过 NCE 网管实现 SPN 传输网络的主动运维,实现专线业务自动调优,实时保障业务性能。(3)5G 核心网以软件服务重构核心网,实现核心网软件化、灵活化、开放化和智能化:江苏移动 5G 2B 专网通过架构和功
9、能重构,实现软件定义的网络功能和网络连接,通过服务的注册、发现和调用构建 NF/服务间的基本通信框架,为 5G 核心网新功能提供即插即用式的新型引入方式。控制面和用户面分离,实现网络功能优化和灵活部署:核心网控制面统一调用中国移动大区核心网资源,采用 SA 独立组网,通过网元级和地域级双重容灾方式,提高业务稳定性。在港区、船务厂区内部署一套 UPF 设备,共用 5GC 核心网控制面,同时采用 MEC 设备,针对港口内的应用提供不同的切片服务,实现专网内 5G 基站的控制,同时保障除信令外的所有生产数据不出港,网络服务由码头独立使用。2B 与 2C 专网分开部署,灵活响应专网多样化需求:分别建设
10、了面向 5G SA 公众网(2C 网络)用户的 5GC 核心网和面向垂直行业网(2B 网络)客户的 5GC 核心网。分别建设:四融合 AUSF/UDM/UDR/HSS/HLR、二融合 PCF/UDR/PCRF/SPR、AMF、SMF/vPGW-C/BSF、UPF/pPGW-U、CHF;2C 网络和 2B 网络共用 NSSF、sNRF、bNRF。(4)MEC 边缘计算MEC 与地市 UPF 互为容灾,充分保障业务安全性、可靠性:入驻式 MEC 与地市核心机房的行业专网 MEC 实现地域级容灾,2 个节点的 DCGW 之间采用传输专线互联,实现异局址主备容灾。本地流量卸载保障数据安全性:入驻式 M
11、EC 将本地业务数据直接分流到内部服务器,减少业务传输时延(配合无线侧预调度能力可达到 10 毫秒内),保障数据安全性。通过开放平台提供高扩展性:MEC 平台上可以部署港口视频流分析、远程控制、自动驾驶等各类不同的第三方 APP,来应对港口不同的应用场景。(5)应用场景港机(如龙门吊、桥吊)远控借助高带宽、低时延的5G网络,将集装箱装卸桥、RTG 等大型集装箱作业机械的自控系统状态信号、定位信号、视频监控图像信号等信息实时传到后方图 3 港机远控162023.025G天地中控室,由远端中控室的操作司机利用 5G 回传的高清视频流信息和设备状态信息对港机进行远程控制,发送指令到港机PLC,驱动港
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