智慧机场5G融合专网部署方案.pdf

CHINAUNICOM5G5G创新中心交通物流中心创新中心交通物流中心 杨飞虎杨飞虎20202020年年3 3月月智慧机场5G融合专网部署方案目录智慧机场背景概述机场现有通信专网承载5G融合专网部署方案Outline展望5G智慧机场的主要特征是利用5G技术赋能物联网、云计算、人工智能、大数据等技术，将民航机场的业务需求与5G网络技术深度融合。机场需要通过更智慧的方式来提高机场智慧化水平，以克服安全压力，运行压力，服务压力。交通强国建设纲要：交通强国、民航强国。关于促进机场新技术应用的指导意见（2019.11）：民航局容错兜底、民航发展基金资金兜底。四型机场建设行动纲要：加快推进新一代移动通信系统建设及多网融合，提供广覆盖、低时延、高可靠、大带宽的网络通信服务。交通强国建设纲要。建设交通强国，民航强国，是以习近平同志为核心的党中央作出的重大战略决策。要运用新一轮科技革命和产业变革的最新成果，最终实现对行业安全、服务、运营、保障等需求做出数字化处理、智能化响应和智慧化支撑。智慧机场政策趋势智慧机场行业5G转型趋势 智慧机场3.0时代5G大带宽数据传输：视频监控摄像头采集图像画面（4K乃至8K）通过5G上行链路向服务器传输高清图像，实现机坪万物互联及AI感知。边缘云平台能力：构建5G边缘云平台，实现图像和事件本地化快速识别和处理。云网一体化机场5G网络：云网一体混合云架构，架构设计更灵活，更高效，机场业务网络和公网物理隔绝，确保网络安全。落地滑行入位开舱门登机关舱门推出滑出起飞地勤可视化通信无动力设备定位业务流程全感知 大带宽视频车辆调度调度指挥协同决策辅助决策智能机位分配出发刷脸值机AI全流程安检智能航显精准服务人脸识别登机出行计划到达下客、出关、行李提取、换乘、酒店常旅客服务飞行区航站区公共区5G赋能运营效率5G赋能旅客服务智能围界机场智慧转型1.0阶段机场智慧转型2.0阶段机场智慧转型3.0阶段第一阶段特征：机场业务信息化第三阶段特征：云物大智+5G智慧机场转型第二阶段特征：机场数字化转型机场和航空公司需求服务业务系统即时通信/应急通信数字工单航显系统值机安检系统旅客AR导航系统旅客娱乐服务系统商家新零售系统AR音视频通信系统服务机器人控制系统业务场景人相关通信航站楼机坪跑道区域内容形式业务应用接入承载公专网自动车辆定位移动视频监控固定视频监控车辆自动驾驶车辆AR导航系统生产环境机器人控制系统设备相关通信文字/图片/短视频文字/图片/短视频视频/人脸识别作业车辆调度集群业务TETRA/LTE专网TETRA/LTE5G/固网航显专网专网视频/人脸识别值机5G/固网专网AR/精准定位AR导航服务5G公网直播/VR/AR/高清视频候机/VIP体验区5G公网移动支付/定位/高清视频 货物识别/人脸支付5G公网AR/高清视频助残/安防5G专网直播/高清视频儿童托管/寻人5G专网精准定位地勤车辆调度/轨迹管理TETRA/LTE专网图片/高清视频/调度车载视频监控巡检5G专网机坪生产作业安全巡检图片/高清视频/调度5G/固网专网控制指令/精准定位货运车调度5G专网AR/高清视频/精准定位机坪车辆智能调度规划5G专网5G专网高清视频/图片/指挥调度信息机场跑道清场机器人机场和航空公司需求服务机场现有无线通信网络主要围绕对航空器和旅客的保障两大核心任务，通过不同网络分别为机场提供覆盖航班流、旅客流、行李流和应急救援的全流程调度和管理业务，但是网络制式多，无法统一管理，效率低的问题导致整个流程的数字化难以实现目录智慧机场背景概述机场现有通信专网承载5G融合专网部署方案Outline展望机场现有通信专网承载1 机场地面信息化服务在多个方面都有严格要求，是由各部门间相辅相成、环环相扣完成的，其间的通信联系必须稳定顺畅，地面调度指挥通信保障这些部门的有效沟通，起着不可或缺的作用，目前国内机场主要有3个通信网络：模拟集群通信 800MHz频段集群通信系统指配的频率为806821MHz(移动台发、基站收)和851866MHz(移动台收、基站发)两段，每段带宽为15MHz，信道间隔为25kHz，共600对频点，收发频率间隔为45MHz 1994年底，北京、广州、沈阳机场采用MOTOROLA公司的SmartNetII型系统组网，上海虹桥、浦东机场采用SmartZone型系统组网。随后的几年中，成都、西安、郑州、福州、昆明、哈尔滨、大连、重庆、桂林、深圳、乌鲁木齐等二十余个大中型机场陆续建成SmartNetII系统 目前，福州、重庆等个别大中型机场的SmartNetII系统运行20余年仍在发挥作用。2009年乌鲁木齐机场内也重新出现一套MPT1327信令12信道的模拟集群系统窄带数字集群通信 2019年11月份，工业和信息化部印发了关于调整800MHz频段专网通信频率使用规划的通知，在保留原有TETRA技术体制基础上，明确PDT技术体制可用于800MHz频段，GoTa和GT800这两种分别由中兴通讯和华为开发的专网集群技术，不再规划使用800M频段。工信部这一举措不仅仅是简单的行业管理行为，背后还意味着我国专网通信市场导向的转变，未来PDT技术的市场占有率将大幅度提高。国内目前有沈阳、西安、昆明、哈尔滨、重庆、郑州、三亚等二十余个大中型机场均陆续采用EADS或MOTO的TETRA 800MHz系统组网系统实现模转数，是国内大中型机场地面调度指挥主要的通信手段，武汉机场正在进行EADS数字集群系统的建设，福州机场正着手实施模转数招标工作 除了TETRA系统，其它体制的数字集群在民航也有应用，例如新疆近二十几个航站采用的是建伍NEXEDGE 400MHz频分复用数字集群系统，各航站基本配置四载频，带宽为6.5kHz。长沙黄花机场采用海能达PDT 400MHz数字集群系统组网。机场现有通信专网承载2宽带数字集群通信 随着民航运输的发展，驻场各单位已对专网大数据的传送提出需求，如高精度车辆与人员定位、飞行情报数据传递、货运数据扫描入库、工单系统、无线视频监控等等，机场地面调度指挥宽窄带融合的话题热度逐渐升温。已在机场应用和测试的宽带数字通信有以下三种：1）AeroMACS（机场航空地面移动通信系统）是基于面向无线网络的IEEE80216标准的无线宽带通信技术。AeroMACS的发展优势在于使用5G频段，60M带宽专供民航使用，彻底消除了1.8G过窄带宽的窘境2）该系统在某大型机场完成了两年的运行测试，计划2017年推广到十余个大中型机场，目前网络载体仅限于空管局飞服中心的飞行情报数据包，宽带集群的其它应用还有待进一步开发1.8GHz TD-LTE专网：1）工信部指配给交通、电力等行业的宽带集群专网频段为1785-1805MHz，共20M带宽。1.8GHzTD-LTE专网技术上与4G公网相对应，20M带宽的数据传输理论值可达上行50Mbps，下行100Mbps的高速率，在民航机场的一些典型应用。2）目前，上海、郑州、南宁、三亚、呼和浩特几个机场已率先采用鼎桥、虹信的1.8GTD-LTE系统建成宽带数字集群专网。成都机场正在进行宽带数字集群系统应用测试基于公网的宽带集群虚拟专网：1）民航某空管局与普天公司（Potevio)合作，开发出了基于中国移动公司4G公网的宽带集群虚拟专网，即采用集群交换机（服务器）接入移动公司4G公网交换机，使用频率为1.88-1.9GHz、2.32-2.37GHz、2.575-2.635GHz的公网基站。2）此方式无需专门申请频率，一机呼遍全市。每部用户终端需向移动公司缴纳一定数额的服务费或流量费。目前长沙黄花机场采用该方式与移动合作联合运营。AeroMACS：机场现有通信专网承载3机场专网在成本、维护及灵活性面临的挑战 国内主要机场目前已建有无线WIFI、窄带专网和宽带LTE专网，为机场的各个运营业务系统提供网络保障。随着机场业务发展，现有的传统专网已无法满足智慧机场需求，在成本、维护及灵活性方面面临着严重挑战机场传统专网 采用专网专有设备建设，网络全定制化，周期长，成本高 随着机场业务高速增长，为满足机场各驻场单位大量智能终端使用需求，紧急状态下的大容量、高带宽的通信需求，迫切需要建设一个覆盖机场航站楼工作区域、停机坪近机位、远机位、跑道、滑行道，和其他需要覆盖区域的宽带无线信号覆盖WIFI网络窄带专网LTE专网网络建设问题网络维护问题网络技术问题网络能力问题 目前窄带数字专网和WIFI专网采用全定制，不是3GPP标准化协议，升级改造难度大 机场缺少大型无线网络运维经验，运维能力不专业，无法发挥网络的最大能力 使用专网频谱建设，严重制约机场的无线网络部署，面对大容量业务需求，频率资源有限无通过扩容解决 技术更新换代慢，无法跟随新技术的发展 机场专网方案封闭增加本地边缘计算服务困难 工业级WIFI受限于技术原理、稳定性、安全性无法满足行业需求 目前窄带、宽带专网和WIFI都无法满足大带宽、低时延的业务需求5G相比传统专网在机场应用中的优势传统专网无法满足机场网络的综合要求容量&覆盖i5G网络传统专网具体优势 大容量 广覆盖 窄带专网频率资源少，容量受限 传统专网无法满足大带宽业务 5G频谱效率高、高容量 5G具备SUL功能，室外连续覆盖有保障经济效能和技术演进 标准化 可演进 全球范围的标准演进，运营、网络、芯片、服务化标准 5G的技术演进，提供5G网络能力。如超高可靠性、超低时延 模拟对只能完成语音调度，无法提供数据业务 只有窄带专网仅能提供窄带数据业务可靠性和低时延 高性能 高质量 传统专网授权频率资源少，可扩展性和兼容性差 5G支持切片功能，基于流的QOS保障和优先级机制 提供工业可用级别的可靠性、客户业务质量保证、低时延灵活部署安全性无缝移动性 易部署 传统专网频谱利用率低，抗干扰性能差 时延较大在百毫米级水平 5G频谱资源丰富，可灵活部署在多种频谱资源上 可信任 安全保密性差 5G可提供电信级别的安全性 可移动 WIFI可移动性和网络交互性能较差 5G基于3GPP标准规范，天然的无缝移动通信机制30 2017Nokia1.集群通信：基于通信网络的集群呼叫，不吞字，不丢字；具有QOS优先级保障2.宽带数据：支持海量数据包传输，满足机场APP应用；3.精准定位：支持亚米级人车定位，支持人性化的操作；4.融合网络：与现有的网络互联互通，保证网络平滑过渡升级并保护原有投资；5.使用便携：一部终端，多种功能，操作方便保证一线工作人员的高效;6.安全可靠：专网专用，多种安全手段，设备可靠，容灾设计。集群通信、宽带数据、精准定位、融合网络、使用便携、安全可靠、实现智能信息化运营网络的机场期望目录智慧机场背景概述机场现有通信专网承载5G融合专网部署方案Outline展望智慧机场5G融合专网整体解决方案客户价值1.一张5G网络、一部安装APP智能终端（5G频段），实现数字化、智能化的综合调度，与现有专网语音、数据富媒体实现互联互通；2.一线工作人员的数字化、可视化、自动化和智能化工作流程得以实现；3.高清视频监控实时回传指挥中心，实现端侧、云侧AI分析，保障机场运行安全；4.结合A-CDM系统实现机场工作人员和特种车辆等资源的智能调度；大幅度提高机场运行效率，有效降低管理成本；机场车辆地勤人员视频监控调度指挥中心 智慧机场5G融合专网架构，是对机场传统宽窄专网和5G专网进行融合组网设计的解决方案，实现“宽窄一体、平滑演进”，基于5G专网实现语音、GIS、视频，数据多业务融合智慧机场5G融合专网整体架构5G核心网调度服务器调度电话调度员网关Tetra/PDTPSTN调度终端调度中心5G专网LTE异系统间互联互通视频中心指挥中心视频接入5G5G5G航站楼、机坪、货站工作区、物流园区生产业务车载终端、安防、安检高清视频业务地勤应急事件业务智能手机(APP)智能手机(APP)AR眼镜5G基站5G基站终端侧网络层应用层 数字集群和基于公网对讲集群都能实现PTT功能，但在业务性能、组网模式方面有很大的差异。基于公网对讲集群主要分为两类，一类是如基于LTE网络的MCPTT，与运营商网络紧耦合的技术体制；另外一类是基于互联网思维的OTT技术 由3GPP主导的MCPTT基于LTE空口eMBMS协议实现PTT业务，需要基站、终端底层协议栈支持，并在网络侧新增多个网元设备，实现成本和难度较高。由OMA主导的POC基于SIP协议，在现网已部署IMS域基础上是目前可实施的选择方案。5G融合专网应用层-基于公网对讲集群方案当前网络承载类型当前痛点5G升级价值整体价值3/4G公网或Wifi不支持大带宽的个人娱乐和公务需求个人娱乐：云VR、高清视频、云游戏、个人办公：云PC，高清会议 网络性能好，电信级可靠性（99.99%）不需要专门人力资源去维护多张专有网络 可以紧跟5G技术发展，探索更多的智能业务，提升机场运行效率；4G专网带宽不足，上传速率仅有10Mbps，支持不了多路高清视频监控业务5G专网大带宽支持更多路高清视频，同时可支持AI监控等智能业务，5G定位方案3GPP标准即将冻结，未来可达到亚米级精度。TETRA/PDTTETRA/PDT只支持语音，不支持多媒体，需单独布网和维护，定位精度差5G公网集群系统和终端目前无方案，可尝试专网+第三方APP方案。在机场特殊场景中，采用三防智能终端定位数据传输监控任务分配&信息共享 融合专网系统可以开放姿态，通过第三方合作方式，支持和其他异系统进行互联互通，和其他应用进行业务协同作业5G融合专网应用层-互联互通总体系统级互联接口设备级互通接口系统内设备专网系统和其他已有的固定电话移动电话设备或其他对讲调度设备可以对接，如PSTN、PLMN(LTE/WCDMA/GSM)、TETRA、PDT等系统设备第三方合作设备支持第三方合作的设备二次开发对接，比如第三方摄像头、第三方视频服务器，需要用到一些标准协议接口如ONVIF、GB-28181等或双方各自的SDK接口专网系统和其他系统可以对接，将专网所能提供的所有业务以接入并二次开发模式，融入其他系统。通过标准的SIP信令接口实现语音业务和视频业务；可以支持AMR与G.711格式语音数据的转换，对外输入输出G.711与AMR格式语音数。通过专网提供的二次开发SDK接口实现短信彩信、定位GIS业务、语音、视频等所有业务。业务级第三方调度台互联接口支持第三方二次开发调度台，由第三方通过专网提供的二次开发SDK接口。将专网支持的调度操作、语音、视频、短信彩信、定位GIS业务，以行业自身特点呈现给客户。数据业务如短信、彩信、GIS（通过短信实现）、视频等也可以通过智能终端（APP）到调度系统的IP连接。专网网络具备通过网关实现与PSTN/PLMN公网互通，以及通过集群网关和其他集群系统的互联互通。组网时多媒体调度服务器和网关之间应该通过SIP会话消息进行信令处理，语音通过RTP数据报文格式进行传送。网关设备和异系统之间按照异系统原有的信令格式和语音报文格式进行处理。网关设备在其中实现互联和数据的转换。5G融合专网应用层-异系统网关设备互通 PSTN/PLMN网关支持全双工点呼业务，TETRA/PDT网关支持集群业务。通过异系统PSTN/PLMN网关呼入的呼叫，在手持终端上显示的来电号码为网关注册号，不支持号码透传显示真实主叫号码5G融合专网网络层-运营商帮助机场客户建立MECPublicCloudBBUBBUUPF privateSMFAMFNRFNSSFUDMPCFMECF2F1AAUAAU注：蓝框指示企业设备 由运营商帮助机场在园区内部署全套 5G 网络（gNB，UPF，5GC CP，UDM，MEC），机场使用中国联通授权的5G 频率。公网终端专网终端优势：1）无需投资任何建设成本，只需每年以租用运营商网络服务方式运行。2）专网和公网物理隔离，提供完整的数据安全性，机场内部数据不外泄。3）专用网络设备的订阅信息和操作信息，仅在机场内部存储和管理，使用和管理自有控制。4）即使运营商设备出现故障，5G专网也可正常工作。劣势：1）运营团队没有构建和运营5G网络的专业知识，需要企业额外投入专网建设运营的行业技能和人员配置。控制面信令用户面信令公网5GC机场业务应用服务5G CPE5G融合专网网络层-机场客户自建MECPublicCloudBBUBBUUPF privateSMFAMFNRFNSSFUDMPCFMECF2F1AAUAAU注：蓝框指示企业设备 机场在园区内自行部署全套 5G 网络（gNB，UPF，5GC CP，UDM，MEC），机场使用中国联通授权的5G 频率。公网终端专网终端优势：1）专网和公网物理隔离，提供完整的数据安全性，机场内部数据不外泄。2）专用网络设备的订阅信息和操作信息，仅在机场内部存储和管理，使用和管理自有控制。3）即使运营商设备出现故障，5G专网也可正常工作。劣势：1）投资最大，承担投资风险。2）运营团队没有构建和运营5G网络的专业知识，需要企业额外投入专网建设运营的行业技能和人员配置。控制面信令用户面信令公网5GC机场业务应用服务5G CPE5G融合专网网络层-无线网共享，核心网独立BBUUPF privateSMFAMFNRFNSSFUDMPCFMECF1F1AAU 机场在园区内部只新建部署5G核心网设备（UPF，5GC CP，UDM，MEC），专网和公网在无线网侧共享5G基站。公网终端：PLMN1专网终端：PLMN2优势：1）核心网侧专网和公网物理隔离，仍保证专有网络数据流量的安全性。2）建设独立的业务网络，业务数据、安全等有保障，便于运营。3）可节省无线网的投资劣势：1）投资仍较大，承担一定的投资风险。2）运营团队没有构建和运营5G网络的专业知识，需要企业额外投入专网建设运营的行业技能和人员配置。注：蓝框指示企业设备控制面信令用户面信令MECPublicCloud公网5GC5G CPE机场业务应用服务5G融合专网网络层-核心网用户面独立，无线网及核心网控制面共享MECPublicCloudBBUF2F1AAU 机场在园区内部只部署核心网用户面设备，专网和公网共享无线网基站以及核心网侧的5GC CP控制面设备。公网终端优势：1）核心网侧用户面专网和公网物理隔离，仍可保证专有网络数据流量的安全性。劣势：1）核心网侧控制面共享，在使用和管理自有控制方面不如独立专网。2）有一定投资建设成本。UPF mainMEC注：蓝框指示企业设备控制面信令用户面信令公网5GC机场业务应用服务专网终端5G CPE5G融合专网网络层-无线网、核心网完全共享（端到端网络切片）企业在园区内部无需任何部署5G无线网设备，专网和公网共享无线网5G基站、核心网全套设备。优势：1）无需投资任何建设成本，只需向运营商订购网络切片服务实现专网能力。劣势：1）UPF及5GC部署在运营商侧，机场运营和订阅信息存储在移动运营商的网络上，数据会出园区。2）与公网混用，在网络安全和容量方面不如独立专网。UPF mainSMFAMFNRFNSSFUDMPCFMECPublicCloudBBUF1F1AAU公网终端：切片ID1专网终端：切片ID2注：蓝框指示企业设备控制面信令用户面信令5G CPE 对于公网终端，可通过安装APP软件，支持在5G（3/4G）公网内使用语音点呼、POC、视频、GIS、短彩信等业务，大大丰富低配终端的类型，给客户更多的终端选择。同时对于成本敏感的客户，大大减低了机场客户的投资成本5G融合专网终端侧-终端应用场景5G智能终端（APP）支持5G(GSM/UMTS/LTE）公网，终端通过公网或者Wi-Fi接入后，能支持组呼、点呼、视频、短彩信、GIS、上网等5G融合专网终端侧-终端设计需求 5G智能轻薄集群终端造型轻薄简洁,重量与专网终端接近，外观稳重大气,便携易用。双SIM卡设计，公专融合：专网支持400M/800M/1.4G/1.8G；公网支持：GSM900/1800/1900，UMTS Band1/2/8，LTE Band 1/2/3/4/5/7/8/20/26/28/38/39/40/41，5G Band n77/78/79采用大屏幕高亮触摸屏，前置800万、后置1000万以上像素高清摄像头基于安卓智能操作系统,支持符合公共安全行业特色的海量应用。支持GPS，北斗，GLONASS终端支持三防PTT按键、紧急呼叫按键采用物理实体按键设计，让宽带集群业务应用便捷简单。组呼建立时延小于300ms，话权抢占时延小于150ms。目录智慧机场背景概述机场现有通信专网承载5G融合专网部署方案Outline展望工厂/工业园区港口/机场/车站高可靠性 低延时4/5G连接，满足生产物联集群通信，视频会议服务生产调度带动物联网平台，固网专线，云服务等多项销售油田/煤矿/电力目标市场服务与销售机会创新建网模式探索灵活的建网模式和商业模型随着5G技术逐渐成熟，运营商能够为各行业的多种需求提供“一张大容量、可定制”的5G融合专网方案，发挥专网和公网各自优势，通过资源共享降低企业成本，最大限度保护客户专网的已有投资。展望