淺析利用5G網絡升級現有遙測遙控系統的可行性

綦麟

摘 要：根據《海事航海保障“十三五”發展規劃》，到2020年，我國將基本建成覆蓋全面、管理高效、服務優質、保障及時的綜合航海保障體系。近些年來航標遙測遙控系統已經在全國沿海各個航海保障中心得以推廣應用，并取得了優異的應用成果。目前北方海區廣泛應用的航標運行信息管理系統主要采用的是基于4G網絡的TD-LTE和FDD-LTE網絡模式，輔以短信、AIS、北斗通訊等，實現對導助航設備設施的遙測遙控。5G網絡的部署將在近些年實現，本文主要探討了利用5G網絡升級現有航標遙測遙控系統的優點和可能性。

關鍵詞：遙測遙控系統 5G網絡 物聯網

1.5G網絡介紹

（1）基本概念

第五代移動電話行動通信標準，通常縮寫為5G，也可以稱之為第五代移動通信技術。5G網絡是4G技術的延伸和發展，理論上5G網絡的下行速度為10Gb/s（相當于下載速度1.25GB/s）。鑒于物聯網產業當前正在高速發展，對網絡傳輸速度以及傳輸穩定性等有著更高的要求，這無疑成為推動5G網絡發展的強力因素。

（2）技術指標

衡量5G網絡標志性能力的主要技術指標為用戶體驗速率，其中的關鍵技術點包括超密集組網、大規模天線陣列、新型多址、新型網絡架構和全頻譜接入等。超密集組網是指通過增加部署基站的密度，來實現數倍以至百倍量級的容量提升，是實現容量增長的主要手段；而大規模天線陣列對滿足系統速率和容量需求起到重要的支撐作用；通過對發送信號的疊加傳輸，新型多址技術可以提升系統的接入能力，將有效支撐5G網絡千億設備連接需求；新型網絡架構基于NFV、SDN和云計算等技術可實現以用戶為中心的更智能、高效、靈活、和開放的網絡；全頻譜接入技術通過對各類頻譜資源的有效利用，可有效緩解為了追求性能而產生的對頻譜資源的巨大需求。

（3）發展狀況

2017年12月21日，國際電信標準組織在3GPP RAN第78次全體會議上，正式發布了5G NR首發版本，這是全球第一個可商用部署的5G標準。

5G 網絡必然向著網絡多元化、智能化、綜合化、寬帶化的方向發展。隨著以智能手機為代表的智能終端的普及，未來移動數據所產生的流量將呈現爆炸式增長，這種現象目前已經凸顯。5G網絡技術發展的主要目標是保障終端用戶始終處于聯網在線狀態。5G網絡預想支持的設備遠遠超過智能手機的范疇——它還要提供對各種智能設備的支持。5G網絡代表了下一代無線網絡，它不僅僅是4G網絡的升級版，用戶對它的要求遠高于對今天的無線網絡。

為搶占市場以及行業話語權，當前全球多個國家以及眾多大型公司已競相投入5G網絡技術開發，從而促進其商業化進程發展。

2.現有遙測遙控系統介紹

（1）研發背景

2005年，交通部海事局在總結多個航標遙測遙控系統建設經驗的基礎上，頒布了《海區航標遙測遙控系統技術規范》，明確了航標遙測遙控系統所應達到的基本技術要求，推動了全國航標技術的快速進步。其中煙臺航標處對原有航標燈器及附屬設備進行升級改進，配合新型航標智能燈器，開發航標運行信息管理系統，實現航標燈器的網絡化管理。

近些年來煙臺航標處自主研發成功的航標智能燈器與運行信息管理系統在北方海區多個航標管理單位得以推廣應用，并取得了良好的效果，系統運行穩定可靠，全面提高航標運行管理水平。

（2）航標運行信息管理系統的構架

整個系統包括兩大部分，即前端航標燈器和運行信息管理系統。前端航標燈器包括原有燈器設備的升級改進和研制新型燈器設備兩方面內容，重點研究高透光率的適用透鏡，穩定可靠的旋轉系統和大電流換泡技術，以及燈器的智能控制和數字通信技術，形成符合網絡化管理的智能化燈器；為滿足專業化和便捷化兩方面的要求，航標運行信息管理系統軟件由B/S和C/S雙構架管理平臺組成，其中B/S平臺不受地域限制，管理人員只需要輸入登錄密碼，即可動態刷新授權范圍內的航標設備、執行基本的GIS功能，包括放大縮小、拖動、漫游、測距、比例尺等，以及航標移動軌跡歷史回放、航標歷史位置點狀平面圖、查詢統計匯總等功能。整個系統的結構框架如圖1所示。

（3）航標運行信息監控系統的通信協議設計

現有航標遙測遙控系統采用的4G網絡模式具有網絡覆蓋寬廣、網絡質量穩定、漫游廣泛的特點與優勢，是目前商用的通用分組無線業務，將移動通信和數據網絡合二為一，通過升級原有3G網絡實體來實現。

3.可行性分析

綜上所述，5G網絡目前已經有初步的商用標準制訂，其實際應用也會在幾年內得以實現。工信部在此前發布的《信息通信行業發展規劃（2016-2020年）》中明確提出，2020年作為時間節點，將啟動5G商用服務。

應用5G網絡升級現有遙測遙控系統有多方面的優勢。首先是大幅度提高傳輸速率，目前試行5G網絡在28千兆赫（GHz）波段下傳輸速率已成功達到了1Gbps。而目前大規模商用4G- LTE服務可實現的傳輸速率為75Mbps。設計中5G網絡的傳輸速率將達到10Gbps，對比現有網絡傳輸速度可提升十幾倍乃至上百倍。不僅完全可以滿足現有數據傳輸需求，也可以實現CCTV無線視頻監控的數據傳輸，有利于加強對航標的保護和監控，為日益增多的碰撞航標事故提供解決途徑。更高的傳輸速度也為更多傳感器的安裝提供了帶寬保障，方便進行拓展應用，可以再航標上加裝潮汐、溫濕度、氣象、生物探測等多種傳感器，便于開展更多方面的監測監控工作。

5G網絡最大的改進之處是它對各種不同的設備均能夠靈活地支持，為更多智能設備提供通用接口。這也為下一步應用于航標遙測遙控提供了硬件基礎。同時5G網絡采用的自組織網絡技術將提供更加穩定可靠的數據通信。基于其強大的帶寬和通訊能力，5G網絡在實際上線應用之后，目前仍不成熟的物聯網、車聯網、無人機網絡等概念將更加容易實現。5G網絡還將進一步應用到醫療、工業、安全等領域， 催生新的行業管理變革以及創新生產方式。實現升級改造后的航標遙測遙控系統可以增加物聯網內容，不僅監控航標傳統的動態信息，也可實現航標設備從出廠到應用直到最后報廢的全套信息跟蹤，有效提高工作效率，加強物流管理。

同時應該看到實際應用5G網絡升級現有航標遙測遙控系統面臨部分挑戰。首先是雖然5G網絡跟現有《海區航標遙測遙控系統技術規范》不會有內容沖突，主要難度在于現有大量遙測遙控燈器的軟硬件升級改造，由于現有系統已經大范圍應用，5G的升級改造會產生一定的費用和工作量，必須部分推進，層層展開。其次是監管與牌照問題，在之前系統應用中由于電信供應商按要求實行實名制，造成部分燈器數據卡失效現象，在未來5G升級過程中必須考慮可能存在同樣問題，提前與網絡供應商協調處理，避免升級造成故障，影響航海保障工作質量。同時存在的是能源供應問題，如果大量增加監控傳感器，增加CCTV視頻監控設備等，勢必造成整個系統用電量的增加，需要配套升級航標，尤其是海上燈浮標的供電系統，確保系統的穩定性可靠性。

整體來講，應用即將到來的5G升級航標遙測遙控系統是技術進步的必然結果，也必會為航海保障工作提供更加有力的幫助。

參考文獻：

[1]中華人民共和國航標條例.

[2]航標運行信息監控系統常用燈器操作簡明手冊.

[3]海區航標遙測遙控系統技術規范.

[4]德國電信聯合華為在商用網絡中實現基于3GPP標準的5G部署.C114中國通信網.

[5]5G商業化進程提速.運營商推進網絡智能化轉型.人民網.

[6]5G移動無線通信技術.Afif Osseiran.人民郵電出版社.