淺析利用5G網(wǎng)絡(luò)升級(jí)現(xiàn)有遙測(cè)遙控系統(tǒng)的可行性

綦麟

摘 要：根據(jù)《海事航海保障“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，我國(guó)將基本建成覆蓋全面、管理高效、服務(wù)優(yōu)質(zhì)、保障及時(shí)的綜合航海保障體系。近些年來(lái)航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)已經(jīng)在全國(guó)沿海各個(gè)航海保障中心得以推廣應(yīng)用，并取得了優(yōu)異的應(yīng)用成果。目前北方海區(qū)廣泛應(yīng)用的航標(biāo)運(yùn)行信息管理系統(tǒng)主要采用的是基于4G網(wǎng)絡(luò)的TD-LTE和FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)模式，輔以短信、AIS、北斗通訊等，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)助航設(shè)備設(shè)施的遙測(cè)遙控。5G網(wǎng)絡(luò)的部署將在近些年實(shí)現(xiàn)，本文主要探討了利用5G網(wǎng)絡(luò)升級(jí)現(xiàn)有航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和可能性。

關(guān)鍵詞：遙測(cè)遙控系統(tǒng) 5G網(wǎng)絡(luò) 物聯(lián)網(wǎng)

1.5G網(wǎng)絡(luò)介紹

（1）基本概念

第五代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，通?？s寫(xiě)為5G，也可以稱之為第五代移動(dòng)通信技術(shù)。5G網(wǎng)絡(luò)是4G技術(shù)的延伸和發(fā)展，理論上5G網(wǎng)絡(luò)的下行速度為10Gb/s（相當(dāng)于下載速度1.25GB/s）。鑒于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)當(dāng)前正在高速發(fā)展，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度以及傳輸穩(wěn)定性等有著更高的要求，這無(wú)疑成為推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的強(qiáng)力因素。

（2）技術(shù)指標(biāo)

衡量5G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志性能力的主要技術(shù)指標(biāo)為用戶體驗(yàn)速率，其中的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)包括超密集組網(wǎng)、大規(guī)模天線陣列、新型多址、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和全頻譜接入等。超密集組網(wǎng)是指通過(guò)增加部署基站的密度，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)倍以至百倍量級(jí)的容量提升，是實(shí)現(xiàn)容量增長(zhǎng)的主要手段；而大規(guī)模天線陣列對(duì)滿足系統(tǒng)速率和容量需求起到重要的支撐作用；通過(guò)對(duì)發(fā)送信號(hào)的疊加傳輸，新型多址技術(shù)可以提升系統(tǒng)的接入能力，將有效支撐5G網(wǎng)絡(luò)千億設(shè)備連接需求；新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于NFV、SDN和云計(jì)算等技術(shù)可實(shí)現(xiàn)以用戶為中心的更智能、高效、靈活、和開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)；全頻譜接入技術(shù)通過(guò)對(duì)各類頻譜資源的有效利用，可有效緩解為了追求性能而產(chǎn)生的對(duì)頻譜資源的巨大需求。

（3）發(fā)展?fàn)顩r

2017年12月21日，國(guó)際電信標(biāo)準(zhǔn)組織在3GPP RAN第78次全體會(huì)議上，正式發(fā)布了5G NR首發(fā)版本，這是全球第一個(gè)可商用部署的5G標(biāo)準(zhǔn)。

5G 網(wǎng)絡(luò)必然向著網(wǎng)絡(luò)多元化、智能化、綜合化、寬帶化的方向發(fā)展。隨著以智能手機(jī)為代表的智能終端的普及，未來(lái)移動(dòng)數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的流量將呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，這種現(xiàn)象目前已經(jīng)凸顯。5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo)是保障終端用戶始終處于聯(lián)網(wǎng)在線狀態(tài)。5G網(wǎng)絡(luò)預(yù)想支持的設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)智能手機(jī)的范疇——它還要提供對(duì)各種智能設(shè)備的支持。5G網(wǎng)絡(luò)代表了下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，它不僅僅是4G網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)版，用戶對(duì)它的要求遠(yuǎn)高于對(duì)今天的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

為搶占市場(chǎng)以及行業(yè)話語(yǔ)權(quán)，當(dāng)前全球多個(gè)國(guó)家以及眾多大型公司已競(jìng)相投入5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)發(fā)，從而促進(jìn)其商業(yè)化進(jìn)程發(fā)展。

2.現(xiàn)有遙測(cè)遙控系統(tǒng)介紹

（1）研發(fā)背景

2005年，交通部海事局在總結(jié)多個(gè)航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，頒布了《海區(qū)航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，明確了航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)所應(yīng)達(dá)到的基本技術(shù)要求，推動(dòng)了全國(guó)航標(biāo)技術(shù)的快速進(jìn)步。其中煙臺(tái)航標(biāo)處對(duì)原有航標(biāo)燈器及附屬設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)，配合新型航標(biāo)智能燈器，開(kāi)發(fā)航標(biāo)運(yùn)行信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)航標(biāo)燈器的網(wǎng)絡(luò)化管理。

近些年來(lái)煙臺(tái)航標(biāo)處自主研發(fā)成功的航標(biāo)智能燈器與運(yùn)行信息管理系統(tǒng)在北方海區(qū)多個(gè)航標(biāo)管理單位得以推廣應(yīng)用，并取得了良好的效果，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，全面提高航標(biāo)運(yùn)行管理水平。

（2）航標(biāo)運(yùn)行信息管理系統(tǒng)的構(gòu)架

整個(gè)系統(tǒng)包括兩大部分，即前端航標(biāo)燈器和運(yùn)行信息管理系統(tǒng)。前端航標(biāo)燈器包括原有燈器設(shè)備的升級(jí)改進(jìn)和研制新型燈器設(shè)備兩方面內(nèi)容，重點(diǎn)研究高透光率的適用透鏡，穩(wěn)定可靠的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和大電流換泡技術(shù)，以及燈器的智能控制和數(shù)字通信技術(shù)，形成符合網(wǎng)絡(luò)化管理的智能化燈器；為滿足專業(yè)化和便捷化兩方面的要求，航標(biāo)運(yùn)行信息管理系統(tǒng)軟件由B/S和C/S雙構(gòu)架管理平臺(tái)組成，其中B/S平臺(tái)不受地域限制，管理人員只需要輸入登錄密碼，即可動(dòng)態(tài)刷新授權(quán)范圍內(nèi)的航標(biāo)設(shè)備、執(zhí)行基本的GIS功能，包括放大縮小、拖動(dòng)、漫游、測(cè)距、比例尺等，以及航標(biāo)移動(dòng)軌跡歷史回放、航標(biāo)歷史位置點(diǎn)狀平面圖、查詢統(tǒng)計(jì)匯總等功能。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

（3）航標(biāo)運(yùn)行信息監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議設(shè)計(jì)

現(xiàn)有航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)采用的4G網(wǎng)絡(luò)模式具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋寬廣、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量穩(wěn)定、漫游廣泛的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，是目前商用的通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)，將移動(dòng)通信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)合二為一，通過(guò)升級(jí)原有3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)體來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.可行性分析

綜上所述，5G網(wǎng)絡(luò)目前已經(jīng)有初步的商用標(biāo)準(zhǔn)制訂，其實(shí)際應(yīng)用也會(huì)在幾年內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)。工信部在此前發(fā)布的《信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》中明確提出，2020年作為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，將啟動(dòng)5G商用服務(wù)。

應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)升級(jí)現(xiàn)有遙測(cè)遙控系統(tǒng)有多方面的優(yōu)勢(shì)。首先是大幅度提高傳輸速率，目前試行5G網(wǎng)絡(luò)在28千兆赫（GHz）波段下傳輸速率已成功達(dá)到了1Gbps。而目前大規(guī)模商用4G- LTE服務(wù)可實(shí)現(xiàn)的傳輸速率為75Mbps。設(shè)計(jì)中5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率將達(dá)到10Gbps，對(duì)比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)傳輸速度可提升十幾倍乃至上百倍。不僅完全可以滿足現(xiàn)有數(shù)據(jù)傳輸需求，也可以實(shí)現(xiàn)CCTV無(wú)線視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳輸，有利于加強(qiáng)對(duì)航標(biāo)的保護(hù)和監(jiān)控，為日益增多的碰撞航標(biāo)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(jìn)行拓展應(yīng)用，可以再航標(biāo)上加裝潮汐、溫濕度、氣象、生物探測(cè)等多種傳感器，便于開(kāi)展更多方面的監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作。

5G網(wǎng)絡(luò)最大的改進(jìn)之處是它對(duì)各種不同的設(shè)備均能夠靈活地支持，為更多智能設(shè)備提供通用接口。這也為下一步應(yīng)用于航標(biāo)遙測(cè)遙控提供了硬件基礎(chǔ)。同時(shí)5G網(wǎng)絡(luò)采用的自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將提供更加穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)通信?；谄鋸?qiáng)大的帶寬和通訊能力，5G網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際上線應(yīng)用之后，目前仍不成熟的物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)等概念將更加容易實(shí)現(xiàn)。5G網(wǎng)絡(luò)還將進(jìn)一步應(yīng)用到醫(yī)療、工業(yè)、安全等領(lǐng)域， 催生新的行業(yè)管理變革以及創(chuàng)新生產(chǎn)方式。實(shí)現(xiàn)升級(jí)改造后的航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)可以增加物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容，不僅監(jiān)控航標(biāo)傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息，也可實(shí)現(xiàn)航標(biāo)設(shè)備從出廠到應(yīng)用直到最后報(bào)廢的全套信息跟蹤，有效提高工作效率，加強(qiáng)物流管理。

同時(shí)應(yīng)該看到實(shí)際應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)升級(jí)現(xiàn)有航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)面臨部分挑戰(zhàn)。首先是雖然5G網(wǎng)絡(luò)跟現(xiàn)有《海區(qū)航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》不會(huì)有內(nèi)容沖突，主要難度在于現(xiàn)有大量遙測(cè)遙控?zé)羝鞯能浻布?jí)改造，由于現(xiàn)有系統(tǒng)已經(jīng)大范圍應(yīng)用，5G的升級(jí)改造會(huì)產(chǎn)生一定的費(fèi)用和工作量，必須部分推進(jìn)，層層展開(kāi)。其次是監(jiān)管與牌照問(wèn)題，在之前系統(tǒng)應(yīng)用中由于電信供應(yīng)商按要求實(shí)行實(shí)名制，造成部分燈器數(shù)據(jù)卡失效現(xiàn)象，在未來(lái)5G升級(jí)過(guò)程中必須考慮可能存在同樣問(wèn)題，提前與網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商協(xié)調(diào)處理，避免升級(jí)造成故障，影響航海保障工作質(zhì)量。同時(shí)存在的是能源供應(yīng)問(wèn)題，如果大量增加監(jiān)控傳感器，增加CCTV視頻監(jiān)控設(shè)備等，勢(shì)必造成整個(gè)系統(tǒng)用電量的增加，需要配套升級(jí)航標(biāo)，尤其是海上燈浮標(biāo)的供電系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性可靠性。

整體來(lái)講，應(yīng)用即將到來(lái)的5G升級(jí)航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)是技術(shù)進(jìn)步的必然結(jié)果，也必會(huì)為航海保障工作提供更加有力的幫助。

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