多場景5G網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)研究與應(yīng)用

張衛(wèi)爭 劉齊

【摘要】? ?為解決因室外營銷、業(yè)務(wù)演示等臨時網(wǎng)絡(luò)搭建造成的線纜資源重復(fù)利用率低、單次投入成本高、二次調(diào)整操作困難的問題，以市場為導(dǎo)向，堅持“貼近網(wǎng)絡(luò)、貼近業(yè)務(wù)、貼近用戶”的創(chuàng)新工作方針，通過采用客戶前置終端（CPE）接入5G核心網(wǎng)滿足客戶端互聯(lián)網(wǎng)訪問需求，對多場景下5G網(wǎng)絡(luò)接入關(guān)鍵參數(shù)進行試驗研究，得到相關(guān)應(yīng)用的接入指標(biāo)，以減少線纜布放、光路調(diào)度、設(shè)備調(diào)試等過程，提升網(wǎng)絡(luò)搭建便利性，提高5G網(wǎng)絡(luò)的利用率。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G網(wǎng)絡(luò)? ? 客戶前置終端（CPE）? ? 多場景? ? 接入技術(shù)

引言：

目前，移動通信系統(tǒng)經(jīng)歷了從1G到4G的發(fā)展歷程，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)是一種包含多種無線制的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，而5G技術(shù)的接入網(wǎng)，能滿足多場景多層次異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，容納多種無線接入技術(shù)[1]，新發(fā)展的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將具有更靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，能高效地實現(xiàn)資源的協(xié)同。

一、5G網(wǎng)絡(luò)多場景

為了適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)不再是解決人與人之間通信的問題，還能解決人與機器、機器與機器之間通信的問題，根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)特點，5G網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用在多場景中，包括室外廣域覆蓋、室內(nèi)熱點覆蓋、數(shù)據(jù)采集以及物聯(lián)網(wǎng)控制。

1.1營銷活動室外廣域覆蓋

在營銷活動中，最基本的覆蓋方式就是室外廣域覆蓋，為移動用戶提供連續(xù)無縫的移動業(yè)務(wù)服務(wù)，以用戶的移動性和業(yè)務(wù)的連續(xù)性為目標(biāo)，在5G網(wǎng)絡(luò)中，重點研究如何在為用戶提供10Mbps時，確保無線速率在大范圍內(nèi)實現(xiàn)連續(xù)覆蓋。

1.2營銷活動室內(nèi)熱點覆蓋

在校園營銷活動中，要實現(xiàn)室內(nèi)熱點覆蓋，以提供高速數(shù)據(jù)傳輸速率和流量密度為目標(biāo)，在5G網(wǎng)絡(luò)中，重點研究如何在較小的營銷活動區(qū)域內(nèi)，為用戶提供高速的數(shù)據(jù)傳輸速率。

1.3營銷活動數(shù)據(jù)采集

從4G向5G演變的過程中，基于大數(shù)據(jù)、云計算等以傳感器和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用需求不斷拓展，因此，在進行營銷活動時，需要接入更多的設(shè)備終端數(shù)，基站分布的范圍要更廣，但由于對數(shù)據(jù)的傳輸效率要求較低，多數(shù)是通過小數(shù)據(jù)包進行發(fā)送，因而發(fā)射功率也比較低[2]。

二、方案介紹及關(guān)鍵問題

2.1接入方案

通過方案可行性分析、單臺承載能力測試、批量接入能力測試、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差異化測試等步驟，探索5G網(wǎng)絡(luò)多場景使用方案，明確客戶前置終端（以下簡稱5G CPE）可提供的上下行帶寬與并發(fā)數(shù)據(jù)處理能力，通過5G+業(yè)務(wù)中臺的結(jié)合，可衍生制定出多種接入方案，進而孵化為5G新應(yīng)用與新產(chǎn)品，助力5G發(fā)展與推廣應(yīng)用。

5G CPE主要通過內(nèi)置5G sim卡，將5G信號轉(zhuǎn)換成本地局域網(wǎng)信號，供用戶設(shè)備使用。市面上常見的5G CPE通常外界220V交流電源后即可工作，設(shè)備自帶兩個以太網(wǎng)接口，2.4GHz與5GHz WiFi無線熱點，具有良好的移動性與便利性。與高帶寬、低時延的5G網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，可提供可靠的高帶寬互聯(lián)網(wǎng)接入能力。實現(xiàn)原理圖如圖1所示[3]。

由于前置終端接入技術(shù)需經(jīng)5G公網(wǎng)訪問互聯(lián)網(wǎng)，在實際生產(chǎn)工程中，部分業(yè)務(wù)中臺對公網(wǎng)訪問進行限制，5G+業(yè)務(wù)中臺時要避免觸碰網(wǎng)絡(luò)安全紅線。

2.2關(guān)鍵問題

在網(wǎng)絡(luò)搭建過程中，確保多場景下5G網(wǎng)絡(luò)的接入能力，需解決以下幾個關(guān)鍵問題：

問題一：5G基站小區(qū)負荷。5G基站受接入數(shù)量影響，站點負荷不可控，由于流量突增，可能造成網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量劣化，如何快速準(zhǔn)確掌握站點負荷情況，對保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量十分重要。

問題二：多場景模擬。開展多場景接入條件模擬受客觀條件限制較多，搭建多場景測試平臺較為困難。

三、試驗驗證

業(yè)務(wù)運營支撐系統(tǒng)（BOSS系統(tǒng)）作為公司業(yè)務(wù)中臺不可或缺的部分，是實現(xiàn)橫向與縱向管理的統(tǒng)一框架，各類業(yè)務(wù)辦理對BOSS系統(tǒng)的訪問十分頻繁[4]。自辦廳一般通過數(shù)據(jù)專線直連服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)交互;代辦廳主要通過互聯(lián)網(wǎng)登錄云端虛機訪問服務(wù)器。BOSS系統(tǒng)業(yè)務(wù)辦理過程涉及文檔、圖片、視頻的上傳下載，對網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、可靠性具有較高要求。為確保方案可行性，采用5G CPE+BOSS桌面云產(chǎn)品的接入方式與傳統(tǒng)專線直接訪問BOSS服務(wù)器的接入方式進行比對，對5G CPE承載能力、單個小區(qū)負荷進行對比分析。

3.1 5G CPE承載能力

CPE承載能力將從網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量與終端并發(fā)接入數(shù)兩個維度進行分析。

從網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量角度：5G CPE按照不同規(guī)格可分為單流與雙流兩類，5G CPE單終端接入，上行為雙流時速率理論最高可達252Mbps，終端為單流時上行速率最高可達126Mbps;終端下行為四流時速率最高1800Mbps，終端為雙流時下行速率最高可達900Mbps。根據(jù)實測，單個電腦使用BOSS云桌面上行速率要達到1.6Mbps，下行速率要求達到6.4Mbps。

根據(jù)計算，理論單臺CPE可帶78個終端，而實際使用中由于小區(qū)負荷不同，且小區(qū)內(nèi)用戶使用的業(yè)務(wù)不同，CPE可接入終端數(shù)只能通過實測來確定。

從終端并發(fā)接入數(shù)角度：為檢測5G CPE可接入終端數(shù)量極限值，將5G CPE下掛一臺24口華為交換機，同時接入多臺電腦辦公進行測試?？捎行z設(shè)備信息處理能力，得出終端并發(fā)接入極限數(shù)量。

按照實際測試結(jié)果，單臺5G CPE同時登入10個BOSS桌面云產(chǎn)品，可滿足使用需求。繼續(xù)增加接入數(shù)量，到達承載瓶頸，終端出現(xiàn)掉線情況。

3.2 5G基站小區(qū)負荷

不同網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量下可接入CPE的數(shù)量不同，按照承載網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求較高的視頻業(yè)務(wù)為例測算，根據(jù)理論測試[5]，單站上行最大4流504Mbps=252Mbps*2，下行最大16流6.8Gbps=1.7Gbps*4。

分析表1第二、三列數(shù)據(jù)，對現(xiàn)網(wǎng)5G小區(qū)負荷日均值進行統(tǒng)計，小區(qū)上下行利用率均值約為滿負荷狀態(tài)下25%，整體資源充足。

5G基站的實時負荷無法直接觀察得到，需通過專業(yè)人員登錄后臺網(wǎng)管平臺查詢。可設(shè)置50%與70%兩個預(yù)警值，通過后臺網(wǎng)管實時搜集負荷情況，對試用期間站點長時間高負荷情況進行預(yù)警。通過提高CPE接入優(yōu)先級，可有效改善網(wǎng)絡(luò)擁塞CPE使用狀況。

3.3多場景模擬

結(jié)合高校迎新以及現(xiàn)場營銷情況，進行多場景模擬。

在7月至8月迎新期間，累計收到18所學(xué)校支撐需求，根據(jù)各院校覆蓋信號情況，3所院校無信號覆蓋，通過臨時專線開通。9所院校通過多場景接入方式開通，因接入終端設(shè)備為暫時借用，累計節(jié)約成本支出約1.8萬元。

7月20日-7月22日，按照用戶要求，敷設(shè)臨時專線影響用戶日常辦公，要求變更接入方式。經(jīng)現(xiàn)場測試，用戶指定場所網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量滿足辦理需求，使用5G CPE+BOSS桌面云快速開通用于上門進行業(yè)務(wù)辦理，累計節(jié)約成本支出約2000元。

8月3日，為某用戶提供100M互聯(lián)網(wǎng)專線，用于活動儀式現(xiàn)場視頻轉(zhuǎn)播使用。經(jīng)現(xiàn)場測試，5G網(wǎng)絡(luò)滿足使用需求，設(shè)備直連轉(zhuǎn)播車提供穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，減少線路布放與設(shè)備調(diào)試成本支出約2000元。

四、結(jié)束語

為了解決移動公司線纜資源重復(fù)利用率低、單次投入成本高、二次調(diào)整操作困難等問題，以市場為導(dǎo)向，堅持“貼近網(wǎng)絡(luò)、貼近業(yè)務(wù)、貼近用戶”的創(chuàng)新工作方針，得到如下結(jié)果：

1.綜合考慮便捷性，穩(wěn)定性，設(shè)備成本等因素，建議承載視頻信號、人臉識別等業(yè)務(wù)時，單臺CPE承載終端數(shù)量不超過7臺。辦理一般業(yè)務(wù)時，單臺CPE承載數(shù)量不超過10臺。（以上承載數(shù)量均需搭配交換機使用）。

2.根據(jù)不同用戶使用需求，多場景接入形式可用在高校迎新、上門辦理業(yè)務(wù)、現(xiàn)場營銷活動、會議、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)直播等場景，隨著以后5G網(wǎng)絡(luò)的普及和技術(shù)的進一步完善，5G網(wǎng)絡(luò)與各類平臺應(yīng)用相結(jié)合的接入模式運行會更加豐富，滿足不同場景使用需求，應(yīng)用范圍會更加廣闊。

參? 考? 文? 獻

[1]劉瑋，董江波，任冶冰.面向商用的5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵問題研究及驗證[J].電信科學(xué)，2018，34（8）：56-61.

[2]李陽德，林亮，鄭舟.5G網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用場景與關(guān)鍵支撐技術(shù)探討[J].廣西通信技術(shù)，2017（3）：6-10，16.

[3]周宏成.5G無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計[J].電子科學(xué)技術(shù)，2017，4（5）：102-105.

[4]鄭忠斌，阮大治，熊增薪.5G以用戶為中心的無線接入網(wǎng)方案設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2021，40（7）：62-66.

[5]谷志群，肖玉明，張佳瑋，等.5G時代光與無線融合接入網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究進展[J].太原理工大學(xué)學(xué)報，2021，52（4）：525-533.