港口是全球航运的重要枢纽，港口的生产作业效率和其自动化、智能化程度息息相关。2019年中国5G正式发牌以来，5G在港口集装箱码头的应用也逐步开展。港口的生产安全要求高、物理环境复杂、业务需求多样，5G大网方案在容量、覆盖、时延可靠性等方面，无法满足港口的多场景业务需求。中兴通讯在深刻理解港口各项复杂业务场景的基础上，针对性提出了港口5G专网设计方案，并在多个港口项目进行了落地验证，具备规模复制的条件。
智慧港口业务的5G网络需求
港口作业流程分为垂直运输系统和水平运输系统两类，作业流程依次为岸桥垂直运输、集装箱理货、场内水平运输、龙门吊垂直运输。
安全和高效是港口运营商的基本诉求，智慧港口主要包含如下业务场景：
- 离岸海面锚地的通信
海面锚地一般距离岸边20km以上，货轮进港前停泊在锚地，处理申报、联检、领航、靠泊等系列工作，需要进行通话和数据回传。
- 岸桥远程操控和智能理货
岸桥安装20多台摄像头和PLC，驾驶员在办公室远程操控岸桥。智能理货系统自动识别箱号、残损等信息，理货员远程完成理货工作。岸桥高度50m，视频上行流量高，PLC（Programmable Logic Controller）操控要求低时延高可靠。
- 无人集卡和龙门吊远程操控
无人集卡在码头和集装箱堆场之间运输集装箱，并实时回传车辆状态和视频数据。遇到特殊情况，远程人员接管驾驶，排除障碍。堆场堆叠的集装箱严重遮挡和反射无线信号。随着物流周转，集装箱堆叠高度在0~20m变化，高度较低时，无线信号越区干扰严重。堆场的龙门吊远程操控原理和岸桥类似，网络要求低于岸桥。
- 无人机巡检
港口重视安全生产，由于占地面积大，岸桥和船舶高达百米，人工巡检难度大且低效。无人机在120m空中，可以快速完成大范围巡检，通过高清视频回传和图像识别，及时发现安全隐患。
独立专网筑基，无线网络分层立体覆盖
港口的业务种类多，对网络容量、时延、安全和可靠性要求高。一般选择独立专网架构：无线基站专用，专用UPF（User Plane Function）或小型化5GC下沉到港口园区内。实现用户数据不出港口、无线网络精准规划、业务体验精准保障。
港口的无线覆盖场景多样，需要分层设计网络覆盖（见图1）。
图1 港口5G典型组网方案
- 地面道路和堆场0~20m的覆盖，满足无人集卡、龙门吊业务需求。选用RRU外接窄波束天线对道路进行覆盖，降低对相邻道路的下行干扰；多RRU合并超级小区技术，规避同频干扰，提升集卡业务感知。
- 码头泊位50m左右高度的覆盖，满足岸桥、智能理货业务需求。在20多米高的灯杆安装64通道AAU对岸桥进行覆盖，通过配置垂直波束，精准覆盖50m高的岸桥，降低水平波束对邻区的干扰。
- 低空120m左右高度的覆盖，满足无人机巡检的业务需求。选用AAU对空覆盖，根据链路预算和仿真，精准规划站点，实现空域无缝覆盖，抑制邻区干扰，保障无人机大范围安全飞行。
- 海面20km以上超远覆盖，满足锚地船舶的通信需求。根据理论模型计算，在80~100m海拔高点建站，视距覆盖船只；选用低频段，传输损耗小；并通过PRACH覆盖增强，满足20km以上海面的通信需求。
高可用和差异化调度策略，保障多种类业务体验
港口生产作业是全天候的，因故障导致停工会带来较大损失，港口5G专网设计必须要考虑高可用方案。端到端网络可用性等于网络各节点可用性的乘积，所以需增加网络每个节点的可用性。在网络接入端，部署双CPE终端建立双链路，支持主备模式和负荷分担模式，使得端侧设备可用性提升。同时，5G与港口原有的光纤网络组成无线和有线互备链路，提升可用性的同时保护了港口原有的网络建设投资。在网络系统侧，可部署单板级和网络级备份方案，单板级要支持电源板、基带板、主控板的备份。网络级要支持BBU和RRU级的备份，建设双频双层无线网。当主用设备出现故障时，通过主备倒换快速恢复网络，极短时间内恢复生产。
港口的业务种类多，网络需求差异较大，默认的网络配置下会出现业务之间争抢网络资源的现象，导致网络拥塞，业务体验下降。可通过网络切片将不同类型业务隔离，切片内配置不同的无线算法参数，实现不同业务的差异化保障。针对远程岸桥的控制业务，可预留PRB提供资源保障，配置用户级预调度降低时延，保守调度提升传输可靠性；针对视频回传类业务，可配置高目标BLER，提高QoS调度权重；针对实时性要求不高的数据回传业务，配置低优先级QoS，可被其他高优先级业务抢占资源。
中兴通讯港口5G专网设计方案已在多个港口进行部署验证，远程岸桥、智能理货、无人集卡、无人机和海面超远覆盖等一批业务在5G专网下通过了试点验证、压力测试，并逐步扩大应用规模。一张懂港口的5G定制专网，将提升港口智能化水平，助力港口高效运营。
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