浅析利用5G网络升级现有遥测遥控系统的可行性

綦麟

摘 要：根据《海事航海保障“十三五”发展规划》，到2020年，我国将基本建成覆盖全面、管理高效、服务优质、保障及时的综合航海保障体系。近些年来航标遥测遥控系统已经在全国沿海各个航海保障中心得以推广应用，并取得了优异的应用成果。目前北方海区广泛应用的航标运行信息管理系统主要采用的是基于4G网络的TD-LTE和FDD-LTE网络模式，辅以短信、AIS、北斗通讯等，实现对导助航设备设施的遥测遥控。5G网络的部署将在近些年实现，本文主要探讨了利用5G网络升级现有航标遥测遥控系统的优点和可能性。

关键词：遥测遥控系统 5G网络 物联网

1.5G网络介绍

（1）基本概念

第五代移动电话行动通信标准，通常缩写为5G，也可以称之为第五代移动通信技术。5G网络是4G技术的延伸和发展，理论上5G网络的下行速度为10Gb/s（相当于下载速度1.25GB/s）。鉴于物联网产业当前正在高速发展，对网络传输速度以及传输稳定性等有着更高的要求，这无疑成为推动5G网络发展的强力因素。

（2）技术指标

衡量5G网络标志性能力的主要技术指标为用户体验速率，其中的关键技术点包括超密集组网、大规模天线阵列、新型多址、新型网络架构和全频谱接入等。超密集组网是指通过增加部署基站的密度，来实现数倍以至百倍量级的容量提升，是实现容量增长的主要手段；而大规模天线阵列对满足系统速率和容量需求起到重要的支撑作用；通过对发送信号的叠加传输，新型多址技术可以提升系统的接入能力，将有效支撑5G网络千亿设备连接需求；新型网络架构基于NFV、SDN和云计算等技术可实现以用户为中心的更智能、高效、灵活、和开放的网络；全频谱接入技术通过对各类频谱资源的有效利用，可有效缓解为了追求性能而产生的对频谱资源的巨大需求。

（3）发展状况

2017年12月21日，国际电信标准组织在3GPP RAN第78次全体会议上，正式发布了5G NR首发版本，这是全球第一个可商用部署的5G标准。

5G 网络必然向着网络多元化、智能化、综合化、宽带化的方向发展。随着以智能手机为代表的智能终端的普及，未来移动数据所产生的流量将呈现爆炸式增长，这种现象目前已经凸显。5G网络技术发展的主要目标是保障终端用户始终处于联网在线状态。5G网络预想支持的设备远远超过智能手机的范畴——它还要提供对各种智能设备的支持。5G网络代表了下一代无线网络，它不仅仅是4G网络的升级版，用户对它的要求远高于对今天的无线网络。

为抢占市场以及行业话语权，当前全球多个国家以及众多大型公司已竞相投入5G网络技术开发，从而促进其商业化进程发展。

2.现有遥测遥控系统介绍

（1）研发背景

2005年，交通部海事局在總结多个航标遥测遥控系统建设经验的基础上，颁布了《海区航标遥测遥控系统技术规范》，明确了航标遥测遥控系统所应达到的基本技术要求，推动了全国航标技术的快速进步。其中烟台航标处对原有航标灯器及附属设备进行升级改进，配合新型航标智能灯器，开发航标运行信息管理系统，实现航标灯器的网络化管理。

近些年来烟台航标处自主研发成功的航标智能灯器与运行信息管理系统在北方海区多个航标管理单位得以推广应用，并取得了良好的效果，系统运行稳定可靠，全面提高航标运行管理水平。

（2）航标运行信息管理系统的构架

整个系统包括两大部分，即前端航标灯器和运行信息管理系统。前端航标灯器包括原有灯器设备的升级改进和研制新型灯器设备两方面内容，重点研究高透光率的适用透镜，稳定可靠的旋转系统和大电流换泡技术，以及灯器的智能控制和数字通信技术，形成符合网络化管理的智能化灯器；为满足专业化和便捷化两方面的要求，航标运行信息管理系统软件由B/S和C/S双构架管理平台组成，其中B/S平台不受地域限制，管理人员只需要输入登录密码，即可动态刷新授权范围内的航标设备、执行基本的GIS功能，包括放大缩小、拖动、漫游、测距、比例尺等，以及航标移动轨迹历史回放、航标历史位置点状平面图、查询统计汇总等功能。整个系统的结构框架如图1所示。

（3）航标运行信息监控系统的通信协议设计

现有航标遥测遥控系统采用的4G网络模式具有网络覆盖宽广、网络质量稳定、漫游广泛的特点与优势，是目前商用的通用分组无线业务，将移动通信和数据网络合二为一，通过升级原有3G网络实体来实现。

3.可行性分析

综上所述，5G网络目前已经有初步的商用标准制订，其实际应用也会在几年内得以实现。工信部在此前发布的《信息通信行业发展规划（2016-2020年）》中明确提出，2020年作为时间节点，将启动5G商用服务。

应用5G网络升级现有遥测遥控系统有多方面的优势。首先是大幅度提高传输速率，目前试行5G网络在28千兆赫（GHz）波段下传输速率已成功达到了1Gbps。而目前大规模商用4G- LTE服务可实现的传输速率为75Mbps。设计中5G网络的传输速率将达到10Gbps，对比现有网络传输速度可提升十几倍乃至上百倍。不仅完全可以满足现有数据传输需求，也可以实现CCTV无线视频监控的数据传输，有利于加强对航标的保护和监控，为日益增多的碰撞航标事故提供解决途径。更高的传输速度也为更多传感器的安装提供了带宽保障，方便进行拓展应用，可以再航标上加装潮汐、温湿度、气象、生物探测等多种传感器，便于开展更多方面的监测监控工作。

5G网络最大的改进之处是它对各种不同的设备均能够灵活地支持，为更多智能设备提供通用接口。这也为下一步应用于航标遥测遥控提供了硬件基础。同时5G网络采用的自组织网络技术将提供更加稳定可靠的数据通信。基于其强大的带宽和通讯能力，5G网络在实际上线应用之后，目前仍不成熟的物联网、车联网、无人机网络等概念将更加容易实现。5G网络还将进一步应用到医疗、工业、安全等领域， 催生新的行业管理变革以及创新生产方式。实现升级改造后的航标遥测遥控系统可以增加物联网内容，不仅监控航标传统的动态信息，也可实现航标设备从出厂到应用直到最后报废的全套信息跟踪，有效提高工作效率，加强物流管理。

同时应该看到实际应用5G网络升级现有航标遥测遥控系统面临部分挑战。首先是虽然5G网络跟现有《海区航标遥测遥控系统技术规范》不会有内容冲突，主要难度在于现有大量遥测遥控灯器的软硬件升级改造，由于现有系统已经大范围应用，5G的升级改造会产生一定的费用和工作量，必须部分推进，层层展开。其次是监管与牌照问题，在之前系统应用中由于电信供应商按要求实行实名制，造成部分灯器数据卡失效现象，在未来5G升级过程中必须考虑可能存在同样问题，提前与网络供应商协调处理，避免升级造成故障，影响航海保障工作质量。同时存在的是能源供应问题，如果大量增加监控传感器，增加CCTV视频监控设备等，势必造成整个系统用电量的增加，需要配套升级航标，尤其是海上灯浮标的供电系统，确保系统的稳定性可靠性。

整体来讲，应用即将到来的5G升级航标遥测遥控系统是技术进步的必然结果，也必会为航海保障工作提供更加有力的帮助。

参考文献：

[1]中华人民共和国航标条例.

[2]航标运行信息监控系统常用灯器操作简明手册.

[3]海区航标遥测遥控系统技术规范.

[4]德国电信联合华为在商用网络中实现基于3GPP标准的5G部署.C114中国通信网.

[5]5G商业化进程提速.运营商推进网络智能化转型.人民网.

[6]5G移动无线通信技术.Afif Osseiran.人民邮电出版社.