基于5G+Wi-Fi 6 融合架构的智慧管廊多业务综合接入设计

朱 峥 傅 恒

1.中通服咨询设计研究院有限公司；2.江苏基久网络科技有限公司雨花分公司

0 引言

综合管廊通过纳入给水、雨水、污水、天然气、热力、电力、通信等市政管线，实现了高效集约化管理。伴随着城市的现代化，综合管廊作为保障城市运行的重要基础设施和“生命线”，在城市建设中扮演着愈发重要的角色。

运用物联网、云计算、大数据、人工智能等技术手段构建的“智慧管廊”可实现综合管廊全生命周期的数字化、信息化、智能化管理，统筹综合管廊的规划建设、管理维护、应急防灾等全过程，提升了整体管理效能。智慧管廊建设需要在管廊内部署视频监控、设备监测、环境监测、结构监测、人员定位等前端传感器，目前多采取有线接入方式（光缆、电缆等），需要在管廊内部预留大量的线芯用于后期扩容，业务部署不便、扩展性差，极大地制约了智慧管廊建设。

本文将从智慧管廊业务特点出发，讨论基于5G+Wi-Fi 6融合架构实现多业务综合接入的可行性。通过构建统一的接入网络架构和标准化设备接口实现业务的快速接入，在保障系统经济性和安全性的同时满足未来业务延伸和拓展的需要。

1 智慧管廊业务特点

（1）多业务融合

智慧管廊需统筹智能监控、管网运行、设备维修、应急作业、运维调度、隐患管理等诸多业务流程，不同业务对网络的移动性、安全性、时延性、可靠性要求有较大差异。业务接入时应结合业务特点进行QoS 保障，典型业务QoS 需求如表1 所示。

表1 典型业务及QoS 需求

（2）数据标准化

智慧管廊涵盖各种复杂的业务流程，需要将大量的、多种类的前端传感器采集数据归集整理，打通数据间隔阂，保证数据的完整性及各业务之间的数据关联性。应结合业务特点构建统一的接入网络架构及标准化设备接口。

（3）扩展与开放

随着技术发展，智慧管廊的业务规模和种类将不断扩大，对整体系统的扩展性和开放性提出了更高的要求。业务接入方案的选择应同时满足现有业务灵活扩容、新业务快速添加以及业务架构延伸拓展三方面的要求。

2 业务接入方案比选

2.1 物理接入方案比选

物理接入方案分为有线接入和无线接入两种。有线接入是指以专用线缆（光纤、同轴电缆等）为介质传输信息，无线接入目前主要通过PLMN 或WIFI 技术实现。

智慧管廊建设需要部署大量的前端传感器，采用有线接入方案所需线缆芯数多，接入难度大，部署成本和部署周期均不具备优势。同时，智慧管廊对于业务扩展的灵活性要求高，采用无线信号覆盖能够增强系统的扩容能力，因此智慧管廊建设应首选无线接入方案。

2.2 无线接入方案比选

目前主流的无线接入方案主要有PLMN和WIFI接入两种。由于智慧管廊前端传感器接入量大，且不同业务对移动性、安全性、可靠性、时延需求存在较大差异，因此PLMN 接入应选择5G网络，WIFI接入应选择基于IEEE 802.11ax的Wi-Fi 6。

表2 物理接入方案比选

表3 无线接入方案比选

PLMN 和WIFI 接入各有其优缺点。5G 优势在于高可靠性、低时延且能兼顾民用通信和工业应用，但设备接入成本高，不利于规模性应用。Wi-Fi 6 优势在于其设备接入成本低，能满足大数据速率业务的接入要求，但无法满足超低时延业务的需要。为保证智慧管廊多业务融合以及扩展开放的要求，应将5G 和Wi-Fi 6 优势融合，通过异构混合组网的方式实现多业务综合接入。

2.3 5G 建设模式分析

综合管廊覆盖场景为全封闭场景，5G 室外信号无法覆盖管廊，因此无线接入网（NG-RAN）建设不考虑现有网络资源利旧。综合管廊5G 覆盖包含有源和无源两种模式，有源模式是在管廊内部署微基站，无源模式是在管廊内敷设泄漏电缆，且均采用4 流传输。无论以何种模式建设都要保证4G/5G 网络共建共存。

（1）有源模式建设

5G 有源模式采用BBU+pBridge+pRRU 方式建设，pRRU为4 通道，单通道按照250mW 满功率发送。pBridge 与pRRU间采用光电复合缆连接，最大连接距离300m。

下行链路预算如表4 所示。

由表4可知，pRRU 在3.5GHz频率下点位间距为34.84m；单pBridge 可下挂8 个pRRU，覆盖距离为279.50m。4G 与5G pRRU 按照1:1 部署，采用10Gbps 网线串联。

表4 5G 有源模式建设链路预算

（2）无源模式建设

5G 无源模式采用POI+1-1/4 泄漏电缆，由于综合管廊本身用途为铺放管道和线缆，因此漏缆在管廊内敷设不存在问题，建设时预留桥架即可。

表5 5G 无源模式建设链路预算

由表5 可知，RRU 在3.5GHz 频率下点位间距最大可到829m。4G 与5G RRU 按照1:1 部署，采用POI 合路。

（3）5G 建设模式分析

由表6 可知，从减少初期建设成本及后期运维难度的角度出发，5G 应采用无源模式建设。同时，无源模式还可更有效实现多运营商、多系统共建。

表6 5G 建设模式比选

3 5G+Wi-Fi 6 融合架构设计

3.1 整体架构设计

综上所述，智慧管廊的前端设备接入建议采用5G+Wi-Fi 6 融合架构设计，其中5G 采用POI+1-1/4 泄漏电缆方式部署。

（1）远程视频监控、3D 可视化运维等数据速率要求高，移动性要求低的业务场景，通过Wi-Fi 6 链路接入。

（2）管网输配控制、机械维修臂、检修机器人等数据速率、时延性、可用性要求高的业务场景，通过5G 链路接入。

（3）设备监测、环境监测、结构监测等低速率、大连接但对时延不敏感的业务场景，通过Wi-Fi 6 链路接入。

无论前端通过何种链路接入，最终均需要通过5G 网络进行回传。

3.2 组网方案

为了保证业务的安全性、可靠性，应针对智慧管廊建设独立的MEC 系统，将专用UPF/MEC 下沉部署，保证用户面数据在内部流动。

4 结束语

采用5G POI+1-1/4 泄漏电缆与Wi-Fi 6 CPE 协同部署方案能够结合不同的应用场景提供更有针对性的无线接入方式，同时兼顾业务需求与经济效益。相较于传统的有线接入方式，该方案在部署灵活性以及业务扩展性方面均有了较大提升。未来还将结合NB-IoT 和eMTC 增强、工业物联网和URLLC 增强等新技术对方案进行完善，持续优化，进一步推动智慧管廊建设。