基于5G+Wi-Fi 6 融合架構(gòu)的智慧管廊多業(yè)務(wù)綜合接入設(shè)計

朱 崢 傅 恒

1.中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司；2.江蘇基久網(wǎng)絡(luò)科技有限公司雨花分公司

0 引言

綜合管廊通過納入給水、雨水、污水、天然氣、熱力、電力、通信等市政管線，實現(xiàn)了高效集約化管理。伴隨著城市的現(xiàn)代化，綜合管廊作為保障城市運行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和“生命線”，在城市建設(shè)中扮演著愈發(fā)重要的角色。

運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)手段構(gòu)建的“智慧管廊”可實現(xiàn)綜合管廊全生命周期的數(shù)字化、信息化、智能化管理，統(tǒng)籌綜合管廊的規(guī)劃建設(shè)、管理維護、應(yīng)急防災(zāi)等全過程，提升了整體管理效能。智慧管廊建設(shè)需要在管廊內(nèi)部署視頻監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、結(jié)構(gòu)監(jiān)測、人員定位等前端傳感器，目前多采取有線接入方式（光纜、電纜等），需要在管廊內(nèi)部預(yù)留大量的線芯用于后期擴容，業(yè)務(wù)部署不便、擴展性差，極大地制約了智慧管廊建設(shè)。

本文將從智慧管廊業(yè)務(wù)特點出發(fā)，討論基于5G+Wi-Fi 6融合架構(gòu)實現(xiàn)多業(yè)務(wù)綜合接入的可行性。通過構(gòu)建統(tǒng)一的接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備接口實現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速接入，在保障系統(tǒng)經(jīng)濟性和安全性的同時滿足未來業(yè)務(wù)延伸和拓展的需要。

1 智慧管廊業(yè)務(wù)特點

（1）多業(yè)務(wù)融合

智慧管廊需統(tǒng)籌智能監(jiān)控、管網(wǎng)運行、設(shè)備維修、應(yīng)急作業(yè)、運維調(diào)度、隱患管理等諸多業(yè)務(wù)流程，不同業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的移動性、安全性、時延性、可靠性要求有較大差異。業(yè)務(wù)接入時應(yīng)結(jié)合業(yè)務(wù)特點進行QoS 保障，典型業(yè)務(wù)QoS 需求如表1 所示。

表1 典型業(yè)務(wù)及QoS 需求

（2）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

智慧管廊涵蓋各種復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程，需要將大量的、多種類的前端傳感器采集數(shù)據(jù)歸集整理，打通數(shù)據(jù)間隔閡，保證數(shù)據(jù)的完整性及各業(yè)務(wù)之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性。應(yīng)結(jié)合業(yè)務(wù)特點構(gòu)建統(tǒng)一的接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備接口。

（3）擴展與開放

隨著技術(shù)發(fā)展，智慧管廊的業(yè)務(wù)規(guī)模和種類將不斷擴大，對整體系統(tǒng)的擴展性和開放性提出了更高的要求。業(yè)務(wù)接入方案的選擇應(yīng)同時滿足現(xiàn)有業(yè)務(wù)靈活擴容、新業(yè)務(wù)快速添加以及業(yè)務(wù)架構(gòu)延伸拓展三方面的要求。

2 業(yè)務(wù)接入方案比選

2.1 物理接入方案比選

物理接入方案分為有線接入和無線接入兩種。有線接入是指以專用線纜（光纖、同軸電纜等）為介質(zhì)傳輸信息，無線接入目前主要通過PLMN 或WIFI 技術(shù)實現(xiàn)。

智慧管廊建設(shè)需要部署大量的前端傳感器，采用有線接入方案所需線纜芯數(shù)多，接入難度大，部署成本和部署周期均不具備優(yōu)勢。同時，智慧管廊對于業(yè)務(wù)擴展的靈活性要求高，采用無線信號覆蓋能夠增強系統(tǒng)的擴容能力，因此智慧管廊建設(shè)應(yīng)首選無線接入方案。

2.2 無線接入方案比選

目前主流的無線接入方案主要有PLMN和WIFI接入兩種。由于智慧管廊前端傳感器接入量大，且不同業(yè)務(wù)對移動性、安全性、可靠性、時延需求存在較大差異，因此PLMN 接入應(yīng)選擇5G網(wǎng)絡(luò)，WIFI接入應(yīng)選擇基于IEEE 802.11ax的Wi-Fi 6。

表2 物理接入方案比選

表3 無線接入方案比選

PLMN 和WIFI 接入各有其優(yōu)缺點。5G 優(yōu)勢在于高可靠性、低時延且能兼顧民用通信和工業(yè)應(yīng)用，但設(shè)備接入成本高，不利于規(guī)模性應(yīng)用。Wi-Fi 6 優(yōu)勢在于其設(shè)備接入成本低，能滿足大數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)的接入要求，但無法滿足超低時延業(yè)務(wù)的需要。為保證智慧管廊多業(yè)務(wù)融合以及擴展開放的要求，應(yīng)將5G 和Wi-Fi 6 優(yōu)勢融合，通過異構(gòu)混合組網(wǎng)的方式實現(xiàn)多業(yè)務(wù)綜合接入。

2.3 5G 建設(shè)模式分析

綜合管廊覆蓋場景為全封閉場景，5G 室外信號無法覆蓋管廊，因此無線接入網(wǎng)（NG-RAN）建設(shè)不考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源利舊。綜合管廊5G 覆蓋包含有源和無源兩種模式，有源模式是在管廊內(nèi)部署微基站，無源模式是在管廊內(nèi)敷設(shè)泄漏電纜，且均采用4 流傳輸。無論以何種模式建設(shè)都要保證4G/5G 網(wǎng)絡(luò)共建共存。

（1）有源模式建設(shè)

5G 有源模式采用BBU+pBridge+pRRU 方式建設(shè)，pRRU為4 通道，單通道按照250mW 滿功率發(fā)送。pBridge 與pRRU間采用光電復(fù)合纜連接，最大連接距離300m。

下行鏈路預(yù)算如表4 所示。

由表4可知，pRRU 在3.5GHz頻率下點位間距為34.84m；單pBridge 可下掛8 個pRRU，覆蓋距離為279.50m。4G 與5G pRRU 按照1:1 部署，采用10Gbps 網(wǎng)線串聯(lián)。

表4 5G 有源模式建設(shè)鏈路預(yù)算

（2）無源模式建設(shè)

5G 無源模式采用POI+1-1/4 泄漏電纜，由于綜合管廊本身用途為鋪放管道和線纜，因此漏纜在管廊內(nèi)敷設(shè)不存在問題，建設(shè)時預(yù)留橋架即可。

表5 5G 無源模式建設(shè)鏈路預(yù)算

由表5 可知，RRU 在3.5GHz 頻率下點位間距最大可到829m。4G 與5G RRU 按照1:1 部署，采用POI 合路。

（3）5G 建設(shè)模式分析

由表6 可知，從減少初期建設(shè)成本及后期運維難度的角度出發(fā)，5G 應(yīng)采用無源模式建設(shè)。同時，無源模式還可更有效實現(xiàn)多運營商、多系統(tǒng)共建。

表6 5G 建設(shè)模式比選

3 5G+Wi-Fi 6 融合架構(gòu)設(shè)計

3.1 整體架構(gòu)設(shè)計

綜上所述，智慧管廊的前端設(shè)備接入建議采用5G+Wi-Fi 6 融合架構(gòu)設(shè)計，其中5G 采用POI+1-1/4 泄漏電纜方式部署。

（1）遠程視頻監(jiān)控、3D 可視化運維等數(shù)據(jù)速率要求高，移動性要求低的業(yè)務(wù)場景，通過Wi-Fi 6 鏈路接入。

（2）管網(wǎng)輸配控制、機械維修臂、檢修機器人等數(shù)據(jù)速率、時延性、可用性要求高的業(yè)務(wù)場景，通過5G 鏈路接入。

（3）設(shè)備監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、結(jié)構(gòu)監(jiān)測等低速率、大連接但對時延不敏感的業(yè)務(wù)場景，通過Wi-Fi 6 鏈路接入。

無論前端通過何種鏈路接入，最終均需要通過5G 網(wǎng)絡(luò)進行回傳。

3.2 組網(wǎng)方案

為了保證業(yè)務(wù)的安全性、可靠性，應(yīng)針對智慧管廊建設(shè)獨立的MEC 系統(tǒng)，將專用UPF/MEC 下沉部署，保證用戶面數(shù)據(jù)在內(nèi)部流動。

4 結(jié)束語

采用5G POI+1-1/4 泄漏電纜與Wi-Fi 6 CPE 協(xié)同部署方案能夠結(jié)合不同的應(yīng)用場景提供更有針對性的無線接入方式，同時兼顧業(yè)務(wù)需求與經(jīng)濟效益。相較于傳統(tǒng)的有線接入方式，該方案在部署靈活性以及業(yè)務(wù)擴展性方面均有了較大提升。未來還將結(jié)合NB-IoT 和eMTC 增強、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和URLLC 增強等新技術(shù)對方案進行完善，持續(xù)優(yōu)化，進一步推動智慧管廊建設(shè)。