基于5G SA网络的智慧港口网络部署方案研究

陈 云，刘之光，陶伟宜（华信咨询设计研究院有限公司，浙江杭州 310052）

1 概述

随着工业发展演进到工业4.0（智能化时代），港口作为经济发展的重要支撑，也在不断地演进。传统港口以传统的货物装卸、堆存为主，主要发挥货物集散转运作用，相关增值服务很少，功能定位为货物集散中心；现代港口具备使货物增值的临港物流、多式联运、产业互动、特色口岸等服务功能以及全球资源配置枢纽，功能定位为物流服务中心和进出口中心；智慧港口则应用新一代数字通信技术为客户提供高附加值、高敏捷性的综合供应链服务，具有高度的智慧化、数字化发展水平，是港口发展的高级阶段，是具有生产智能、管理智慧、服务柔性、保障有力等特征的智能化港口。

所谓教育信息化，就是指在教学过程中有效运用信息技术手段，将二者有机结合，以进一步开发和利用教育信息资源。教育信息化追求教学手段和教学方式的现代化与科技化，它具备协作性、多媒体化、共享性以及开放性等诸多特点，可以说根本转变了传统的小学教学方法和教学模式，是教育改革的重要一环。以小学教育信息化为例，不仅师生提供了更加优质、多元和丰富的学习资源，也带给学生一定的学习体验，是素质教育全面实施的重要动力，也是教学效率和质量不断提升的主要推动力。

随着“一带一路”倡议的实施，中国已经成为第一贸易大国。截至2021年底，全球港口货物吞吐量和集装箱吞吐量前10 名的港口中，中国港口分别占8 席和7 席。但中国乃至全球港口智能化建设还处于初期阶段，中国目前已建成10 座自动化集装箱码头，有7 座自动化集装箱码头在建。

控制有机相和水相的体积，得到不同的萃取相比，考察萃取相比的变化对铷钾萃取效果的影响。t-BAMBP体积分数为30%，料液碱度为0.4 mol/L，常温下萃取3 min。萃取相比试验结果如图4所示。

在全球港口面临劳动力成本攀升、劳动力短缺难题的时候，通过自动化改造进行降本增效成为全球港口共同的诉求。5G 技术具有“低时延控制、大带宽监控、高可靠连接”优势，5G SA 网络在港口的部署可以助力港口操作智能化和企业管理平台化，提升港口运营效率，为港口自动化提供新的动力。

2 业务场景

2.1 场景概述

港口作业的主要流程如下（见图2）。

图1 港口作业区域分布

港口集装箱码头作业区域分为装卸作业、堆场作业和闸口作业三大区域。集装箱在港口的流转采用闸口—场桥—集卡—岸桥的工艺系统，涉及水平运输和垂直运输两大类运输系统（见图1）。

图2 港口作业流程

突出生态优势，调整产业结构，优化提升传统产业，大力培育新兴产业，加快发展节能环保和新能源等绿色产业，云南已成为全国外送清洁能源的第二大省份。云药、云茶、云花等生物产业，多姿多彩、环境优美、气候宜人的生态旅游，水电、风电、太阳能等清洁能源成为云南又一张亮丽的名片。

初中数学教学不能仅局限于“讲和听”，要提高学生的主动性，注重数学思维的培养，并充分利用好信息技术，调动学生积极性、活跃课堂气氛，让学生养成良好习惯，并引导学生不断总结适合自身的学习方式，善于发现生活中的数学问题，在不断地解题和练习中总结和概括，提升综合能力和数学思维。

b）集卡/AGV/跨运车将货物运到堆场（水平运输）。

c）场桥（轨道吊/轮胎吊）卸货/装货到集卡（垂直运输）。

d）进/出海关闸口（外集卡，水平运输）。

译文：The analysis is carried out according to the universal standard and general features of English abstracts,chiefly from the linguistic and the stylistic aspects.

传统/现代港口作业方式主要存在如下问题。

a）运营效率问题。港口的重要基础设备包括码头泊位、作业机械、堆场、仓库、航道和锚地等，设施的利用程度直接影响港口的整体运营效率，港口基础设施利用越充分，港口效率就越高，这带来了365×24 h不间断作业的要求。

b）人工成本问题。岸桥吊/龙门吊/集卡等设备，24 h 作业要求有3 名作业人员轮换，对作业人员数量需求大；龙门吊司机技能要求高，培训时间长，是特殊工种，作业人员招工难度高。近年来一些港口企业的平均年人工成本的增长幅度超过10%，占总成本的比例达到了1/3。

c）安全问题。港口为临海环境，气候条件较恶劣；作业人员需在30 m 高的龙门吊操控室连续作业；作业人员需长期低头作业，极易疲劳。以上各种风险因素容易造成安全问题，从而影响港口运营。

每个实训模块可配备实训提升项目，就是教师考虑到学生的知识水平和学习素质方面存在差异，设置拓展和课外的任务，引导学生巩固已学的知识，对新知识进行运用。这些任务可以让学生通过互助的方式来完成，发挥各个阶段学生的主动性和积极性。

2.2 主要场景

基于以上分析，智慧港口现阶段最主要的诉求为：降低劳动强度，降低人工成本；提高生产安全，改善工作环境；减少天气因素影响，全天候24 h 作业。结合港口的作业流程，将5G 引入智慧港口的建设中，主要应用场景如下。

a）垂直运输系统远程控制：岸桥远控，场桥远控（龙门吊）。

b）水平运输系统自动驾驶：AGV，无人驾驶内集卡。

本文主要研究5G 引入垂直运输系统远程控制的解决方案。

本文使用层次分析法评价各个员工对民营企业社会责任满意度集因素的权重，以及一级、二级准则层的权重，具体结果可参见表3 所示。

2.3 业务需求

业务实现方式：静态IP 地址+QoS。采用静态IPv4设计，在开卡时绑定特定IPv4 地址，终端每次激活会话后IP 地址固定不变，方便港区内远程控制服务器根据IP地址与终端进行业务交互。

港口龙门吊远程控制业务的典型示意如图3 所示。

为了衡量解的优劣,精英档案策略引入了密集距离概念,通过删除密集距离较小的解即处在密集位置的解,以限制档案的成员数量。而且通过比例选择的方法为每个粒子选取全局最优,即Pareto最优解中存在的密集距离越大的解会有更大的概率被选为全局最优的粒子。

图3 港口龙门吊远程控制业务示意

位于港口中控室（远程控制中心）的操作人员获取码头运营系统下发的调度任务后，根据堆场现场龙门吊实时回传的高清视频了解周边状况，通过操纵杆的可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）来远程实时控制龙门吊及其抓手的移动操作、抓手抓取/放开等操作，实现集装箱的堆放与转运。

a）货船到岸，通过岸桥装卸（垂直运输）。

2.3.2 网络需求

龙门吊远控对5G 专网的网络需求主要是控制命令的下发及10～12 路摄像头视频回传，具体指标要求如下。

a）PLC：下行速率为100 kbit/s；时延及可靠性为30 ms@99.99%。

在电气工程中，首先要做的是确定电气工程中电压等级的选择，以获得节能效果。例如，当前通用电气工程中的中压配电电压为10kV或者20kV，低压配电电压为220V或380V[6]。对于电压的选择，需要进行全面考量。电压选择与许多因素有关：一是国家电网在当地的供电设备的特点；二是电气工程中的电源电路数量；三是电力用户的计算电压容量；四是电气工程所在地区的发展水平。高压电网和低压电网在选择时也有不同：选择低压配电网的情况是用户的电力用于低功耗；选用高压配电网的情况是用户的计算能力，电气设备，单电源仪表电源的距离和计算负荷超过一定的范围内。在电压选择过程中，需要参考上述要求选择正确的电压以避免浪费。

b）2K 摄像头：上行速率为60 Mbit/s；时延及可靠性为50 ms@99.9%。

c）普通摄像头：上行速率为40 Mbit/s；时延及可靠性为50 ms@99.9%。

若把英语例句中的主谓语结构不加以转换，直译成“1919年的五四运动目睹了新红学的开端……”，就会造成译文不太符合汉语中“以人为主”的思维，显得佶屈聱牙，因此这里在翻译时对英语原文进行了一些处理，将该句中的主谓语结构转换成了汉语中的状语，使得译文更加切合汉语思维，如此，中国读者读起来便不会觉得拗口了。

2.3.3 组网方案

目前港口场桥等港机设备采用L2/L3 协议混传（控制信号采用Profinet/S7等协议，视频信号采用TCP/UDP/IP 协议），采用5G 专网来承载远控信号时，需要在5G 接入的CPE 前端新增AR 路由器建立层二或层三隧道。同时还需从信号传输、时延以及可靠性等维度来考虑组网方案。

a）信号传输考虑：为降低控制信号时延，避免影响港机远控效果，组网方案中监控视频和控制信号通过不同的隧道进行分离传输。

b）时延考虑：5G 场吊远控方案通过UPF 下沉到港区进行部署，降低PLC 控制信号端到端时延。同时，无线空口采用RB（Resource Block）预留及低IBLER（Initial Block Error Rate）方案，以优化时延及提升低时延稳定性。

钾是肥力三要素之一，不仅是植物生长发育所必需的营养元素，而且在生物物理和生物化学方面有重要作用，对植物体内同化产物的运输和能量转变，也有促进作用[13]。

这就相当于将被测物体人为移动至质心与(r0，θ0)重合处重建，当Δξ=ξi时，相当于将被测物体质心移动至原点。

港区内设置1 对入驻A 设备，与上联STN-B 按规范组接入环，与DCGW通过trunk口对接。

a）采用SA 专网方式进行组网，根据港口容量需求，建设若干个站点和小区；AAU 均部署在码头内的灯杆上，BBU部署在码头内机房。

3 网络解决方案

3.1 总体组网方案

基于运营商省级集中部署的5GC 进行5G 核心网信令承载，港区内远控数据通过CPE 上联到5G 基站，港区下沉UPF进行港区数据就近分流卸载，通过N6接口访问港口远程控制系统。基于容量和覆盖要求进行无线网络设计，通过空口时延优化、UPF下沉实现超低时延（见图5）。

图5 总体组网架构

3.2 网络解决方案

3.2.1 无线解决方案

5G龙门吊远控组网方案如图4所示。

b）无线频段采用3.5 GHz+3.6 GHz 双频组网，3.5 GHz（7D3U）小区单用户上行双流理论峰值约为378 Mbit/s；考虑多用户接入和码头业务场景，单小区上行容量按240 Mbit/s 规划，双载波组网上行容量可超过400 Mbit/s，能够满足客户业务需求。

c）专网基站采用CRAN 方式组网，前传网采用双eCPRI口连接，满足容量和备份需求。

d）为了实现高可靠、低时延，开启上行预调度，调整预调度时长和资源大小，以保证端到端时延控制在30 ms以内。

3.2.2 核心网解决方案

部署方案：UPF 下沉至港区机房，数据不出港区，满足低时延业务需求；同时也减少了港区摄像头视频流量对骨干承载网资源的占用。

分流方案：针对港区内专网业务，规划1个专用切片进行港区专网业务和公众公网业务数据的隔离。不同类型5G 终端接入5G 基站后，将公网业务和专网业务映射到不同切片。港区内用户终端附着激活后由省中心SMF 根据“S-NSSAI+园区DNN”选择下沉至港区UPF 作为主锚点，对港区业务进行本地流量卸载，保证港区用户业务真正不出园区。

2.3.1 作业流程

通过港区远控业务需求分析，在港区的这个专用切片内，监控摄像头业务签约默认5QI=9，PLC 远程控制对交互实时性要求高，优先级相对高，签约5QI=6。

3.2.3 承载网解决方案

c）可靠性考虑：龙门吊业务为港口核心作业流程之一，对5G 网络可靠性要求很高，可部署终端双发选收方案来保证5G链路传输可靠性及低时延稳定性。

入驻A 与STN-B 之间配置主备L2 PW 隧道，在STN-B上做L2+L3终结。

DCGW 与港区远程控制系统网络通过10GE 光纤拉通，实现N6流量不出港区（见图6）。

图6 承载组网架构

3.2.4 终端（CPE）解决方案

如图7 所示，对龙门吊PLC 远控数据采取空口链路级保护技术——双发选收，支持双发选收的终端（CPE）将PLC 流数据包复制之后，把原始包和复制包通过2 条无线空口链路同时上传，所有的数据包送到UPF，由UPF处部署的网关功能对数据包进行缓存、排序、去重复操作，恢复原始的数据流。以实现先到的数据包先处理，后到的数据包则丢弃，从而解决丢包跳控问题，在保障业务高可靠运行的同时保障业务低时延。

图7 终端双发选收解决方案

由于龙门吊PLC 远控数据流量较小，虽然占用了2 条空口链路进行数据包传输，但对基站整体带宽的占用影响不大，且在现场采用双发选收方式后进行测试，全程无丢包现象及跳控现象，能满足PLC 远程控制的需求。

3.3 业务测试情况

5G+智慧港口场景除了关注覆盖等性能指标外，更加聚焦业务的可用性，包括容量和业务质量等。

3.3.1 覆盖测试

测试结果显示，整个港口区域无线覆盖率达到99.97%，平均SINR 为14.5 dB，其中RSRP 大于-85 dBm 以上的比例达到99.48%，SINR 大于5 dB 以上的比例达到92.8%，整个港区达到优质覆盖。

3.3.2 容量测试

在港口各区域内选择多个点位进行测试，4 台终端同时做FTP 上行业务，保持1 min 以上，取4 台终端的平均速率为该点位速率。经测试，各区域单用户带宽和总带宽需求都满足港口各业务上行容量需求。

3.3.3 时延测试

“昆北”阴平声字“家”的唱调（《紫钗记·折柳》【寄生草】“可笑自家”，761），该单字唱调的过腔是。其中的即第一节级音性过腔，即第二节主调性过腔，由此构成的也是“级音+主调”两节型过腔。

在港区各区域测试的平均时延为26 ms，满足港区远程控制小于30 ms的时延要求。

4 结束语

本文研究的某码头智慧港口5G SA 网络部署方案，基于5G+智慧港口行业应用场景，构建5G+网络切片专网，融合5G 龙门吊远控、5G 智能集卡等典型应用，形成满足智慧港口应用需求的5G SA网络方案，树立了5G 智慧港口行业应用示范标杆。在现阶段智慧港口融合应用平台成熟运营的基础上，未来还可以融合智能理货、360°作业综合调度等典型应用。