5G確定性網絡打造智慧港口助力港企數字化轉型
2020-07-01 13:46 來源：通信世界網
港口是實現海陸物流輸送的樞紐。據統計，全球貿易總額的2/3將經過港口。近年來，港口吞吐量隨全球經濟增長逐年增加，為港口帶來了新的挑戰和壓力，如人力成本攀升、勞動力資源短缺等。
以對產業升級最為迫切的吊車控制為例，傳統龍門吊司機是特殊工種，在30～70多米高的司機室工作，條件十分艱苦，容易罹患多種職業疾病。港口為保證24小時作業，每臺龍門吊配備3名司機輪換，一個傳統碼頭通常需要配備上百名龍門吊司機，人力需求量大且因作業環境艱苦，招工難問題愈趨嚴重。
智慧港口是未來港口發展的必然趨勢，通過遠程控制、自動控制、自動駕駛、智能監控等技術以實現降本增效成為全球港口的共同訴求。同樣以吊車控制為例，實現遠程操控后，輪胎吊場景下的操控員的人機比例提高，不僅使勞動力需求大幅降低，工作環境也將得到了大幅改善，從而徹底解決了招工難問題。除了吊車控制之外，港口待實現的智慧化場景還有高效自動駕駛的IGV（用于取代人工駕駛集卡）或基于4G網絡的AGV（自動導引小車）、機器視覺智能監控、遠程輔助維修等。這些智慧化場景將進一步緩解港口的勞動力需求壓力，大幅提高港口作業效率。
港口智慧化的剛需
港口企業需構建能夠匹配上述諸多應用需求的通信網絡，作為其實現自動化、智能化產業升級的基礎設施。過去，港口主要采用固定網絡（光纖、波導管）構建通信基礎設施，部署及運維成本高，移動性差，Wi-Fi則存在覆蓋能力弱、穩定性與可靠性差等問題。傳統通信技術的局限性增加了新建港口實現數字化的成本，降低了應用場景的靈活性，為老港口的轉型升級帶來了難以克服的障礙。5G的到來，為全球港口產業升級帶來了新的機會。智慧港口對5G網絡的訴求可以提煉為如下三大方面。
首先是差異化（Differentiated）。智慧港口中的應用場景豐富，各類應用對5G網絡的訴求各有不同。遠程操控、自動駕駛場景要求網絡提供大帶寬、低時延能力，視頻監控場景要求高上行帶寬及低時延的AI分析，智能理貨場景則需求大連接能力。如果仍然沿用2G/3G/4G時代“一網打天下”的無區別網絡能力來滿足這些訴求，勢必會造成不必要的資源浪費。而差異化的網絡能力可以按需匹配應用場景的需要，具有更高的靈活性和性價比。
其次是專屬性（Dedicated）。港口企業特別重視數據安全和網絡安全，特別是進行智能化升級之后，碼頭的正常運營都依賴于網絡的可靠性，網絡一旦出現問題，將造成碼頭所有設備的停產，這對碼頭來說是不可接受的。同時，運營數據是港口保持競爭力的關鍵信息資產，因此港口要求保證運營數據的絕對安全。這就需要專屬網絡保證網絡和數據的隔離，實現專網專用，數據不出港口。
最后是自助性（DIY）。當前港口通信和控制網絡存在調測和開通周期長、網絡運行情況無法追蹤等問題，需要可DIY的自助網絡，以響應快速變化的業務需求以及滿足網絡監測的便利性。基于差異化、專屬性、自助性這3個維度構筑的網絡，正是5G確定性網絡（5G Deterministic Networking，5GDN）。即
利用5G網絡資源打造可預期、可規劃、可驗證、有確定性能力的移動專網，提供差異化的業務體驗。5G確定性網絡基于行業需求孕育而生，能夠很好地匹配港口企業數字化轉型的訴求。
5G確定性網絡
打造智慧港口應用示范振華重工聯合中國移動、華為公司以及上海港務集團在上海洋山深水港實現了5G智慧港口應用示范項目，于2020年完成了輪胎式龍門吊遠程控制的首批可行性驗證。
上海洋山深水港位于杭州灣口外的崎嶇列島，由小洋山島域、東海大橋、洋山保稅港區組成，是中國大型和特大型深水泊位最多、大型船舶掛靠最多的港口之一。中國移動、華為公司通過5G MEC、切片等技術為上海洋山港打造5G確定性網絡，成功為港口中對移動性訴求最強烈的輪胎龍門吊實現了遠程化控制。具體的實現方式是通過在吊車上安裝高清攝像機，回傳多路1080 P的視頻畫面到控制中心，遠程操控員再根據這些現場傳回的畫面對吊車實施遠程操控，完成吊具精準移動、抓舉集裝箱等操控動作。由于吊車的構造不同，安裝的攝像機數量各有不同，若按平均每臺輪胎吊安裝6臺攝像機，視頻畫面分辨率為1080P來計算，單臺吊車需要大約35Mbit/s的上行帶寬。在時延方面，為保證操控的精準性，5G網絡端到端時延不能超過30ms；在數據安全性方面，5G確定性網絡中的5G MEC實現了視頻流、控制指令等業務的本地卸載，確保低時延能力的同時還滿足了數據不出港口園區的安全性需求，保障了港口運營數據的安全性。
洋山港的成功實踐證明了5G確定性網絡能夠滿足港口輪胎龍門吊遠程操控場景的各項訴求，未來有望徹底替代固定網絡，賦予輪胎龍門吊堪比純人工現場駕駛的高度移動性和靈活性，從而提高龍門吊轉場率，達到更高的使用效率。實現遠程操控后，人機比例可由純人工操作狀態下的1:1提升至1:4，不僅操作環境得到改善還降低了勞保成本，使得綜合人力成本有望下降70%，同時大大提高了港口無人化水平，達到了更高的安全性。在寧波港梅山碼頭，振華重工、中國移動和華為也合作實現了基于5G的輪胎吊遠程控制測試，通過MEC部署，控制信號平均時延從28ms進一步下降到了10ms。
振華重工正攜手華為在更多港口開展積極實踐，以期將在中國獲得的寶貴經驗復制到全球。目前，泰國、阿曼的國際貨柜碼頭正在開展基于5G確定性網絡的輪胎吊遠程操控實踐，全球越來越多的港口啟動了同類項目的規劃。除了遠程操控這一對5G確定性網絡需求最為強烈的應用場景之外，還包括港口中其他（例如IGV通信、視頻監控、機器人/無人機巡檢、智能理貨等）場景。
未來，振華重工、華為將攜手全球領先運營商，持續幫助港口進行自動化、智能化升級，利用5G推動港口信息化、自動化，打造“綠色、環保、高效”的智慧港口。（作者：單磊 上海振華重工智慧產業集團技術研發中心總經理）
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