5G終端的遠(yuǎn)程運(yùn)維管理思路

（亞信科技（中國）有限公司 江蘇 210002）

ITU 最初在對3G和4G技術(shù)進(jìn)行解讀時，是以人的基本需求為核心明確有關(guān)于移動速率以及傳輸峰值速度指標(biāo)，而到了5G階段，ITU所提出的技術(shù)需求變化為多邊形，在高速通信需求之外還多出了大規(guī)模機(jī)器通信以及低延遲通信兩方面。5G時代需要針對復(fù)雜化和多樣化的應(yīng)用場景開展運(yùn)維管理，這其中很難找到一種適合所有場景的通用方案，目前普遍做法是使用量身定做的運(yùn)維管理策略。但是，主機(jī)網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本與運(yùn)維成本節(jié)節(jié)提升與收入的差距逐步擴(kuò)大，需要一種能應(yīng)對大部分?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理需求并且運(yùn)維成本較低的技術(shù)方案來緩解投資上的壓力。

1 5G移動通信系統(tǒng)

（1）概述

目前，世界范圍內(nèi)已經(jīng)全面完成4G 部署，5G移動通信系統(tǒng)也在緊鑼密鼓地進(jìn)行著部署，并且已經(jīng)有大量的實際應(yīng)用走進(jìn)大眾的生活，與4G系統(tǒng)相比，5G系統(tǒng)無論在用戶體驗層面，還是技術(shù)層面上都有著質(zhì)的飛躍，尤其在峰值速度、頻譜效率、覆蓋面、延遲以及穩(wěn)定性等能力上有顯著的增強(qiáng)（表1）。由此可見，5G在未來會對虛擬現(xiàn)實VR、線上游戲、物聯(lián)網(wǎng)等各個方面提供強(qiáng)力技術(shù)支持。

表1 Next Generation Mobile Networks 定義的5G標(biāo)準(zhǔn)

（2）5G技術(shù)發(fā)展及預(yù)期

最初展開5G技術(shù)的研究的是美國NASA，2008年由NASA 提出了有關(guān)于5G的概念，然后日本、歐洲以及中韓等世界重要經(jīng)濟(jì)體開始了5G技術(shù)的研究。我國的通信技術(shù)起步落后于發(fā)達(dá)國家，但經(jīng)過了從1G到4G技術(shù)的不斷實踐研究，我國在移動通信技術(shù)與業(yè)務(wù)發(fā)展上開始走在了世界的前端。2013年，我國正式成立了IMT-2020工作小組，參與到5G移動通信標(biāo)準(zhǔn)制定中，在5G需求以及技術(shù)識別等方面與世界各國產(chǎn)生共識。在國際標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，我國主導(dǎo)研究的5G核心技術(shù)也納入相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)中，引導(dǎo)了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。2018年，華為與中興合作在5G核心技術(shù)驗證方面已投入數(shù)十億美元，并且成功地完成了核心技術(shù)深度試驗，5G通信技術(shù)已經(jīng)開始大規(guī)模部署。

5G終端設(shè)備主要是指裝載有5G通信芯片的設(shè)備，從廣義上說包括但不僅局限于手機(jī)終端，同時包括無人駕駛汽車相關(guān)通信控制器，遠(yuǎn)程醫(yī)療設(shè)備通信設(shè)備，4K VR設(shè)備、5G移動互聯(lián)網(wǎng)關(guān)設(shè)備等。海量的裝配有5G通信芯片的設(shè)備對于遠(yuǎn)程運(yùn)維管理而言帶來了前所未有的挑戰(zhàn)，因此，需要構(gòu)建出新一代的快速、可靠、低成本、服務(wù)于大量機(jī)器與物體的遠(yuǎn)程管理方案與技術(shù)來解決5G場景的終端管理難題。

（3）5G相關(guān)終端遠(yuǎn)程運(yùn)維管理面臨的挑戰(zhàn)

通信網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展已經(jīng)對人們的生活產(chǎn)生改變，在5G技術(shù)的推動下互聯(lián)網(wǎng)將走向業(yè)務(wù)融合多樣化以及終端形態(tài)多樣化的發(fā)展模式，通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)規(guī)模也將會爆炸式增長。在5G通信技術(shù)環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)好比城市里的交通體系，道路不斷在拓寬增建，路上的車輛數(shù)量呈指數(shù)級的增加，相應(yīng)的紅綠燈、監(jiān)控等交通管理基礎(chǔ)設(shè)施也隨之膨脹式增加。隨著網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變得更加復(fù)雜，3G、4G、5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將會互相疊加，業(yè)務(wù)形態(tài)以及服務(wù)要求也越來越多樣化?？梢灶A(yù)見單一故障將會影響到越來越廣的范圍，導(dǎo)致故障的最終呈現(xiàn)形式也越來越多樣，對于網(wǎng)絡(luò)終端引起的故障溯源定位則會越來越困難，再加上5G終端運(yùn)維管理人才稀缺，遠(yuǎn)程運(yùn)維管理方案與技術(shù)迫切需要進(jìn)行對應(yīng)的變革。

2 5G終端遠(yuǎn)程運(yùn)維管理發(fā)展現(xiàn)狀

（1）運(yùn)維從CT 走向IT

5G系統(tǒng)對于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境帶來的最大變化就是會通過龐大的連接范圍以及高速率將通信網(wǎng)絡(luò)變?yōu)辇嫶蟮腎T網(wǎng)，使得通信業(yè)務(wù)需要向著數(shù)字化方向全面轉(zhuǎn)型，對于運(yùn)維管理來說，需要從CT 轉(zhuǎn)為IT 運(yùn)維，5G時代的運(yùn)維管理會由云原生以及DevOps 進(jìn)行驅(qū)動，通過保證軟件開發(fā)、技術(shù)運(yùn)營和質(zhì)量維護(hù)三方面的合作，形成5G終端與局端設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)開發(fā)部署的專有DevOps 體系（圖1）。

圖1 DevOps 圖示

（2）運(yùn)營商業(yè)務(wù)上線時間長

目前，5G設(shè)備運(yùn)維管理工作中存在著新業(yè)務(wù)上線時間過長的問題，這是運(yùn)營商方面需要緊密結(jié)合DevOps的因素之一。從傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)上線工作步驟來看，需要經(jīng)過ITU標(biāo)準(zhǔn)、測試、工信部審核、網(wǎng)元測試等，大概需要半年以上的時間。而在5G技術(shù)到來之際，其復(fù)雜性相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有了更高的增長，在硬件架構(gòu)產(chǎn)生了巨大改變的基礎(chǔ)上，運(yùn)營商需要不斷提高5G自維能力，才能有效縮短業(yè)務(wù)上線周期，贏得競爭的主動權(quán)。

（3）全云化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

隨著云時代的到來，業(yè)務(wù)云化導(dǎo)致應(yīng)用層面呈現(xiàn)出極大的靈活性和不確定性，過去的網(wǎng)絡(luò)部署邏輯已被徹底打破。電信運(yùn)營商或第三方集成商需要利用DevOps 工具平臺，快速新增入網(wǎng)設(shè)備、應(yīng)用模塊以及策略規(guī)則，面向最終消費(fèi)者提供更加豐富和靈活的綜合服務(wù)。

首先全云化網(wǎng)絡(luò)使傳統(tǒng)的運(yùn)維管理工作向著IT 運(yùn)維進(jìn)行全面轉(zhuǎn)型，對整體運(yùn)維體系帶來較大影響；其次在工具手段方面，未來的運(yùn)營商需要將設(shè)備廠家進(jìn)行聯(lián)合，利用規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對終端設(shè)備的互聯(lián)互通進(jìn)行保障，通過有效的專家系統(tǒng)和知識庫能力設(shè)計更為合理高效的運(yùn)維處理流程；最后在可用性方面，網(wǎng)絡(luò)云化勢必會帶來穩(wěn)定性、安全性等方面的新問題。例如，在VM上引入容器化內(nèi)核共享會存在較大安全風(fēng)險，這些都需要依靠正確的運(yùn)維系統(tǒng)和工具、安全管理流程以及精準(zhǔn)預(yù)測進(jìn)行解決。

3 5G終端運(yùn)維管理案例分析——城市軌道交通

3.1 軌道交通運(yùn)維管理面臨的挑戰(zhàn)

（1）發(fā)展迅速

截至2018年底，我國正式投入運(yùn)營使用軌道交通的城市達(dá)到了35個，共有軌道交通線路185 條，總運(yùn)營長度5872.5 公里。同時，軌道交通規(guī)劃并在實施動工的城市共達(dá)到61個，規(guī)劃路線長度為7722 公里，總體來說投入使用以及在建規(guī)模持續(xù)增長。

（2）缺乏專業(yè)運(yùn)維人員

我國城市軌道規(guī)模不斷提升，與此同時人才缺口也越來越大，因為不同軌道交通子系統(tǒng)復(fù)雜多樣，相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)十分困難，在短時間內(nèi)無法滿足我國軌道交通對于人才的需求。再加上持續(xù)不斷提高的勞動力成本，已無法通過快速增加專業(yè)人才數(shù)量或者延長勞動時間解決運(yùn)維問題，這對軌道交通運(yùn)維管理來說是一大挑戰(zhàn)。

（3）軌道交通系統(tǒng)復(fù)雜

城市軌道交通每天承載了大量的城市居民，其龐大的客流量體系相應(yīng)的帶來了復(fù)雜的系統(tǒng)，包括運(yùn)輸組織以及運(yùn)維管理系統(tǒng)就達(dá)到了十多個，例如電力、新號、通訊、給排水、通風(fēng)乃至空調(diào)等，并且不同的系統(tǒng)下又分布著許多子系統(tǒng)，包含了各式各樣的系統(tǒng)設(shè)備型號，在設(shè)備上既有先進(jìn)的LTE設(shè)備，又有傳統(tǒng)的繼電器設(shè)備。從系統(tǒng)節(jié)點來看，軌道交通擁有著非常分散的節(jié)點，一輛普通的地鐵就達(dá)到了20KM的區(qū)間，實施有效的監(jiān)控保障和整體管理控制的難度較大。

（4）運(yùn)維管理集成化

不同的系統(tǒng)會占據(jù)不同的運(yùn)維管理資源，在城市軌道交通中包含的機(jī)電系統(tǒng)、門梯系統(tǒng)、FAS 以及通信系統(tǒng)等分別要求用不同的運(yùn)維方式以及規(guī)劃進(jìn)行管理，從而極大地提高運(yùn)維管理難度。以往的運(yùn)維管理大部分是被動的人工檢查，缺少智能化系統(tǒng)支持，這是在5G技術(shù)體系下城市軌道交通運(yùn)維管理需要作出的改變。

3.2 5G與物聯(lián)網(wǎng)融合在軌道交通運(yùn)維管理中應(yīng)用

具備5G通信能力的終端以及通信基礎(chǔ)設(shè)施帶來的不僅是高穩(wěn)定性與高效率通信，還包含了大規(guī)模機(jī)器通信技術(shù)，依靠其強(qiáng)大的接入能力提高了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平，有助于解決城市軌道交通運(yùn)維管理問題，同時5G單位比特數(shù)據(jù)成本以及功耗都有所降低，能夠更好節(jié)省軌道交通運(yùn)維管理成本。

（1）遠(yuǎn)程規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)

5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)有力的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能，可以用來對軌道交通不同系統(tǒng)與設(shè)備模塊進(jìn)行監(jiān)控，并在無線網(wǎng)絡(luò)的加持下可以妥善的降低采集監(jiān)控點的部署難度。對于軌道交通物聯(lián)網(wǎng)來說會極大提升運(yùn)行效率，同時大量已部署的設(shè)備能夠通過加載5G通信模塊升級加入智能化系統(tǒng)，有助于實現(xiàn)基于5G通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（2）智能數(shù)據(jù)采集功能

由于在城市軌道交通體系中存在著多樣化的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)對于運(yùn)維管理的需求也存在較大差別，因此可以利用5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)對不同系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)服務(wù)需求進(jìn)行分類，匹配與之相對應(yīng)的帶寬、網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)延遲以及QoS 等相關(guān)參數(shù)，根據(jù)實際的業(yè)務(wù)分配網(wǎng)絡(luò)配置，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)處理能力。此外，利用大數(shù)據(jù)能力與AI 分析能力，對采集的運(yùn)維管理數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，解決系統(tǒng)的性能瓶頸以及優(yōu)化系統(tǒng)配置成本。

（3）可視化管理

5G與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系促生了VR/AR的發(fā)展，并且能夠?qū)⑦@兩項技術(shù)投放到城市軌道交通運(yùn)維管理領(lǐng)域中。管理人員能夠在軌道交通管理辦公室利用VR設(shè)備以及現(xiàn)場的SR設(shè)備，對不同系統(tǒng)以及模塊做出狀態(tài)檢修、在線維護(hù)等。特別是在運(yùn)維管理過程中會存在許多安裝以及線路改設(shè)過程，這種工作需要比較復(fù)雜的步驟，容易產(chǎn)生誤工或者返工。在VR/AR的臨場體系以及互動效果下，可以幫助工作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程精細(xì)工作，降低人力成本以及操作難度。

（4）空間定位監(jiān)督

射頻識別是物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一，RFID 能夠在5G系統(tǒng)的支持下對軌道交通工作人員以及設(shè)備進(jìn)行空間定位，幫助運(yùn)維管理過程中實現(xiàn)設(shè)備設(shè)施與人員的調(diào)度。隨著技術(shù)的不斷推進(jìn)，可以在RFID的支持下實現(xiàn)自主移動機(jī)器人作業(yè)，并且能夠利用RFID對運(yùn)維過程中所產(chǎn)生的成本進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)而保證整個運(yùn)維管理過程形成閉環(huán)體系。

4 結(jié)語

綜上所述，技術(shù)復(fù)雜的5G網(wǎng)絡(luò)，在滿足了需求多樣性的同時，還對于無線傳輸、互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)以及終端運(yùn)維等都帶來了一定挑戰(zhàn)。本文以5G和物聯(lián)網(wǎng)融合在軌道交通運(yùn)維方面的應(yīng)用為例展開研究，進(jìn)一步分析了5G支撐下設(shè)備運(yùn)維管理工作的智能化、自動化改革，對5G終端設(shè)備的遠(yuǎn)程運(yùn)維管理工作提供了重要借鑒?？偠灾?G會將終端運(yùn)維管理從CT 帶向IT，而在全云化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下也引領(lǐng)著運(yùn)維工作的效率與精準(zhǔn)性提升，DevOps 會持續(xù)促進(jìn)垂直行業(yè)應(yīng)用，帶來5G終端運(yùn)維系統(tǒng)的革新。