淺談“5G云+行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)”
——從協(xié)同到融合

吳宇慶 王屹

湖北郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 湖北 武漢 430022

引言

2020年9月國(guó)家發(fā)展改革委、科技部、工業(yè)和信息化部、財(cái)政部聯(lián)合發(fā)布的發(fā)改高技〔2020〕1409號(hào)文《關(guān)于擴(kuò)大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)投資 培育壯大新增長(zhǎng)點(diǎn)增長(zhǎng)極的指導(dǎo)意見(jiàn)》要求：加快推進(jìn)基于信息化、數(shù)字化、智能化的新型城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；實(shí)施中小企業(yè)數(shù)字化賦能專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)，推動(dòng)中小微企業(yè)“上云用數(shù)賦智”；鼓勵(lì)龍頭企業(yè)建設(shè)“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造示范工廠，建立高標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。但是以目前工業(yè)園區(qū)既有的信息專(zhuān)網(wǎng)為例，存在的問(wèn)題可以歸納為以下幾點(diǎn)：①工業(yè)園區(qū)專(zhuān)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無(wú)法滿(mǎn)足新業(yè)務(wù)需求，傳統(tǒng)層級(jí)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)影響了信息交互的效率，網(wǎng)絡(luò)部署和管理會(huì)變得復(fù)雜；②工業(yè)園區(qū)專(zhuān)網(wǎng)以滿(mǎn)足辦公和生產(chǎn)相關(guān)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用為主，帶寬、覆蓋率、穩(wěn)定性不足以支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用；③工業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)普遍存在異構(gòu)性，網(wǎng)絡(luò)接口不同，嚴(yán)重制約著專(zhuān)網(wǎng)的升級(jí)改造;④缺乏工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全保障體系；⑤行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)規(guī)模相對(duì)較小且較為分散，研發(fā)投入不足，高安全、高穩(wěn)定、低成本等特點(diǎn)均限制了行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)的更新?lián)Q代。

工信部為充分發(fā)揮5G新型基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)模效應(yīng)和帶動(dòng)作用，2020年3月發(fā)布〔2020〕49號(hào)文《關(guān)于推動(dòng)5G加快發(fā)展的通知》，一共十八項(xiàng)措施中涉及行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)獨(dú)占四項(xiàng)：5G+醫(yī)療健康、5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G+車(chē)聯(lián)網(wǎng)、5G應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)。國(guó)家層面釋放的這些積極信號(hào)表明行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)是5G技術(shù)重要應(yīng)用場(chǎng)景。除了廣大大眾已經(jīng)熟悉的“增強(qiáng)移動(dòng)寬帶”、“海量大連接”、“低時(shí)延高可靠”外，5G 的愿景與需求還有“5G引入了云化架構(gòu)和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變革”：5G 目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)包括了接入云、控制云和轉(zhuǎn)發(fā)云三個(gè)邏輯域（本文以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“5G云”），因此“5G云”是通信技術(shù)與信息技術(shù)的深度融合產(chǎn)物，一方面將顯著節(jié)約建網(wǎng)成本，另一方面助力業(yè)務(wù)快速上線、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)收和可持續(xù)發(fā)展，因此采用“5G云+行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)”解決方案（本文以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“云網(wǎng)”）成為企事業(yè)單位行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)當(dāng)前演進(jìn)的優(yōu)先選項(xiàng)。

1 關(guān)鍵技術(shù)

5G云的設(shè)計(jì)融入了 SDN（Software Defined Network軟件定義網(wǎng)絡(luò)）、NFV（Network Function Virtualization網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）、MEC（Multi-access Edge Computing多接入邊緣計(jì)算）的核心思想。

SDN的核心思想是將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行分離、并實(shí)現(xiàn)可編程化控制。SDN由應(yīng)用層、控制層和基礎(chǔ)設(shè)施層組成，其三大特征是控制轉(zhuǎn)發(fā)分離、控制層進(jìn)行邏輯集中控制、控制層向應(yīng)用層開(kāi)放應(yīng)用接口[1]。

在過(guò)去的十年中，軟件和硬件分離以及基于云的解決方案在IT領(lǐng)域的應(yīng)用改變了通信行業(yè)，通過(guò)虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用和軟件環(huán)境與底層硬件資源解耦是IT行業(yè)這一轉(zhuǎn)變的主要原因。使用虛擬化技術(shù)可以在同一平臺(tái)上部署多個(gè)虛擬機(jī)，這些虛擬機(jī)通過(guò)可控的、有效的和靈活的方式對(duì)硬件資源進(jìn)行共享，虛擬交換機(jī)可以實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)之間安全通信[2]。

以控制面與數(shù)據(jù)面分離和控制面集中化為特征的SDN技術(shù)，以及以軟件與硬件解耦為特征的NFV技術(shù)的結(jié)合，能夠使5G網(wǎng)絡(luò)具有開(kāi)放能力、可編程性、靈活性和可擴(kuò)展性，是運(yùn)營(yíng)商為減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本以及場(chǎng)地占用、電力消費(fèi)等運(yùn)維成本而建立的系統(tǒng)[3]。

MEC可以視為一個(gè)位于接入云、控制云和轉(zhuǎn)發(fā)云三者邊緣運(yùn)行的云服務(wù)器。MEC有以下幾個(gè)方面特點(diǎn)：①本地部署：訪問(wèn)本地資源時(shí)可以與其他部分隔離開(kāi)運(yùn)行；②臨近性：由于靠近信息源、還可以直接連接到終端設(shè)備，MEC在捕捉關(guān)鍵信息用于大數(shù)據(jù)分析方面能夠起到大的作用。③更低時(shí)延：因?yàn)镸EC服務(wù)器接近終端，所以能大量的減少傳輸延時(shí)，這可以加快業(yè)務(wù)的響應(yīng)速度，從而提升業(yè)務(wù)部的體驗(yàn)或減輕局部網(wǎng)絡(luò)的擁塞。④位置感知：MEC也是接入云的一部分，本地業(yè)務(wù)能力允許利用無(wú)線信令中信息來(lái)確定每個(gè)在線設(shè)備的位置，這個(gè)特點(diǎn)產(chǎn)生了包括基于位置的信息相關(guān)的各種分析應(yīng)用等一系列場(chǎng)景[4]。

2 “5G云+行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)”的路徑

“5G云+行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)”的部署與運(yùn)營(yíng)還面臨著產(chǎn)業(yè)成熟度方面的不足，一方面由于既有行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)的技術(shù)體系相對(duì)多樣和分散，垂直行業(yè)的需求相對(duì)復(fù)雜和個(gè)性化，與之匹配的5G云之間的技術(shù)要求不完全清晰；另一方面，5G本身的網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算等還需要技術(shù)方面的進(jìn)一步成熟。綜合考慮之下，“5G云+行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)”解決方案可以分兩步走實(shí)現(xiàn)：云網(wǎng)協(xié)同、云網(wǎng)融合[5]。

第一階段是云網(wǎng)協(xié)同，特征是5G控制云和轉(zhuǎn)發(fā)云與既有行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)并存、彼此獨(dú)立。云網(wǎng)協(xié)同的初衷是快速滿(mǎn)足創(chuàng)新業(yè)務(wù)的靈活上線。

包括車(chē)聯(lián)網(wǎng)，AR（Augmented Reality增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)）、VR（Virtual Reality虛擬現(xiàn)實(shí)）、高清電視、4K超高清電視等生活?yuàn)蕵?lè)業(yè)務(wù)，或是智慧廣電、智慧水利、智慧港口、智慧物流、智慧市政、醫(yī)療健康、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等創(chuàng)新業(yè)務(wù)，都對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)延、安全提出了全新的要求。通過(guò)MEC的“對(duì)接”實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自動(dòng)化開(kāi)通和加載，而且MEC為云網(wǎng)提供了IT和云計(jì)算的功能，其更加靠近用戶(hù)、貼近業(yè)務(wù)，既是5G云的關(guān)鍵組成部分，也是5G云向行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)開(kāi)放能力重要載體，MEC無(wú)疑是實(shí)現(xiàn)“云網(wǎng)協(xié)同”的利器。網(wǎng)絡(luò)中各種信息，例如鄰近情況、環(huán)境和速度的信息都能轉(zhuǎn)化為價(jià)值，可能為業(yè)務(wù)與內(nèi)容提供商（OTT公司）和獨(dú)立的軟件開(kāi)發(fā)商創(chuàng)造商業(yè)機(jī)會(huì)，確保他們?cè)诟髯缘纳虡I(yè)模式中扮演互利的角色。應(yīng)用程序和業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)對(duì)MEC發(fā)展至關(guān)重要的，這些應(yīng)用程序可以充分利用MEC的功能，使用開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)和接口。專(zhuān)網(wǎng)及運(yùn)營(yíng)商將向第三方開(kāi)放了MEC環(huán)境，允許他們快速地部署面向用戶(hù)、公司等客戶(hù)群的創(chuàng)新性應(yīng)用和業(yè)務(wù)[6]。

因此在既有專(zhuān)網(wǎng)內(nèi)增加MEC中心是云網(wǎng)協(xié)同階段基本要求。MEC包括服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)施，建設(shè)周期一般1-2年，如果企事業(yè)單位需要盡早上線新業(yè)務(wù)，也可以通過(guò)租用的方式，利用光纜專(zhuān)線從運(yùn)營(yíng)商尋求PaaS（Platform as a Service平臺(tái)即服務(wù)）或IaaS（Infrastructure as a Service基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）。5G云似乎只是寬帶專(zhuān)線？事實(shí)上并非如此，運(yùn)營(yíng)商向?qū)＞W(wǎng)客戶(hù)提供一站式云網(wǎng)訂購(gòu)服務(wù)的背后，背后是基于SDN/NFV的網(wǎng)絡(luò)切片，涉及如端到端QoS優(yōu)先調(diào)度、專(zhuān)用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)名稱(chēng)、核心網(wǎng)功能要求、邊緣Iaas要求、邊緣Paas要求、無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)定制、核心網(wǎng)定制、能力開(kāi)放、開(kāi)通、計(jì)費(fèi)、安全等諸多方面的技術(shù)要求[7]。

第二階段是云網(wǎng)融合，特征是采用ITU標(biāo)準(zhǔn)的5G邏輯架構(gòu)完整，包括了接入云、控制云和轉(zhuǎn)發(fā)云三個(gè)域，與既有“異構(gòu)”專(zhuān)網(wǎng)在功能和服務(wù)范圍方面基本重疊和可替代。

云網(wǎng)融合的初衷是實(shí)現(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)與公網(wǎng)“同構(gòu)”，這有助于行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)將來(lái)演進(jìn)時(shí)的低成本、靈活性、便捷性。轉(zhuǎn)型后的行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)的重心在于發(fā)展數(shù)字化平臺(tái)應(yīng)用，聚焦深挖垂直行業(yè)需求、創(chuàng)造和引入行業(yè)融合應(yīng)用[8]。

因?yàn)?G創(chuàng)新應(yīng)用85%為室內(nèi)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)5G接入云覆蓋室內(nèi)區(qū)域是一個(gè)極佳切入點(diǎn)，通常采用“光纖/五類(lèi)線+5G小基站”建設(shè)模式，5G小基站成為承接室內(nèi)信息業(yè)務(wù)的載體，并通過(guò)MEC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)本地轉(zhuǎn)發(fā)和本地卸載。該5G云具備替代以前辦公所用電話線、網(wǎng)線、光纖、WLAN、藍(lán)牙和生產(chǎn)所用LoRa 、WLAN、ZigBee、ISA 100.11a、Wireless Hart、WIA FA/PA 等技術(shù)的能力。5G云利用虛擬化等技術(shù)，按需提供計(jì)算和存儲(chǔ)資源，實(shí)現(xiàn)了更高的自動(dòng)化水平，同時(shí)也使網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)部署更加靈活、更具有彈性、大大縮短的網(wǎng)絡(luò)功能和業(yè)務(wù)的創(chuàng)新周期，具有更強(qiáng)性能、支持?jǐn)?shù)據(jù)安全隔離，同時(shí)能夠直接提供高度個(gè)性化的業(yè)務(wù)：距離、連接、敏捷性和速度可以轉(zhuǎn)化為獨(dú)特的價(jià)值。對(duì)于應(yīng)用開(kāi)發(fā)商和內(nèi)容提供商，利用5G云提供的低時(shí)延和高帶寬的業(yè)務(wù)環(huán)境，以及可以直接訪問(wèn)的實(shí)時(shí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息，可以向用戶(hù)提供內(nèi)容相關(guān)的應(yīng)用程序和業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)往往能夠給用戶(hù)帶來(lái)差異化的移動(dòng)寬帶體驗(yàn)，移動(dòng)用戶(hù)的體驗(yàn)也可以基于射頻和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)得到極大的豐富和提高。例如AR/VR應(yīng)用場(chǎng)景就有機(jī)器視覺(jué)、工業(yè)巡檢、遠(yuǎn)程虛擬課堂、第二現(xiàn)場(chǎng)直播等創(chuàng)新業(yè)務(wù)。當(dāng)然這些新業(yè)務(wù)都需要高質(zhì)量的室內(nèi)覆蓋來(lái)保障。目前運(yùn)營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)覆蓋較為薄弱，“專(zhuān)網(wǎng)公用”允許將專(zhuān)網(wǎng)室內(nèi)覆蓋資源有償分享給四大運(yùn)營(yíng)商，實(shí)現(xiàn)更廣泛的共建共享。在云網(wǎng)融合階段，行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)可以結(jié)合運(yùn)營(yíng)商和應(yīng)用程序提供商創(chuàng)建新的商業(yè)機(jī)會(huì)，新的價(jià)值鏈和全新的生態(tài)系統(tǒng)中所有成員都能受益于更廣泛的合作[9]。

3 結(jié)束語(yǔ)

5G的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自IT和CT本身正從硬件為主體的封閉和剛性架構(gòu)向軟件化、虛擬化、云化的方向發(fā)展。無(wú)論云網(wǎng)協(xié)同還是云網(wǎng)融合都只是行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)演進(jìn)的路徑，行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級(jí)目的只能是支撐數(shù)字化應(yīng)用的要求，需要關(guān)注AI（Artificial Intelligence人工智能）這一關(guān)鍵技術(shù)。