5G專網在垂直行業的應用現狀與政策研究

袁衛平

國家計算機網絡與信息安全管理中心江蘇分中心

0 引言

5G帶來的“高速率”、“低延時”、“廣連接”三大特性開啟了萬物互聯網的新時代，將給產業和行業發展帶來巨大變革。未來5G發展的重點將不是面向大眾的普遍服務，而是垂直產業的差異化應用，以賦能千行百業數字化轉型。但5G建設和應用還處在起步探索階段，公網建設尚不完善，行業企業對安全性和創新的需求，使得5G專網應運而生。

1 5G專網的定義和特點

5G專網本質上是下一代局域網，通過5G技術創建一個具有統一連接性，提供最優化服務，在特定區域內實現安全通信的專用網絡。專網運營者對網絡擁有獨立管理權限，特別是能夠建立自己的安全策略，擁有更好的安全性和可靠性。5G專網具有如下基本特性：

可用性：高可用性意味著終端用戶可以始終使用該服務，任何系統操作和維護處于可控狀態，網絡停運時間幾乎為零，以確保最大的可用性。

可靠性：可靠性是指在預定的時間內以高成功概率傳輸定量業務的能力。它需要足夠的網絡覆蓋范圍和容量以及強大的切換功能。

網絡互通：確保與公網互通是一項重要功能。很多關鍵服務在從一個網絡遷移到另一個網絡時需要保證服務的連續性。

安全性：5G專網有望提供全面的端到端的安全性，以確保信息、基礎架構和人員免受威脅。企業還擁有數據主權，確保敏感信息保留在本地。

服務質量：服務質量包括網絡流量、延遲、抖動、丟包率等。使用專用頻譜運行的5G專網具有更高的可控性，可以針對專網部署中的特定需求量身定制不同服務的系統性能和資源使用策略。

2 5G專網應用和現狀分析

5G專網的應用主要聚焦在兩個層面：一種是行業專網，一種是企業私網。行業專網是公共安全和關鍵基礎設施領域的重要通信方式，以最大限度確保系統的穩定性、安全性，保障網絡高速暢通。行業專網用戶對于高帶寬、低時延和廣連接比普通用戶有更高的要求。專網用戶將能更好地借助5G產業鏈的優勢提升行業應用水平。5G專網還可以充當偏遠地區或重點場所網絡的補充，以滿足物聯網應用的需求。行業專網的目的在于有效提升公眾生活福祉，更好地促進經濟社會發展和保障民生。

企業私網是企業搭建的專屬網絡，不依賴公網或減少對公網的依賴，從而更好地滿足企業創新發展的需求。由于網絡服務提供商準備不足、5G設備不成熟等原因，5G網絡還處在開發部署的初級階段，無法滿足企業的需求。一些企業開始考慮搭建屬于自己的5G專網，以更好地迎接萬物互聯時代的到來，搶占產業制高點。企業青睞5G專網主要是因為專網可以獨立運作，不受公網擁塞的影響；確保感測設備聯網的通信質量，保障物聯網應用的可靠性；最重要的是專網與公網實現了實體隔離，能夠自我把控安全性。

2.1 德國行業企業5G專網需求旺盛

德國汽車廠商對5G專網表現出了很大的興趣，紛紛尋求電信運營商的支持，建立5G專網。車企希望在自家工廠部署和運作5G專網，以在數字化轉型過程中，擺脫對運營商的依賴，實現生產安全的自主可控。例如，寶馬正準備在德國的工廠建立5G專用網絡；大眾計劃2020年建造自己的5G移動網絡；福斯汽車計劃2020年在德國的122家工廠部署5G專網。

除了汽車行業，其他垂直行業也高度關注5G私網。德國機械設備制造及電工器材等工業協會共同要求德國電信監管機構分配頻譜給企業專網使用。西門子、博世、巴斯夫、空中客車、ABB等廠商均提出了自建5G專網需求。德國聯邦網絡局負責人約亨·霍曼稱，工業領域的許多企業開始咨詢5G私網的建設。

2.2 我國5G專網“公”大于“私”

基于我國頻譜資源管理的體制，專網在我國的應用主要集中在關鍵基礎設施領域，如鐵路、電力等行業。鐵路專網是未來5G在垂直行業一個非常重要的應用。目前，我國鐵路通信主要使用的是LTE-R頻段，按照“專網為主，公網為輔”的原則，推進各頻段的移動通信技術應用。鐵路部門表示，待5G技術成熟穩定后，將利用鐵路已有的900MHz頻段資源，研究應用鐵路專用5G技術，在鐵路樞紐、站場等熱點地區部署，與LTE-R融合實現專網應用。5G在泛在電力物聯網的應用也獲得重視，在電力大帶寬業務無人巡檢和智能運檢，智能分布式配網差動保護等方面具有很大的優勢。國家電網擬利用中國廣電700MHz頻段、60MHz頻譜資源開展5G網絡建設，并極有可能采用5G專網部署。

國內關于企業5G私網的建設還處在討論和探索階段。諾基亞和中國聯通已經開展合作，為華晨寶馬的沈陽工廠架構LTE私網，助力安全生產和數據通信。富士康基于自身5G設備和軟件研發的優勢，計劃建立自己的5G網絡，并使用自己的5G基站，尋求與運營商合作共建5G專網。臺積電、日月光、鴻海等呼吁5G專網專頻。

3 5G專網的實現途徑

5G專網實現途徑主要有三個：自建5G專網、網絡切片和共建5G專網。

3.1 自建5G專網

自建5G專網是指通過使用自有頻譜、基站、核心網和設備搭建5G網絡，與5G公網實現完全的物理隔離。自建5G專網可以給行業企業帶來極大的便利，特別是在隱私和安全性上能夠更好地實現自主可控，但面臨投入巨大和頻譜獲取難題，其中頻譜問題是關鍵所在。自建5G專網所必須的頻譜可以通過專用頻譜、共享頻譜和非授權頻譜三種方式來解決。專用頻譜是運營商獲得監管機構頒發的專用頻譜牌照以及在一些特殊的地理范圍內使用公網運營商的頻譜。電力、民航、鐵路、公安等很多行業都采用專用頻譜部署行業專網。由于專用頻譜非常稀缺，共享頻譜和非授權頻譜也受到重視。共享頻譜是多個用戶共同使用的一個指定頻譜，非授權頻譜是國家向市場開放可供免費使用的頻譜資源。目前，歐美部分國家已經在探索上述三類頻譜的實現途徑。

3.2 網絡切片

網絡切片是指將物理網絡切成多張互相獨立的邏輯網絡，各切片之間相互絕緣，可獲得獨立的網絡資源。網絡切片做到了端到端的按需定制并保證隔離性。網絡切片的優勢在于賦予每個切片不同的特性，以達到行業或者企業特性化的需求。5G切片實際上就是將5G網絡切出多張虛擬網絡，從而為多連接性和多樣化業務提供了解決方案。5G網絡切片被業界公認為是運營商進入垂直行業市場、使能行業數字化轉型的巨大機會和重要抓手。網絡切片在提供相同隔離性的前提下，能大大減少企業的成本支出，但需要依靠運營商的服務和支持。

3.3 共建5G專網

共建5G專網通常采取租用核心網自建接入網的方式，與運營商共建共享無線接入網。通過這種方式建立的5G專網，企業只需擁有接入網資產，購買基站部署接入網，然后租用運營商的頻譜、核心網等現有網絡資產，其他的建網運營都交由運營商去協作，減少了企業的資金投入。共建5G專網一方面實現了企業對5G專網的需求，同時也給運營商提供了更多的選擇，是一件互利共贏的事情。

從建網難度和成本來看，網絡切片<共建5G專網<自建5G專網；從安全性和自主性來看，自建5G專網>共建5G專網>網絡切片。從行業企業需求來看，自建5G專網是最理想、最可靠的方案，同時也是最契合萬物互聯網時代發展的要求。要建設高質量的5G專網，首先需獲得授權頻譜的支持。

4 5G專網的頻譜政策

4.1 日本

為了更好地支持垂直行業和專用領域接入5G網絡，加大5G跨產業創新應用，同時大力促進農村地區5G網絡的部署和發展，日本政府2019年底正式開放5G專網頻譜牌照的申請，將拿出與移動運營商不同的頻譜資源進行分配，允許地方政府和企業在農村地區建設自己的網絡。日本通信部還計劃在2020年擴大可用于5G專網的無線頻譜資源，使更多的公司可以使用5G網絡。日本計劃將2575～2595MHz、28.2～28.3GHz、28.3～29.1GHz和4.6～4.8GHz頻段劃為5G本地專網頻段。

4.2 德國

面對企業對建設5G專網的強烈需求，德國通信監管機構正在考慮為大型私人企業預留頻譜。2019年初，德國聯邦網絡局發布了供本地使用的5G頻譜框架條款，決定將3700～3800 MHz頻段預留給工業自動化、農林業等行業和領域，將根據申請進行分配，無需進行拍賣。這意味著私人公司可以獲得頻譜許可，無疑給德國5G專網的發展注入了活力，極大地激發垂直行業的創新活力，促進產業升級。

4.3 英國

英國通信管理機構Ofcom發布了《本地許可實現無線應用創新》，開放了兩類頻譜接入許可：一是考慮將3.8～4.2GHz頻段用于5G私有工業網絡，不允許將此頻段用于國家移動寬帶，將開放此頻段的5G私網許可。二是考慮對1800MHz和2300MHz頻段采用類似許可條件。此外，26 GHz以及許可的移動頻譜都可以用作5G專網的部署。

4.4 3GPP 組織

3GPP組織在5G標準制定中注重非授權頻譜技術的利用，將5G NR引入未經許可的頻譜，讓未獲授權的5G網絡在未連接到已有牌照頻譜的情況下自行部署，使企業能夠建立5G無線專網。3GPP正在定義的Stand-alone NR-U也將進一步促進5G專網擴展。這意味著任何組織都可以向WiFi一樣部署自己的5G網絡。

4.5 美國

為了更好地實現有限頻譜資源的共享使用，美國聯邦通信委員會（FCC）推出了公民寬帶無線電服務（CBRS），將寬帶無線電頻譜與載波LTE、3550～3700MHz的150MHz帶寬的連續頻譜按優先級搭建三個層級以實現互不干擾的共享，使私有LTE組網在經濟和技術上變得可行。隨著5G的發展成熟，未來CBRS將會向5G私有網絡拓展。

4.6 中國

我國正在積極研究工業互聯網的頻譜規劃和使用。工信部發布的《工業互聯網發展行動計劃（2018-2020年）》和《工業互聯網專項工作組2018年工作計劃》涉及了工業互聯網專門頻譜方面的規劃內容。臺灣“行政院”也已經制定了5G“專網專頻”政策，規劃4.8～4.9GHz頻段供專網使用，將于2021-2022年擇期開放牌照申請。

5 5G專網的前景和建議

5.1 鼓勵5G專網發展，賦能垂直行業產業

5G賦能各行各業，點燃萬物互聯的火花。5G時代，公網不再是唯一的選擇，專網將成為網絡連接的重要補充，與公網共同構建起垂直行業的通信方式。5G專網在工業、制造業、勘探等行業和領域具有廣泛的應用。5G +企業專網是通信行業和垂直行業深度融合的有力抓手，對于促進垂直行業發展具有重要意義，發展前景廣闊。例如，園區的5G專網可以解決傳統WiFi辦公網絡帶寬小、覆蓋死角多、移動性差等痛點，提供安全的、卓越的網絡體驗；遠離大陸的海上鉆進平臺更需要5G專網提供穩定、高速的連接，實現大量的計算和風險預測。5G專網在垂直行業的生態模式一旦建立，將帶來蝴蝶效應，大力促進5G應用的多樣化，賦能垂直行業發展，讓競爭和創新不斷迸發。

5.2 加強頻譜資源規劃，助推5G生態繁榮

不管是從技術角度、政策層面還是數字化轉型趨勢看，5G時代都將可能出現大量的5G專網，行業應用所需5G專用頻譜問題成為各國研究重點。德國、日本、英國等國家正以規劃文件或征求意見的方式為行業5G應用規劃頻譜。5G專網頻譜的規劃涉及頻譜的專用許可、授權、共享等政策。這就要求重點梳理關鍵行業和產業的網絡需求，研究5G專網頻譜的必要性和可行性。隨著行業專網的寬帶業務需求的增加，無法保證每個行業都能獨享頻譜資源，頻譜資源共享將是未來發展的趨勢，建立頻譜資源共享機制尤為必要。未來相關頻譜的開放還需精細的規劃，以保障公平接入和減少干擾。此外，要盤活頻譜資源、做好頻譜資源中長期規劃，從而推動5G規模部署，實現5G服務差異化，催生更多新的應用，讓5G生態更加繁榮。

5.3 構建電信業新格局，加強5G專網安全

5G專網的入場將給電信運營商帶來商機，助力電信運營商扁平化發展，快速切入垂直行業的5G應用市場，實現數字化轉型。同時，企業自建專網也對電信運營商構成了一定的挑戰，使其網絡供應者的角色受到質疑。專網頻譜授權方式與運行模式，可能影響到電信業與垂直產業之間的生態平衡。隨著5G應用的加速落地，需引導和指導電信運營商、設備供應商和企業等各方利益形成新的合力，在垂直行業尋求5G專網的最佳實踐。另外，企業自建5G專網的核心在于擔憂電信運營商不能提供可靠的網絡服務和信息安全保障，無法滿足定制化需求。電信運營商能否滿足企業對網絡自主管理和數據安全標準要求，讓企業放心，是雙方不論以何種方式合作搭建5G專網必須要考慮的問題。