5G專(zhuān)網(wǎng)技術(shù)解決方案和建設(shè)策略

鄭鎮(zhèn)禮

（廣東通信行業(yè)職業(yè)技能鑒定中心，廣東 廣州 510000）

0 引 言

與4G相比，5G網(wǎng)絡(luò)面向更豐富的場(chǎng)景——eMBB、uRLLC、mLTC，功能更強(qiáng)大。基于SBA的模塊化服務(wù)定義在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，運(yùn)營(yíng)商具備充分的定制能力和選擇空間，促進(jìn)了柔性網(wǎng)絡(luò)真正融合剛性網(wǎng)絡(luò)，利用組合實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的靈活性，從而發(fā)揮定制和靈活組合的功能，真正完成升級(jí)的獨(dú)立性和順利演進(jìn)。5G提供端到端的網(wǎng)絡(luò)切片能力，以滿足垂直行業(yè)的差異化服務(wù)以及對(duì)無(wú)線、傳輸和核心網(wǎng)絡(luò)資源的靈活調(diào)度。基于以上優(yōu)勢(shì)，業(yè)界預(yù)計(jì)80%的5G將在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域應(yīng)用[1]。豐富多樣的5G應(yīng)用場(chǎng)景如何發(fā)揮5G的最大價(jià)值，需挖掘“5G+產(chǎn)業(yè)”的優(yōu)勢(shì)，形成良好的跨界合作循環(huán)，把產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展推向一個(gè)新的高度，這需要整個(gè)行業(yè)在發(fā)展中加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

1 5G行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)需求分析與獨(dú)立建網(wǎng)的必要性

1.1 需求分析

為了滿足組織管理、安全生產(chǎn)、指揮調(diào)度等方面的具體需要，以及自有頻率和未經(jīng)授權(quán)的頻譜在行業(yè)中利用，為了有效控制業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，需建立自己的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)。專(zhuān)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)背景中，業(yè)務(wù)需求的典型性特征如表1所示。

隨著5G技術(shù)的飛速發(fā)展，5G高速、大帶寬、低時(shí)延、高可靠性的特點(diǎn)，為不同領(lǐng)域的無(wú)線創(chuàng)造了新的路徑。諸多優(yōu)勢(shì)集于一身，5G專(zhuān)網(wǎng)完全能實(shí)現(xiàn)表1中對(duì)可靠性、連接密度、QoS和定位精度的要求。5G專(zhuān)網(wǎng)的商業(yè)運(yùn)作不僅可以滿足傳統(tǒng)客戶(hù)的業(yè)務(wù)需求，而且可以滿足不同領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)靈活性和安全性的需求，以及工程建設(shè)和不同支持運(yùn)行的需求。

（1）定制的靈活性。對(duì)可更換專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò)的定制，必須綜合可靠性、QoS、通信能力以及隔離度等。共享一網(wǎng)，即園區(qū)人與物的智能網(wǎng)連接的綜合服務(wù)通過(guò)一網(wǎng)進(jìn)行解決。控制的自主性是指企業(yè)自主管控專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò)，并按照具體的需要實(shí)時(shí)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)和終端，完全不受大網(wǎng)絡(luò)的影響。隔離的安全性是指具備隔離公共網(wǎng)絡(luò)的功能，數(shù)據(jù)只在區(qū)域內(nèi)，確保用戶(hù)信息安全和數(shù)據(jù)的獨(dú)立。

表1 專(zhuān)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求

（2）集中數(shù)據(jù)管理的具體功能包括一點(diǎn)聚合專(zhuān)網(wǎng)數(shù)據(jù)、流量的透明性、分析內(nèi)容便捷以及可以實(shí)時(shí)洞察網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。覆蓋的范圍要按照終端類(lèi)型的深度、廣度以及業(yè)務(wù)特征進(jìn)行確定，智能優(yōu)化極限寬帶和無(wú)線波束。優(yōu)質(zhì)的服務(wù)水平必須具備相應(yīng)的服務(wù)體系，與客戶(hù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)水平協(xié)議的有效簽訂，規(guī)范相關(guān)的故障處理、日常維護(hù)以及開(kāi)通業(yè)務(wù)等服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。為了切實(shí)保證客戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體驗(yàn)，考慮根據(jù)用戶(hù)要求進(jìn)行專(zhuān)屬運(yùn)維、駐地化的7×24小時(shí)服務(wù)。

在5G網(wǎng)絡(luò)背景下，運(yùn)營(yíng)商的無(wú)限商機(jī)來(lái)源于行業(yè)客戶(hù)的多樣化需求。因此，運(yùn)營(yíng)商需懂得以智能化、數(shù)字化、無(wú)人化園區(qū)為切入點(diǎn)，介入5G專(zhuān)網(wǎng)市場(chǎng)，把5G專(zhuān)網(wǎng)的新產(chǎn)品提供給相關(guān)的垂直行業(yè)，從而使該專(zhuān)網(wǎng)模式真正實(shí)現(xiàn)靈活部署、按需隔離和公專(zhuān)融合的模式。

1.2 專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)的必要性

5G技術(shù)本身可以提供2C或2B服務(wù)。目前，受人口紅利和人口需求的影響，個(gè)人通信消費(fèi)已經(jīng)趨于飽和。在緩慢增速的2C市場(chǎng)中，傳統(tǒng)的2C用戶(hù)將被2B用戶(hù)取代，變成5G的主要用戶(hù)。倘若嘗試將2C和2B網(wǎng)絡(luò)共建，那么這個(gè)網(wǎng)絡(luò)是公網(wǎng)而不是一個(gè)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)。由于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)對(duì)象、業(yè)務(wù)內(nèi)容等方面存在諸多差異，因此共建會(huì)帶來(lái)諸多弊端。若單獨(dú)建設(shè)5G 2B工業(yè)專(zhuān)用網(wǎng)，可以差異化服務(wù)滿足需求，從而更深地拓展5G業(yè)務(wù)。

先進(jìn)的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗(yàn)是運(yùn)營(yíng)商在通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面擁有的優(yōu)勢(shì)，可以滿足傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)的各種需求。如表2所示，企業(yè)、工業(yè)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)用戶(hù)對(duì)性能和安全性的需求相當(dāng)高，完全超越大眾消費(fèi)的行業(yè)，如公共安全、工業(yè)生產(chǎn)、交通等。因?yàn)?C網(wǎng)絡(luò)對(duì)工業(yè)或企業(yè)專(zhuān)用網(wǎng)用戶(hù)的多樣化需求難以滿足，尤其是基于企業(yè)業(yè)務(wù)的按需服務(wù)和靈活開(kāi)放層次，距離2B網(wǎng)絡(luò)的距離還很大。2B業(yè)務(wù)諸多層次上的差異性，給2B網(wǎng)絡(luò)提出了分開(kāi)建設(shè)的要求。

2 5G專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)策略

2.1 5G專(zhuān)網(wǎng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

5G行業(yè)專(zhuān)用網(wǎng)是基于5G標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片、運(yùn)行以及維護(hù)管理等功能。

從應(yīng)用場(chǎng)景、地理位置和服務(wù)范圍來(lái)看，5G行業(yè)專(zhuān)用網(wǎng)可分為廣域?qū)＞W(wǎng)和局域?qū)＞W(wǎng)兩大類(lèi)。對(duì)局域?qū)＞W(wǎng)，一般適用于特定地理區(qū)域的園區(qū)。基于特定區(qū)域的5G網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)閉環(huán)，確保行業(yè)核心業(yè)務(wù)不出園區(qū)，主要應(yīng)用場(chǎng)景包括制造業(yè)、石化、鋼鐵、港口、醫(yī)療以及教育等園區(qū)企業(yè)。廣域?qū)＞W(wǎng)不受地域限制，端到端的公共網(wǎng)絡(luò)資源通常以運(yùn)營(yíng)商為基礎(chǔ)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或物理切片的方式，實(shí)現(xiàn)不同行業(yè)不同業(yè)務(wù)的安全承載，主要應(yīng)用場(chǎng)景包括交通、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、電力以及跨域經(jīng)營(yíng)的特大型企業(yè)。

基于ANSYS Workbench的直通式截止閥流道的分析 陳 鵬，張 寒，羅 雙，樊學(xué)良，陳廷兵6(54)

5G產(chǎn)業(yè)專(zhuān)網(wǎng)主要包括兩種重要的支撐技術(shù)。一種是網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，即通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片能力可以構(gòu)建端到端的5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域?qū)＞W(wǎng)，保證專(zhuān)網(wǎng)資源與公網(wǎng)的邏輯隔離甚至物理隔離。另一種是邊緣計(jì)算，即通過(guò)邊緣計(jì)算能力在園區(qū)、工廠等區(qū)域構(gòu)建一種獨(dú)享或部分獨(dú)享的網(wǎng)絡(luò)資源。建立專(zhuān)網(wǎng)的兩種技術(shù)也可以重疊，以更好地保護(hù)專(zhuān)網(wǎng)的資源和質(zhì)量。5G專(zhuān)網(wǎng)整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

表2 2B和2C業(yè)務(wù)對(duì)比

圖1 5G專(zhuān)網(wǎng)整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

對(duì)于局域?qū)＞W(wǎng)，如圖1工廠、園區(qū)、港區(qū)、礦區(qū)型的行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)，由基站、UPF、邊緣計(jì)算平臺(tái)、企業(yè)業(yè)務(wù)平臺(tái)以及5G專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)管理平臺(tái)等部分組成。局域?qū)＞W(wǎng)中的各類(lèi)業(yè)務(wù)平臺(tái)可部署于園區(qū)/廠區(qū)的邊緣計(jì)算平臺(tái)，也可以是企業(yè)自有的業(yè)務(wù)平臺(tái)，以承載園區(qū)/廠區(qū)的各類(lèi)行業(yè)平臺(tái)或行業(yè)應(yīng)用，如數(shù)據(jù)采集平臺(tái)、協(xié)同研發(fā)平臺(tái)和行業(yè)視覺(jué)平臺(tái)等。對(duì)于園區(qū)/廠區(qū)型專(zhuān)網(wǎng)的運(yùn)維，運(yùn)營(yíng)商可以借助能力開(kāi)放、切片管理、綜合網(wǎng)管等技術(shù)或系統(tǒng)構(gòu)建5G行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)管理平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)智能化管理，滿足企業(yè)自主監(jiān)測(cè)、管理以及配置專(zhuān)網(wǎng)的需求[2]。

對(duì)于廣域?qū)＞W(wǎng)，如圖1區(qū)域1和區(qū)域2的跨域?qū)＞W(wǎng)，或企業(yè)總部和區(qū)域1或區(qū)域2的跨域?qū)＞W(wǎng)，由運(yùn)營(yíng)商公共網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)云平臺(tái)以及5G專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)管理平臺(tái)等部分組成。廣域?qū)＞W(wǎng)的流量在運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)開(kāi)通的專(zhuān)用切片資源內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)，可不受公眾業(yè)務(wù)流量的影響和資源搶占。對(duì)于擁有跨區(qū)域的專(zhuān)網(wǎng)通道行業(yè)，如車(chē)聯(lián)網(wǎng)類(lèi)、游戲類(lèi)以及現(xiàn)實(shí)（VR）類(lèi)行業(yè)，可以通過(guò)切片專(zhuān)網(wǎng)和平臺(tái)，在任何地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)切片專(zhuān)網(wǎng)內(nèi)的互訪。廣域?qū)＞W(wǎng)的業(yè)務(wù)平臺(tái)一般部署于集中云位置，也可以根據(jù)特定需要，在特定位置的網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算平臺(tái)部署子系統(tǒng)[2]。

2.2 面向園區(qū)的5G專(zhuān)網(wǎng)部署方案

園區(qū)5G工業(yè)專(zhuān)網(wǎng)的部署根據(jù)下沉網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不同，可分為UPF部署、UPF+MEP部署和5G輕量級(jí)核心網(wǎng)部署。各部署方案的適用條件和主要優(yōu)缺點(diǎn)如表3所示。

2.2.1 UPF部署

UPF部署主要適用于中小企業(yè)，企業(yè)對(duì)流量不出園區(qū)和時(shí)延指標(biāo)有要求，但終端狀態(tài)和分流需求相對(duì)固定，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)能力調(diào)用和自我管理、自我維護(hù)的需求。對(duì)于傳輸困難、機(jī)房空間或供電緊張的情況，可采用UPF和基站共用機(jī)房的部署方式。

2.2.2 UPF+MEP部署

UPF+MEP部署主要適用于大中型企業(yè)，企業(yè)有網(wǎng)絡(luò)能力調(diào)用、網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)自我管理和自我維護(hù)、業(yè)務(wù)規(guī)則制定等需求，也可以在MEP中承載部分企業(yè)應(yīng)用和企業(yè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)的更好銜接，企業(yè)具有一定的網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)管理能力。對(duì)于傳輸改造困難場(chǎng)景、機(jī)房空間或供電受限場(chǎng)景，可采用PF+MEP與基站共用一個(gè)機(jī)房的部署方式。

表3 3種部署模式的適用條件和主要優(yōu)缺點(diǎn)

2.2.3 5G輕量級(jí)核心網(wǎng)部署

5G輕量級(jí)核心網(wǎng)部署主要適用于大型企業(yè)，企業(yè)對(duì)核心業(yè)務(wù)的安全隔離要求最高，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力調(diào)用、網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)自我管理和自我維護(hù)、業(yè)務(wù)規(guī)則制定等也有要求，具有一定的網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)管理能力[3]。

以上3種模式關(guān)系是漸進(jìn)式的，簡(jiǎn)單UPF的部署模式支持向UPF+MEP部署模式演進(jìn)，UPF+MEP也支持向5G輕量級(jí)核心網(wǎng)模式演進(jìn)，因此企業(yè)也可以根據(jù)需要采用分段方式進(jìn)行部署。

3 5G行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)典型案例寧波舟山港

中國(guó)移動(dòng)與寧波舟山港就5G智能港項(xiàng)目進(jìn)行深入合作，提出港口5G專(zhuān)網(wǎng)解決方案，旨在深度整合5G與港口生產(chǎn)業(yè)務(wù)，提高港口自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)降本增效。

港口網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。整個(gè)案例采用SA組網(wǎng)，在港區(qū)內(nèi)設(shè)置大型網(wǎng)絡(luò)宏站和專(zhuān)用宏站，為港口生產(chǎn)業(yè)務(wù)提供頻率專(zhuān)用服務(wù)。該接入控制方案保證了其他用戶(hù)不能接入專(zhuān)網(wǎng)區(qū)域，大大提高了業(yè)務(wù)性能（如時(shí)延、速度、可靠性）的保證效果，目前已完成多個(gè)堆場(chǎng)連續(xù)覆蓋，以滿足港口的速率、可靠性、時(shí)延以及安全隔離等要求[4]。

核心網(wǎng)部署專(zhuān)用5G C核心網(wǎng)切片，將UPF下沉至港口區(qū)，確保港口敏感業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)安全隔離性。其余核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備位于機(jī)房，物理設(shè)備與其他項(xiàng)目共享，通過(guò)切片進(jìn)行虛擬隔離。港口機(jī)械PLC等港口設(shè)備通過(guò)CPE接入5G網(wǎng)絡(luò)，港區(qū)人員和無(wú)人機(jī)通過(guò)5G基站直接接入。目前，寧波舟山港5G行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)已進(jìn)入批量運(yùn)營(yíng)階段，有利于寧波港港口自動(dòng)化發(fā)展。

圖2 寧波舟山港5G混合專(zhuān)網(wǎng)架構(gòu)構(gòu)

4 結(jié) 論

綜上所述，重點(diǎn)分析5G專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)的需求，并深度研究5G專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)的策略和方案，有針對(duì)性地探討了5G專(zhuān)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、場(chǎng)景應(yīng)用以及行業(yè)狀況，同時(shí)客觀指出了5G專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式中存在的諸多問(wèn)題，也提供了解決問(wèn)題的有效建議。隨著5G技術(shù)日新月異的發(fā)展，相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和建議日趨成熟，未來(lái)服務(wù)垂直行業(yè)的質(zhì)量會(huì)更高，運(yùn)營(yíng)商在專(zhuān)業(yè)網(wǎng)建設(shè)方面的優(yōu)勢(shì)還在增強(qiáng)，但機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存的格局也在形成。