面向垂直行業的5G定制專網應用探討

葉惠卿

（廣東省環境保護工程職業學院，廣東 佛山 528216）

1 引言

5G應用包含三大場景eMBB、mMTC和uRLLC，其中eMBB主要面向ToC市場，mMTC、uRLLC則更多面向ToB市場，比如物聯網、工業互聯網等。mMTC、uRLLC可以跟垂直行業應用充分結合，實現超低時延、高可靠，從而滿足智能制造、智能調度、智能電網和自動駕駛等垂直行業需求。5G定制專網指將5G技術創建具有統一連接性、優化服務和特定區域內安全通信方式的專用網絡[1]。自2019年工信部發放四張5G商用牌照，國內5G網絡建設蓬勃發展，截至2021年上半年，我國5G基站總數達到96.1萬個。目前業界越來越關注5G的toB市場，5G定制專網在垂直行業的應用越來越快、規模越來越大，并且園區（工業園區、港口、校園）內的應用更為廣泛。本文歸納總結5G定制專網的需求、各種部署模式，加以分析對比并提出發展挑戰，為5G定制專網的應用提供建議。

2 5G定制專網需求

5G定制專網集成5G網絡能力（eMBB、mMTC和uRLLC）和5G融合能力（AI、大數據、云計算、物聯網和MEC等），可提供AI與大數據、數據采集、視頻與A/V/XR、遠程控制、目標識別等共性業務，最終形成智慧工廠、智慧園區、智慧交通、智慧電網、智慧醫療、智慧校園等典型的5G行業應用，如圖1所示。但是不同的行業應用有著不同的需求或面臨不同的挑戰，比如：

圖1 5G定制網行業需求

（1）智慧工廠。工廠生產面臨柔性化不足，難以進行多品種小批次的新產品快速生產[2]；工廠內部各種無線通信混雜，比如WIFI、藍牙、2/3/4G、RFID等，集中管理與維護困難；生產安全和控制速度要求數據本地化處理。

（2）智慧港口。港機人力需求高、作業條件艱苦；斗輪機WIFI連接不穩定、時延大，高清監測視頻回傳卡頓；智能AGV對網絡帶寬和時延有較高要求，以滿足遠程操控、遠程診斷數據（雷達+相機）上傳、車路/車車/人車協同。

（3）智能電網。智能電網無線通信應用場景分為控制、采集兩大類：控制類包含智能分布式配電自動化、用電負荷需求側響應、分布式能源調控等，要求網絡時延低、抖動少；采集類主要包括高級計量、智能電網大視頻應用，無線連接數多且對網絡速度有一定要求。

可見，行業客戶基于不同的應用場景，對5G定制專網業務需求多且各不相同，歸納起來主要包括：業務加速、數據隔離、低時延、數據不出園區、邊緣計算：

（1）業務加速。根據業務質量要求，在帶寬和時延方面提供差異性的服務質量保障，保證高優先級用戶或業務獲得增強的數據業務質量保障、更好的業務加速體驗。

（2）數據隔離。要求專用網絡與公眾網隔離，通過專用的業務數據通道實現業務流量的定向匯聚傳輸和隔離，保證數據專用和安全。

（3）低時延。要求在靠近用戶或靠近業務接入側，實現時延敏感的業務快速處理。

（4）數據不出園區。要求超低時延、敏感相關的業務數據在園區內分流卸載，不出園區，滿足數據安全和本地數據快速處理需求。

（5）邊緣計算。要求在網絡邊緣部署邊緣業務以及低時延應用。

3 部署模式

根據垂直行業對5G定制專網的需求，綜合考慮覆蓋、傳輸帶寬、時延、可靠性、安全性和成本等因素，5G定制專網通常采用切片、混合組網、獨立組網三種模式部署[3]。

3.1 切片專網模式

切片專網如圖2所示，從基站、傳輸網到核心網完全復用公網資源，利用端到端QoS或切片技術，為行業用戶提供特定SLA保障以及與公網數據隔離服務。專用用戶使用切片專網發起業務請求時，用戶數據經專網終端、公網基站、公網UPF提交到用戶內網。

圖2 切片專網部署圖

切片專網基于公網切片的靈活配置提供網絡服務，公網覆蓋的地方都可部署，服務范圍廣、部署靈活但只能提供有限的SLA保障，適用于智慧城市、智慧景區、智慧交通、智慧環保等接入區域不固定或廣域覆蓋、低成本的場景。這類場景通常只需要一定的QoS保障和數據隔離。

3.2 混合專網模式

混合專網如圖3所示，其與公網共享5G基站，基于5G數據分流技術，將核心網用戶面網元UPF下沉到靠近用戶側（運營商地市機房，甚至用戶私有機房），無線基站、核心網控制面網元根據客戶需求靈活配置和部署，從而為行業用戶構建一張增強帶寬、低時延、數據不出園的專用網絡。混合專網通常結合邊緣計算MEC進行部署，由專網UPF基于IP、設備內切片等規則將專網數據分流到MEC服務器，并在MEC服務器上部署低時延或邊緣應用。采用混合專網，既可滿足園區本地化分流處理的特殊需求，也支持專網終端訪問公網的一般需求。

圖3 混合專網部署圖

混合專網可實現數據本地卸載和功能定制優化，建設成本整體可控，適用于交通物流/港口碼頭、高端景區、城市安防、工業制造等局域開放、對安全隔離需求適中、對成本可控接受程度高的場景。

3.3 獨立專網模式

獨立專網如圖4所示，是面向可靠性、私密性要求極高的行業應用專網，實現行業用戶與公網用戶的數據完全隔離，且不受公網影響。該模式下，從無線基站、傳輸到核心網用戶面+控制面端到端為行業用戶單獨建設，提供完全物理獨享的專用網絡，滿足行業用戶大帶寬、低時延、高安全、高可靠的數據傳輸需求。適用于工業制造、礦產、軍隊等局域封閉、對網絡安全隔離性、自主可控性和業務可靠性要求極高、對性能關注遠高于成本的場景。

圖4 獨立專網部署圖

3.4 分析

如表1所示，切片專網、混合專網、獨立專網三種模式在覆蓋范圍、與公網資源共享、數據隔離、SLA服務保障和工程建設和網絡維護等方面各不相同，所適應的場景也各不相同：切片專網偏向要求廣域接入、低成本、業務質量要求一般的場景，混合專網重點解決行業用戶數據本地處理、云邊協同的場景，獨立專網則為行業用戶提供專屬的網絡服務。開展實際項目中，應根據行業用戶具體需求，選擇合適的部署模式。

表1 三種模式對比表

4 發展挑戰

5G定制專網已經在工業制造、港口碼頭、礦井油田、能源電力、城市治理等領域成功落地，商業合同超過1000個，但還存在技術門檻和建設成本高[6]、客戶使用意愿低等問題，快速規模推廣面臨不小的挑戰，需要企業、運營商、設備商等行業各方共同積極推進。

（1）企業用戶數字化人才缺乏，對5G定制專網技術難以掌握，對5G定制專網可能帶來的“降成本、提性能、保安全、增運維”存在困惑，使用意愿不夠強。

（2）5G定制專網面向的行業領域非常寬泛，包括金融證券、教育醫療、工業制造、物流運輸倉儲、文化旅游、農林牧漁等等，每個行業都有獨特的商業模式和產業架構，個性化需求極多，需要運營商提供深度的定制化服務。但是運營商一線技術人員對5G以及云平臺、大數據、AI等技術掌握不夠，對行業應用場景理解不夠，難以提供企業用戶期望的方案和服務；5G定制專網引入切片、UPF下沉分流等技術，網絡運維比起傳統大網復雜得多，甚至間接對大網帶來潛在風險，運維人員難以兼顧。

（3）目前5G定制專網涉及的軟件、硬件和解決方案主要由幾家頭部企業壟斷，需要政府和行業協會共同促進構建開放的行業生態，加快5G定制專網整體成本和技術門檻的下降。

5 結語

本文梳理5G定制專網的需求、部署模式，分析對比切片專網、混合專業和獨立專網的特征，并指出當前發展5G定制專網過程中企業、運營商、設備商面臨的挑戰。通過梳理，我們可以發現5G定制專網通過資源和能力定制化服務于垂直行業用戶，可以滿足差異化能力、服務質量保障、靈活便捷等網絡需求，但規模應用面臨多方面挑戰，需要行業共同推進發展。