面向5G 的行業專網研究概述及啟示（上）

孔祥琦，駱 驍，王文儉，3 通信作者，方 箭

（1.國家無線電監測中心檢測中心，北京 100041；2.中國信息通信研究院西部分院，重慶 401336；3.北京交通大學，北京 100876；4.國家無線電監測中心，北京 100037）

0 引言

據全球移動供應商協會（GSA）研究報告顯示，截至2021年3月，132個國家或地區的428家運營商在以測試、試驗、試點、規劃和實際部署等形式研究5G 網絡，其中，全球已經在64個國家和地區商用了153張5G 網絡，5G 網絡在全球加速部署為5G 在垂直行業應用創造了基礎條件，韓國、日本、美國、德國等國在制造業、智慧城市、智慧醫療、智慧農業等方面開展探索或應用。自2019年我國5G 商用以來，5G 建設和應用取得了快速發展。根據工信部官方數據，至2020年年底，全國已開通了超過71.8萬個5G 基站，實現全國所有地級城市的5G網絡覆蓋，終端鏈節規模全球占比超過了85%。至2021年2月，三家基礎電信運營商5G 手機終端連接數達2.6億戶，發展蜂窩物聯網用戶達11.54億戶，其中應用于智能制造、智慧交通、智慧公共事業的終端用戶占比分別達17.7%、20.9%、21.8%。

1 5G 行業專網技術路線

1.1 5G 行業專網標準化情況

5G 技術的行業專網標準化工作主要在第三代合作伙伴計劃（3GPP）框架下開展，各行業尚未根據自身特點開展相關標準化工作。2017 年，3GPP開始5G 標準化工作，于12月完成了5G NSA（非獨立組網）R15版本標準，于2018年6月完成了5G SA（獨立組網）R15版本標準，主要解決eMBB 和基礎的uRLLC應用場景，特別是5G SA 標準，降低了對4G 網絡的依賴性，更好地支持5G 大帶寬、低時延和大連接等各類業務，通過全新網絡架構、網絡切片、移動邊緣計算等特性滿足不同垂直行業應用。2020 年6 月，3GPP 完成了5G R16 版本標準，實現5G 與TSN（Time Sensitive Networking，時間敏感網絡）集成，通過“持1微秒同步精度”“0.5-1毫秒空口時延”“‘六個九’可靠性”“靈活的終端組管理”等，提升了工業互聯網應用支撐能力；啟動5G NR V2X 車聯網標準化工作，強化時延、可靠性、容量等技術指標，以支持車輛編隊、半自動駕駛、外延傳感器、遠程駕駛等場景，服務車聯網應用；引入非公共網絡（NPN，Non-Public Network），通過定義了SNPN（Stand-alone NPN，獨立NPN）和PNI-NPN（Public network integrated NPN，公共網絡集成NPN）兩種組網模式，實現5G 行業專網的多樣性。預計5G R17版本標準將持續增強5G網絡對垂直行業應用的支持能力。總之，3GPP 5G 標準的持續演進為5G 向垂直行業的縱深發展創造了標準前提和技術基礎。

1.2 5G 行業專網模式

目前，5G 行業專網模式主要分為獨立專網、混合專網、虛擬專網三種。我國電信運營企業基于上述三種模式發布了各自的5G 行業專網解決方案，即中國移動的“優享、專享、尊享”，中國電信的“致遠、比鄰、如翼”，中國聯通的“虛擬專網、混合專網、獨立專網”。如圖1所示。

圖1 5G行業專網模式

（1）獨立專網模式。用戶通過專用頻段部署全套的5G 網絡，包括5G 基站（gNB）、用戶面管理功能（UPF）、5G 核心網控制平面（5GC CP）、統一數據管理（UDM）、多接入邊緣計算（MEC）等端到端網絡設施，不需要5G公網獨立承載用戶自身業務。專用頻段可以是國家規劃的5G 專用頻率，也可以是運營商通過許可的公網頻率，但后者只能在特定應用場景使用，即可以實現5G 獨立專網與5G 公網同頻物理隔離的區域。

按獨立專網模式部署時，可以在5G 公網無法覆蓋的地方提供服務接入，提升室內、偏遠地區和地下等場景的覆蓋能力。由于5G 專網與5G 公網部署的物理隔離，可保證用戶數據的安全性，并通過網絡靈活部署和合理配 置，最大程度滿足網絡對時延、可靠性、容量等需求，適配用戶各種應用場景，實現真正意義的“定制化”。但其需要專用頻段頻率資源支撐，特別是發展初期，產業鏈不完善情況下，網絡建設和運營維護成本較高。

（2）混合專網模式。混合專網模式通過5G 專網和5G 公網共用部分單元實現共享，包括無線接入網（RAN）共享、RAN 和控制平面共享等。目前，主流的解決方案是5G 專網和5G 公網共享基站、傳輸以及核心網中的控制面單元，但需要將UPF 和MEC 下沉到用戶內部。

按混合專網模式部署時，可依托現有的5G 公網，建設和運營成本將有所降低，UPF 和MEC 下沉可以實現數據不出場，在時延方面特性可得到顯著提升，實現一定程度的數據安全，但隨著共享的設備越多，企業的安全性、隱私性也存在部分隱患。

（3）虛擬專網模式。虛擬專網模式通過5G 專網和5G 公網共用接入網和核心網，實現端到端完全共享，運營商通過網絡切片提供邏輯定制化專用通道，來滿足不同用戶在時延、帶寬、安全性、可靠性等方面的不同需求。

按虛擬專網模式部署時，實現了公網和專網的完全共享，可以大大降低5G 專網建設成本，但數據隱私性和安全性無法保障，個性化服務水平也相對較弱。

2 國際5G 行業應用發展情況分析

2.1 國際5G 行業應用發展情況

現代商業行為和政府管理對大數據、安全性、數字化和流動性的要求加大了基于4G 或5G 專用移動網絡的需求，專用網絡可以實現語音、數據、視頻傳遞以及人-機-物的信息交互。應用場景主要包括港口和機場及其他交通樞紐、發電設施、制造企業、體育場館、礦山和采掘業（自然資源）、城鎮網絡、鐵路、航運企業、教育機構、醫療機構等。據諾基亞2019年統計報告顯示，全球有近1 500萬家企業和場所具有潛在4G/5G 專網需求，其中，工業制造領域需求最大，超過1 000萬家工廠。據國際咨詢機構ABI Research 研究顯示，到2032年，獨立部署的5G 專網支出將超過基于5G 公網的專用網絡，并呈現出高速增長趨勢，到2036年，全球5G 專網支出將超過5G 公網。

（未完待續）