5G行業虛擬專網能力提升與實踐

陸平/LU Ping，歐陽新志/OUYANG Xinzhi，高雯雯/GAO Wenwen

（中興通訊股份有限公司，中國深圳518057）

1 5G行業虛擬專網逐浪前行

1.1 5G支撐產業數字化轉型

數字經濟已上升為國家戰略，并成為拉動中國經濟增長的重要引擎。發展數字經濟意義重大。數字經濟是把握新一輪科技革命和產業變革新機遇的戰略選擇。其中，產業數字化是數據經濟發展的主戰場。作為新一代信息通信技術領域的引領性技術，5G網絡是賦能數字經濟的關鍵新型基礎設施。

5G行業虛擬專網是實現5G行業融合發展的必由之路。5G行業虛擬專網與傳統運營技術（OT）的融合，可連通底層設備與企業信息“大腦”，提供高速率、高可靠、低時延的信息傳輸通道，有助于打通企業內部信息縱向流通通道，構建企業之間、企業與客戶之間的橫向數據傳輸通道。通過與大數據、人工智能、云計算等技術的進一步結合，5G行業虛擬專網能夠有效使能行業應用，推進5G網絡與行業的融合，助力行業數字化轉型。

習近平總書記多次做出重要指示，要求加快5G網絡等新型基礎設施建設，豐富5G技術應用場景。2021年7月，工業和信息化部會同中央網絡安全和信息化委員會辦公室、國家發展和改革委員會等部門聯合發布《5G應用“揚帆”行動計劃（2021—2023年）》（以下簡稱《行動計劃》）。《行動計劃》確定了未來3年5G應用的發展路徑，指明了前進的新方向，同時部署了具體的新任務。

1.2 5G行業虛擬專網的價值與現狀

實際上，諸多行業已經借助以太網、Wi-Fi等網絡技術開展多種生產、經營等活動。在3G、4G時代，交通運輸、鋼鐵、石化化工等領域早已使用專網。然而，傳統專網通信難以適用智慧交通、工業互聯等移動性強的場景，無法滿足多終端、大帶寬等網絡需求。在工業領域中，以太網技術的應用存在工業協議不統一、布線繁復等問題。Wi-Fi網絡的可靠性、穩定性、移動性都相對較差，難以承載港口、礦山等復雜環境下的信息傳輸業務。

在5G網絡建設和運營方面，企業希望在獲得網絡可管可控能力的前提下，進一步降低5G網絡的使用成本，即在獲得5G網絡運營權的同時，降低企業自身的網絡運營成本。5G虛擬專網基于公網資源進行邏輯劃分，使部分網元實現共享，并根據行業需求獨享部分網絡資源，從而降低5G網絡的使用和運營成本。無論是各個垂直行業對傳輸速率、網絡時延、安全性的高要求，還是降低網絡建設和運營成本的迫切需求，均使得5G行業虛擬專網成為當下的最佳選擇。

據工業和信息化部統計，截至2021年底，中國累計建成并開通的5G基站數量達到142.5萬個，5G終端連接數超過4.9億個。工業園區、港口和醫院等重點區域已建成的5G行業虛擬專網數量超過2 300個。這些均加快了5G網絡體系的形成。

2 專網能力提升，促進5G行業應用融合發展

隨著5G網絡與行業應用的不斷融合，重點行業和典型應用場景逐步明確。然而，5G應用要實現規模發展仍需要解決一些問題。目前，5G網絡技術與行業既有業務的融合仍處于初級階段。5G主要應用于輔助生產類的業務和信息管理類業務，尚未實現行業核心業務的承載。滿足行業業務需求是所有融合工作的前提。

行業在引入5G時，主要考慮以下5個需求：（1）多域多類業務承載。5G網絡需要滿足企業園區內廣域、局域場景下多類型業務的差異化網絡需求，如園區生產及管理業務、園區之間的通信等。（2）業務隔離和保障數據安全。5G網絡要能夠保障公網業務和企業業務安全隔離，使核心業務不出園區。（3）高可靠網絡。5G網絡要滿足企業的高可靠要求，提供連續性通信服務，保證生產安全和生產效率，降低由網絡故障導致的損失。（4）網絡專享并且建設成本足夠低。企業希望在網絡專享的前提下，盡量降低5G網絡建設和使用成本。（5）簡單自主運維5G網絡。企業希望擁有內部5G網絡的運營管理權和簡化的網絡運營運維。

為滿足行業需求，中興通訊5G行業虛擬專網主要從5個方面對面向企業（ToB）的網絡做專網能力提升，如圖1所示。（1）可靠性提升：根據行業用戶對網絡的可靠性要求，提供最高99.999%的網絡可靠性分級保障；（2）服務質量（QoS）保證：能夠進一步滿足業務服務等級協議（SLA）要求，在滿足業務隔離需求的前提下，增強網絡上行容量并減少全維度時延，實現核心生產業務承載；（3）互聯互通：滿足企業園區內二層網絡的互通需求，同時園區內的終端與后端服務器能實現互相訪問；（4）安全性提升：虛擬專網通過網絡切片、非公共網絡（NPN）、接入認證增強等多種手段實現園區業務的安全隔離和獨立傳輸；（5）易運維：提供簡單運維服務能力，開放企業自服務門戶，將5G網絡的網絡監測、網絡參數修改統一提供給行業用戶，使得行業用戶能自主、便捷地管理園區網絡。

圖1 中興通訊5G專網能力提升

2.1 增強網絡可靠性，保障端到端高可靠傳輸

出于生產安全和生產效率的考慮，企業要求網絡能夠提供不中斷的服務。即使出現網絡故障，在故障后網絡也能夠快速恢復，并使網絡數據能夠穩定、安全地傳輸。本文將從系統組網可靠性和業務可用性兩個維度來討論網絡可靠性提升的技術手段。

（1）系統組網可靠性

基于雙客戶前置設備（CPE）的鏈路冗余、無線雙連接冗余和端到端雙會話冗余，能夠建立端到端雙重連接，即建立兩個獨立、冗余的協議數據單元（PDU）會話。但是并聯鏈路的冗余將大大消耗系統資源并增加系統成本，僅適用于那些需要最高級別保證端到端業務的場景。

結合接入路由器（AR）雙發選收功能，當某條鏈路出現異常時，基于雙CPE的鏈路冗余可以無縫切換到另一條鏈路上，無須重新建立握手，即可實時計算鏈路的往返時間（RTT）值，從而選擇最低時延的鏈路。這保證了控制指令下達的實時性和可靠性。

無線雙連接冗余通過主備基站與同一個用戶面功能網元（UPF）進行相連。PDU會話中的QoS流冗余傳輸由會話管理功能網元（SMF）來決定。

端到端雙會話冗余是基于N3接口的冗余傳輸實現的。5G無線接入網（NG-RAN）復制上行數據包，并通過兩條冗余鏈路（N3接口）通道發送不同的UPF。這些UPF將與同一個數據網絡（DN）相連接。

針對礦區、園區等公網專用的場景，我們可以通過部署基站級算力引擎（NodeEngine）或極簡行業5G核心網（5GC），來開通業務斷鏈保活功能，保障企業生產系統的高可用性，進而實現“網斷業不斷”。

在部署NodeEngine后，當N2、N3斷鏈時，在線業務流仍可保持24 h不斷開。在極簡行業5GC的實際部署中，我們可以選擇僅將UPF下沉，也可以選擇將5GC整體下沉。在僅將UPF下沉的情況下，當N2、N4接口斷鏈時，本地UPF與基站仍保持連接，同時在線業務流也可保持24 h不斷開；在5GC整體下沉的情況下，當N2、N4斷鏈時，系統將自動切換到5GC應急備份控制面，同時終端可重連至5GC并快速恢復業務。

（2）業務可用性

分組數據匯聚協議（PDCP）復制是指，在載波聚合和雙連接場景下，對PDCP層數據進行復制（包括傳輸和增強）。PDCP實體在兩個無線鏈路上傳輸相同的數據，以消除無線環境惡化帶來的影響。

在相同的信道條件下，高可靠調制與編碼策略（MCS）表格的自適應編碼調制更保守。通過更低的調制階數和編碼率，MCS可提高業務的抗干擾能力，降低誤碼率，增強空口信道的容錯性。

2.2 提升業務SLA保證，服務企業核心生產域

為了深化5G與行業應用的融合，5G網絡將進一步承載企業核心生產業務。這將對上行帶寬、網絡時延等SLA指標提出更高的要求。在保證業務隔離的前提下，虛擬專網對上行容量和網絡時延進行優化，以滿足不同生產業務的承載需求。

（1）資源預留和保障

除了基于5QI資源保障的邏輯軟切片外，虛擬專網還可以通過物理資源塊（PRB）預留的硬切片實現資源保障。PRB可以按需采取專用預留、優先預留、共享模式進行資源劃分，以滿足行業用戶的差異化SLA需求。

（2）上行容量增強

企業園區會涉及視頻監控、機器視覺、可編程邏輯控制器（PLC）遠程控制等應用，需要獲取高清圖像視頻數據。這對上行容量有更高的要求。5G上行容量的增強技術主要包括以下幾個方面。

在一些特殊場景，如封閉隔離的礦山或4.9 GHz專網場景，引入1D3U幀結構，可大大提升頻譜上行占比，從而使上行容量得到提升。

局域的4.9 GHz頻段、毫米波頻段覆蓋，有助于提升行業室內的網絡容量。文獻[5]對4.9 GHz頻段的上下行容量進行了分析。在鞍鋼集團智慧煉鋼的應用中，上行帶寬高達750 Mbit/s。由于毫米波頻段能提供更大的信號帶寬，因此在超高容量區域中，我們可以增加毫米波站點的吸收容量。

此外，針對室內小站密集部署的場景，超級多輸入多輸出（SuperMIMO）小區+空分多用戶多輸入多輸出（MUMIMO）技術結合，能夠發揮分布式天線的優勢。這種組合技術能根據用戶設備（UE）分布位置進行多UE空分配對，可實現資源復用，在解決干擾問題同時提升小區容量。

（3）網絡時延優化

遠程控制、電網差動保護等低時延、高可靠業務對時延有極高的要求，需要為用戶提供毫秒級的端到端時延SLA保證。當行業用戶要求端到端時延小于20 ms時，我們可以通過以下技術來實現。

頻分雙工（FDD）頻段可重耕為新空口（NR），并在疊加Mini-Slot幀結構或1 ms單周期DS幀結構（D表示全下行時隙，S則包含保護間隔和上下行轉換符號）后，使空口時延進一步降低。此時，超可靠低時延通信（URLLC）將占用增強移動寬帶（eMBB）的部分時頻資源，以保障關鍵數據的低時延傳輸。

智能預調度功能使得基站在發送下行數據時主動觸發上行預調度，加快上行傳輸反饋信息的發送速度，從而降低整體數據傳輸的時延。使用小的上行調度請求（SR）周期，可減少終端發送上行數據的時間間隔，從而達到降低時延的目的。

混合自動重傳請求（HARQ）反饋允許系統在一個時隙內的多個物理上行鏈路控制信道（PUCCH）上反饋混合自動重傳請求確認（HARQ-ACK），降低了最大時延和丟包率。

此外，保守調度將有助于避免引入重傳。即使發生重傳，系統也可以通過降低MCS階數，來提升重傳接收的準確率。

2.3 打通園區二層通信，滿足行業應用需求

企業園區內終端之間、服務器與終端之間均需要打通二層網絡通信，以實現園區內的互聯互通，為實現園區核心生產業務提供基礎條件。園區之間的二層通信有助于實現園區之間的業務協同，如智慧物流、供應鏈協同等。

NodeEngine的eBridge服務功能可以為終端與終端之間、園區業務服務器與終端之間建立一條不受移動網內部地址變化影響的通信路徑。在不改變終端原有配置和工作機制的前提下，替代園區有線/Wi-Fi內網，可實現終端與園區服務之間的互訪、園區專網內不同終端之間的互通訪問。

5G局域網（LAN）廣泛應用于各類工業場景，如PLC遠控、機器視覺、電網差動保護等。這種網絡可滿足企業多園區子網隔離、跨域私網互聯、遠程終端接入內網等需求。5G LAN能夠實現與企業內網的融合組網和無損改造。

2.4 提高業務安全性，免除行業后顧之憂

隨著信息技術的發展，企業的網絡系統安全和數據安全將受到更多威脅。數據丟失、損壞或泄露，都會給企業造成巨大的經濟損失，甚至會影響企業的生存。安全是行業引入5G的前提。虛擬專網將通過NPN專網、接入認證增強來進一步保障企業業務安全。

（1）基于閉合接入組（CAG）的NPN專網

公網集成的非公共網絡（PNI-NPN）是基于網絡切片+CAG的專用網絡。該網絡與運營商共享無線接入網（RAN）、頻譜和核心網的控制面，甚至整個核心網。

UE負責簽約CAG，并完成CAG信息的配置。基站小區廣播CAG指示和它所支持的CAG身份標識（ID）列表。接入管理功能（AMF）則根據小區CAG能力和UE的CAG簽約來判斷UE的接入控制和移動性管理。

（2）基于二次鑒權的接入認證增強

5G網絡的二次鑒權會涉及終端、AMF和SMF。在發起PDU會話建立的請求消息中，終端會把與鑒權相關的參數發送至網絡側的AMF。隨后，AMF會對終端接入和移動過程進行管理，并與終端進行對應的控制信令交互，同時起到網絡附屬存儲（NAS）信令中轉站的作用。SMF與終端進行NAS層的信令交互。NAS信令從UE獲取二次鑒權所需的所有信息，從而發起與數據網絡認證授權計費（DN-AAA）服務器之間的認證過程。如果這些信息是正確的，那么在DNAAA服務器返回認證成功的結果以后，SMF會把該認證成功的結果再次反饋給終端。

2.5 簡化行業運維，賦能企業自運維

行業用戶希望擁有企業內部5G網絡的運營管理權，支持5G網絡的可視、可管、可控，既能自主開戶，查看網絡和終端設備的狀態，也能根據不同業務要求調整網絡，進行網絡優化，以最大限度地保證企業生產的連續性和安全性。在5G網絡的企業用戶自運維方面，中興通訊提供端到端QoS監測和ToBeEasy行業統一運維兩種運維輔助手段，以降低企業網絡運維的難度和成本。

（1）端到端QoS監測

行業應用通過能力開放平臺下發端到端SLA測量請求。UPF和基站根據標記的時間戳來分別計算核心網側時延和空口時延，并將測量結果通過能力開放平臺上報給行業應用或網絡編排與管理系統（UME）。在網絡及業務上線后，端到端QoS監測將持續提供網絡優化服務，支持SLA可視、可管、可控。

（2）ToBeEasy行業統一運維

如圖2所示，ToBeEasy行業統一運維包括ElasticNet UME R88專業集中運維系統、ElasticNet產業數字操作系統（IDOS）企業運維門戶、ZXeLMT本地運維工具、端到端定界定位方案以及其他網規網優工具箱。這些能力組合應用可以為各種ToB場景提供匹配度最高的管理維護方案。

圖2 ToBeEasy行業統一運維

基于云原生技術，IDOS企業運維門戶面向企業連接業務，采用業務、連接、切片、終端、專業網絡以及行業應用程序（APP）等多種運維方式剖析網絡和業務狀態，實時監測業務健康度和SLA指標劣化趨勢，提前預測風險，保障ToB園區業務連接的正常運行，并用信息技術（IT）化服務的方式為運營商和企業提供直觀、簡單、智能的運維和能力開放服務。IDOS運維門戶主要部署在園區內部。

3 5G行業虛擬專網的實踐

自5G行業虛擬專網商用兩年以來，在行業應用方面，基礎電信企業和垂直行業企業共同探索5G應用試點，并在冶金、港口、礦山、電力等重點行業進行了5G應用的技術和場景驗證。中興通訊總結行業應用落地交付階段的問題與經驗，對5G行業虛擬專網能力和技術體系進行補充和完善，進一步指導其他試點應用，推動5G行業應用形成規模復制的發展態勢。

3.1 特殊場景覆蓋優化

隨著無線環境的日益復雜、5G行業應用場景的持續豐富以及用戶需求的不斷提升，5G網絡覆蓋不斷面臨新的挑戰。通過細分場景和需求，虛擬專網靈活采用多種方式實現覆蓋，可滿足特殊場景的覆蓋，如低空、礦山井下、近海海面等。這大大拓展了5G網絡的應用場景。

（1）低空覆蓋

隨著民用無人機技術的迅猛發展，無人機在安防、電力、氣象、石油管線巡查、應急通信、野生動物保護等領域均產生了顯著的經濟效益。利用5G網絡為無人機提供數據鏈路，可構建低空覆蓋網絡，將極大提升無人機的服務能力，豐富相關應用場景。

基于大規模天線陣列的數據聯合接收和發送，低空場景使用主波束完成面向地面用戶的覆蓋，并使用波束旁瓣在垂直維度完成低空區域覆蓋，形成低空-地面一體的立體覆蓋能力。

在天津港項目中，無人機在北港池海域上空進行大范圍巡航，整個航線長度約20 km。在5G低空覆蓋的場景下，通過內嵌5G模組，無人機拍攝的4K高清視頻可以直接通過5G網絡來傳輸。在該項目中，無人機實現了低時延下的廣域飛行、視頻實時回傳、狀態實時監測等。該項目使用3臺無人機，在中國聯通的3.5 GHz頻段下，采用廣播波束單邊帶（SSB）1+X覆蓋方案，實現了整個北港池區域的覆蓋。無人機飛行高度為120 m，數據傳輸速率為48 Mbit/s。根據覆蓋要求，我們進行鏈路預算，并結合地對空的傳播模型，進行站點規劃。

在該項目中，建立單個站點即可實現整個北港池的網絡覆蓋。該項目采用基站天線掛高，以及廣播波束SSB 1+X天線方案，即1個水平寬波束和X個垂直波束旁瓣（X={1,2,3,4}）。這種方案使用最少的水平SSB波束和按需垂直波束實現了三維全空間覆蓋，可適應復雜環境下的各種場景。在水平覆蓋方面，我們針對時域輪發的特點，為不同小區配置不同的SSB波束，以錯開鄰區之間SSB波束的發送時間，從而規避鄰區之間的干擾；在垂直覆蓋方面，根據覆蓋需求，我們使用更多的波束來實現空間覆蓋，從而達到5G網絡最優覆蓋的效果。SSB功率增強功能可以提升水平波束的增益能力，使SSB 1波束增益提高6 dBm。因此，水平SSB 1波束與水平SSB 8波束覆蓋相當，同時預留出更多波束的位置以用于垂直覆蓋。仿真測試表明，滿足上行速率要求的覆蓋百分比為97.94%，滿足相關設計要求。

（2）超遠覆蓋

超遠覆蓋可實現大于普通宏站的大范圍覆蓋，覆蓋半徑范圍為15～100 km。相關應用場景包括海面、沙漠、農村、草原、港口等。超遠覆蓋主要解決兩大問題：覆蓋距離和終端正常接入。

超遠覆蓋的覆蓋距離主要體現在視距傳播場景中，其有效覆蓋范圍取決于多種因素：頻段、傳播模型、天線高度、基站功率、天線選型等。頻段越低，天線海拔高度越高，基站功率就越大，小區覆蓋距離也就越遠。

超遠距離無線覆蓋的目標是保證覆蓋范圍內的終端能夠正常接入網絡。在電磁波速率確定的條件下，覆蓋距離越遠，無線信號傳播的時延就越大，無線覆蓋的蜂窩小區所能夠容忍的傳播時延也就越大。根據第3代合作伙伴計劃（3GPP）協議，超遠覆蓋適合采用長序列（序列長度為839）的物理隨機接入信道（PRACH）格式。這是因為這種格式中的循環前綴（CP）和保護間隔（GP）時延更長，即在接入階段小區所能容忍的時延更長。

在福建移動海域覆蓋項目中，我們采用移動700 MHz的PRACH Format 1格式，使接入距離長達100 km；在天線選用上，采用高增益平板天線和透鏡天線；在站址選擇上，優先考慮高海拔站點。海面傳播模型要求天線掛高與覆蓋目標之間有良好的無線傳播環境。目前，移動700 MHz的頻段雖然實現了海面超遠覆蓋，但是仍存在同頻連續組網小區間干擾、超遠覆蓋站點對內陸同頻公網干擾等問題。因此，相關方案需要做進一步驗證與優化。

（3）礦山井下巷道覆蓋

井下巷道是一個狹長并且封閉的空間，巷道寬度、高度不一，空間受限嚴重，無線傳播環境復雜。針對這種典型的線狀覆蓋場景，我們在每個5G皮基站的左右兩個方向上分別布置一個定向天線。井下基站的覆蓋半徑會隨著頻段選擇、巷道環境、業務要求的不同而發生變化。一般來說，2.6 GHz/3.5 GHz的覆蓋半徑范圍為100～300 m。與之相比，700 MHz頻段的覆蓋范圍更廣，建站成本更低，繞射能力和穿透能力更強，在相同發射功率下信號傳輸效率高、損耗小，適用于井下粉塵大、電磁信號干擾強、金屬設備多的場景。在中煤大海則煤礦項目中，中興通訊與合作伙伴首次把700 MHz頻段引入井下，實現了700 MHz和2.6 GHz的混合組網和全礦井的網絡覆蓋。測試表明，700 MHz的覆蓋半徑是2.6 GHz/3.5 GHz的3～4倍。

3.2 視頻業務卡頓問題優化

視頻業務對網絡帶寬、時延、抖動等SLA指標有一定的要求。在項目實施過程中，多個項目現場出現了視頻卡頓的情況。產生這種現象的原因主要有3種。（a）網絡抖動：網絡抖動會導致客戶端收到的數據時間忽長忽短，同時那些不允許在客戶端進行緩存的高實時性業務也會放大網絡抖動產生的影響。（b）網絡丟包：視頻數據在傳輸過程中會出現數據包丟失的現象。例如，當用戶數據報協議（UDP）突發的高帶寬超過網絡傳輸門限時，系統在解碼時無法將幀數據還原，從而導致網絡丟包。（c）帶寬不足：當視頻播放數據所需的帶寬大于實際帶寬時，客戶端需要等數據完成緩沖以后再進行播放，從而造成業務卡頓。

下面我們以天津港視頻回傳和岸橋遠控業務為例，分析當多路視頻I幀沖突和最大傳輸單元（MTU）超過1 398時亂序被引入的情況。

（1）多路視頻I幀沖突

網絡攝像頭在傳輸數據時會進入突發模式。當多路攝像頭在同一個網絡中進行數據傳輸時，同一時刻可能會有多個攝像頭的I幀并發傳輸。單個攝像頭需要4 Mbit/s的帶寬，I幀大小約為150 kB。當同時有48路攝像頭接入的時候，就有可能發生5路I幀碰撞。短時帶寬約為301 Mbit/s，5路I幀有750 kB。這種尖峰的UDP流量在網絡中傳輸時除了會造成擁塞以外，還會在缺少緩存的點位上產生丟包。

為解決上述問題，我們首先考慮降低攝像頭端的數據量，即通過調整攝像頭端的相關參數來降低網絡需求；其次在中間設備中增加緩存，以緩沖突發流量，避免丟包，同時“熨平”流量波動；最后對無線網絡側進行擴容，以提升帶寬門限。

在天津港岸橋遠程控制場景中，岸橋上所有攝像頭的數據都需要通過CPE統一上傳。前端交換機、eBridge類似于網絡交換設備，會將所有處理后的數據包線速轉發到后端。這里的緩沖點是流量上行的匯聚點，它承載著非常大的數據壓力，能夠在CPE側應對大流量沖擊。

（2）MTU值超過1 398而引入亂序

在網絡傳輸中造成視頻卡頓的另一原因是，網絡中傳輸數據包的包長超過了獨立網元的MTU。當包長超過MTU時，路由設備會對數據報文進行分片或者丟棄處理。

在天津港項目中，主要業務消息的終端MTU值超過了1 398。當項目現場采用傳輸控制協議（TCP）來傳輸視頻業務時，服務端出現了明顯的業務卡頓現象。經抓包確認，產生這種現象的主要原因是網絡中存在數據亂序。當終端側MTU值為1 398時，數據包傳輸eBridge將增加44字節頭+14字節MAC，無線將增加44字節。此時，無線側MTU值則為1 500。因此，路由設備會對數據報文進行分片或丟棄處理。

對此，我們可以通過修改網絡傳輸路徑上各個節點的MTU值，包括CPE側MTU、無線側MTU、核心網UPF的MTU等，來保證大數據包的通行，從而避免分片或者丟包。

3.3 PLC業務操控中斷問題優化

PLC業務的高度實時性處理和相關編程模型，均要求數據網絡傳輸精確到單個數據包。在多個工業項目中，出現了PLC業務操控中斷的問題。對此，我們可以從網絡架構、無線參數、PLC程序等方面進行優化。

以天津港岸橋遠控PLC業務為例，PLC鏈路經常出現業務斷鏈的情況。在無線通信情況下，對業務影響最大的是人機接口（HMI）主動斷鏈。在HMI主動斷開鏈接以后，系統會先等待2 060 ms再重新發起建鏈請求。由于在中間這段時間里鏈路上不會有數據傳輸存在，所以一旦出現這種情況，在HMI服務端上的心跳監測界面就會出現數據跳變。

通過分析HMI斷鏈的數據包，我們梳理了4種場景：岸橋PLC數據包未同時到達服務端、數據包到達服務端但出現亂序丟包、同時發送的數據包未同時到達服務器、上行數據丟包重傳后業務無法恢復。

對此，我們可以借助多種技術手段來解決PLC操控中斷問題。在網絡結構調整方面，PLC數據的傳輸方式由與視頻傳輸共用CPE變為獨立使用CPE。在無線參數調整方面，我們在PLC數據無線側提升QoS保障，同時PLC SIM卡配置的5QI為6，普通用戶5QI為9。此外，我們也可以對PLC程序做優化處理，調整MTU值，即把原先的1 436調整為1 380。借助以上手段進行網絡優化可以最大限度地避免PLC鏈路出現業務斷鏈現象。

3.4 基于二層隧道協議（L2TP）實現5G CPE下多終端與服務端的雙向互通

在使用5G網絡替代原本的有線接入時，企業需要解決終端之間雙向互通訪問的關鍵問題。在5G獨立組網（SA）的環境下，基于L2TP實現虛擬專有撥號網絡（VPDN）雙向路徑的業務互通，可同時避免5GC開啟用戶靜態簽約服務，為現場應用提供可行方案。這不僅簡化了系統配置，還能實現多臺現場設備與服務器的相互訪問，滿足PLC遠控和視頻回傳的業務場景需求。

然而，南京濱江、云南神火等項目中普遍存在3個問題：一是現場多項目存在單CPE下掛多終端需求，而終端橋接模式的單個CPE只能下掛單個終端；二是現場多項目當前采用eBridge進行組網，而單個終端接入就需要至少3臺eBridge設備，這使系統配置變得復雜；三是當前CPE僅可單向訪問核心網設備。因此，使用L2TP LAC-Auto-Initiated進行二層通道打通，可解決以上問題，促進了項目交付進度和相關方案推廣。

在終端側，5G CPE通過L2TP與后端建立VPDN隧道。MAC地址綁定可確保下掛設備地址的固定。MC801A終端可作為L2TP客戶端以及遠端側的DHCP服務器。網絡側開啟L2TP網絡服務器（LNS）服務。皖通ISG1800-2S多業務路由器可作為LNS服務端以及近端側的DHCP服務器。進一步地，MC801A和ISG1800-2S的VPDN配置均需要做到：在MC801A上完成LAC、L2TP以及DHCP配置，在ISG1800-2S上完成LNS配置。

相關測試表明：L2TP通道可達，801A CPE下掛多終端設備可行，遠程桌面及文件傳輸協議（FTP）業務能夠開展。因此，L2TP實現了5G CPE下掛多終端與服務端的雙向互通，有助于實現PLC遠控、視頻回傳業務的部署，進一步促進了相關方案的推廣。

4 結束語

隨著3GPP 5G國際標準研制的持續推進，技術標準的演化將持續推動行業應用的發展。R17版本在持續提升通信基礎能力的同時，將支持更廣泛的行業應用。5G行業虛擬專網將重點關注技術的試點驗證和商用落地，進一步豐富5G應用場景，助力行業應用實現從“1”到“N”的復制。行業應用目前已完成從“0”到“1”的突破。工業制造、能源礦山等多個先導行業正在打造應用標桿。部分先導場景應用，如機器視覺質檢、無人巡檢、遠程掘進等，將實現規模復制。