5G 能力魔方賦能5G 定制網規模化發展

曹磊，李麗，胡圣燁，鐘致民，甘志輝，董曉冬，馬伯驕，張濤

（1. 中國電信集團有限公司，北京 100033；2. 天翼物聯科技有限公司，廣東 廣州 510308；3. 中國電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630）

0 引言

5G 是當前最先進的商用蜂窩移動通信技術，采用了新型多址接入、大規模多輸入多輸出（multiple input multiple output，MIMO）、超密集組網等前沿技術[1-4]和新協議標準[5-9]。與前幾代蜂窩移動通信技術相比，5G 在傳輸帶寬、端到端時延、設備連接數等指標上都有突破性的進展，被譽為“新基建之首”，在鋼鐵、煤礦、港口、文旅等行業數字化轉型升級中有重要的引領作用[10-15]。2021 年7 月，工業和信息化部與中央網絡安全和信息化委員會辦公室、國家發展和改革委等十部門聯合印發《5G 應用“揚帆”行動計劃（2021-2023 年）》，明確提出到2023 年建成超過3 000 個5G 行業虛擬專網的工作目標[16]。為接應5G 行業虛擬專網的建設目標，本文創新推出“網定制、邊智能、云協同、X 隨選”融合協同的5G 定制網，為行業客戶提供一體化定制融合服務。

當前各行業5G 定制網的建設需求旺盛，但同時企業客戶對5G 定制網的業務訴求存在巨大的差異[17-19]。以包括白色家電、3C 制造、大型機械等工業制造行業為例，該行業內企業生產的主要特點是按訂單、按庫存開展多品種、小批量生產，生產、物流、質量管理的復雜性較高，同時注重多個生產單位的信息流通和分工協作。在過去落地的案例中，交付的典型5G 業務場景包括高清質檢、云化可編程控制器（programmable logic controller，PLC）、自動導引車（automated guided vehicle，AGV）調度、增強現實（augmented reality，AR）等，這些場景網絡能力的要求呈現出較大差異，高清質檢重點關注100%的可靠性要求、單路視頻傳輸上行30～150 Mbit/s 的高帶寬要求，云化PLC 重點關注10 ms 以內的單向端到端低時延要求，AGV 調度除了遠程實時控制的較低時延要求，還需要滿足0.5 m 以內的高精度定位要求。電信運營商如何快速、高效、標準地滿足同一細分行業內差異巨大的網絡能力需求，是當前5G 業務走向規模化發展、落實工業和信息化部揚帆行動工作目標的主要障礙。

中國電信在2021 年11 月對外發布了“5G 能力魔方”，在5G 端、網、云、邊、用、服全方位的基礎原子能力進行積木式組合的基礎上，創新性構建鋼鐵、礦山等行業場景需求解析模型，實現定制化需求到標準化能力的自動匹配，實現多路徑貫穿業務場景到交付運營全流程，實現對定制化需求的即時封裝交付，創新5G 定制網規模化發展的新路徑。

1 5G 能力魔方

1.1 5G 能力魔方系統定位

5G 能力魔方是中國電信5G toB 網絡能力匯聚中心，與商機系統、客戶關系管理（customer relationship management，CRM）系統對接，實現一站式售前支撐、產品和服務的自動受理，與新一代運營管理系統對接，完成網絡設備的自動配置，與中國電信天翼智能物聯網開放平臺（AIoT）對接，實現終端設備的自動納管，總體上貫通售前支撐到項目交付的全流程服務。5G 能力魔方在中國電信5G 定制網體系中的定位如圖1 所示。

圖1 5G 能力魔方在中國電信5G 定制網體系中的定位

1.2 5G 能力魔方體系架構

1.2.1 核心功能

5G 能力魔方包括業務需求面、技術參數面、原子能力面、標準產品面、業務方案面和商業模式面，5G 能力魔方體系結構示意圖如圖2 所示。5G 能力魔方的目標是通過六維積木式組合，實現場景精準適配、能力多維構建以及方案快捷交付，縮短5G 定制網項目拓展周期。

圖2 5G 能力魔方體系結構示意圖

· 業務需求面：對重點行業典型場景進行解析，建立覆蓋估算模型、容量估算模型、時延估算模型，將定制化、差異化的需求逐步收斂為關鍵能力參數，從而實現將差異化的業務需求轉化為標準化的能力需求。

· 技術參數面：能力水平的評價標準，包括終端（模組）、無線網和承載網等方面的30 多個網絡關鍵量化參數。

· 原子能力面：能力的全視圖，包括終端、號卡、無線網、承載網和平臺等9 個維度的90 多個原子能力項，這些能力項與業務需求面能力估算模型中的能力一一對應。

· 標準產品面：超級號卡、切片專線等標準化5G 產品。

· 業務方案面：從需求場景、原子能力、設備、產品的組合/封裝，輸出建設方案和成本估算。

· 商業模式面：依據報價要素、投資利潤要求，形成推薦報價組合。

5G 能力魔方的6 個面，在業務需求、原子能力、產品、方案、商業模式等層面實現標準化和模塊化，是下一步面對客戶定制化需求，在多維度空間上完成靈活組合的基礎。這個標準化和模塊化的過程，依賴大量的5G 標桿項目基礎數據和實踐經驗，也是一個不斷發展、擴充、成長的持續迭代過程，因此要求5G 能力魔方的體系架構具備足夠的開放性，建設與運營要形成良性循環。

1.2.2 云原生特性

5G 能力魔方系統從設計到研發都充分融合了云化、容器化的理念，展示層基于漸進式前端框架實現，組件服務層基于微服務SpringBoot 框架搭建，基于中國電信容器云服務引擎（Container Cloud Service Engine，CCSE）實現整個系統的負載均衡、注冊發現、彈性伸縮、限流熔斷、灰度發布，集成Server Mesh 服務網格及Pinpoint 調用鏈追蹤。5G 能力魔方已經完成了基于天翼云的容器化部署。

1.3 5G 能力魔方關鍵流程和組合模式

在完成6 個維度上的需求、能力、功能原子化和標準化后，需要進一步貫通從業務需求到方案封裝、業務交付的全流程，并提供多種可選的貫通路徑，從而在六面的立體空間上，探索能力組合模式規范化、模板化，5G 能力魔方全流程貫通方案如圖3 所示，關鍵設計原則如下。

圖3 5G 能力魔方全流程貫通方案

· 各面的輸入和輸出基于量化模型落實可操作性，例如，量化細分行業可復制場景和典型需求、量化構成的關鍵能力清單、量化設備清單、量化能力和設備的成本估算。

· 依托行業經驗，設計覆蓋終端、號卡、無線、承載、核心網、邊緣的端到端網絡能力組合模板，實現同類場景下的能力快速組合，兼顧靈活性和標準化。

基于全流程貫通的框架，支持多種組合路徑，具體說明如下。

· 商機引導階段，貫通業務需求面和原子能力面，在線展示5G 助力企業完成數字化轉型的能力、價值，加快商機轉化。

· 項目簽約階段，貫通六面，輸出建設方案和成本估算，輔助客戶和電信運營商完成成本估算和效益評估。

· 實施交付階段，基于原子能力面，向業務支撐系統和運營系統，同步項目所需號卡、網元的設備信息，實現自動化開通，提升業務運營效率。

以礦山行業某5G 定制網項目為例，該項目的采煤機遠控、無人機巡檢、傳煤帶煤質識別等5G 應用場景具有時延敏感性特征，并體現出差異化的網絡保障需求。通過應用5G 能力魔方，對以上5G 應用場景的業務需求進行模塊化解析，明確其帶寬、時延、可靠性、定位精度、數據不出園區等業務需求及網絡關鍵性能，進一步匹配服務質量（quality of service，QoS）、上行增強、數據分流、定制數據網絡標識（data network name，DNN）、多接入邊緣計算（multi-access edge computing，MEC）等原子能力及產品，快速形成5G 定制網組網拓撲架構及端到端解決方案，并結合商業模式提供項目報價建議。5G 能力魔方輸出的5G 定制網項目組網拓撲示意圖如圖4 所示。

圖4 5G 能力魔方輸出的5G 定制網項目組網拓撲示意圖

能力、產品、設備之間組合的最佳實踐，在5G 能力魔方中沉淀為細分行業的模板知識庫。面向細分行業同類項目，基于知識庫智能化地完成能力組合，同時開放基于模板的二次定制，從而兼顧成本、效率和質量，達到“一人千面”的效果，5G 能力魔方也成為在線的5G 定制網智能專家。

2 5G 能力魔方的應用創新

2.1 行業場景需求解析模型

5G 能力魔方創新性地構建行業場景需求解析模型，實現了業務需求的標準化和模塊化，這是跨越定制化的行業需求與標準化的能力供給之間鴻溝的關鍵。首先，基于大量的5G 標桿項目基礎數據和實踐經驗，將差異化、定制化的業務需求逐步收斂、聚焦到終端設備層、接入網絡層；其次，在終端設備層提煉出設備類型、設備數量等關鍵參數，在接入網絡層提煉出覆蓋面積等關鍵參數，構建了行業場景需求解析模型。

以鋼鐵、港口行業為例，從場景需求到宏基站原子能力的解析模型為：

該模型建立后，在鋼鐵、港口行業5G 定制網項目拓展中得到驗證，均能夠有效完成標準化能力估算。

5G 能力魔方是服務交付模式上的創新，基于需求、能力、功能的模塊化和標準化，通過組合能力體系快速輸出方案，低成本、規模化地滿足定制化業務需求。以某電子制造企業為例，針對客戶臨時提出的“用戶面下沉本地+專用室分+專用宏基站”的非標準組網需求，基于5G 能力魔方實時完成能力組合、封裝解決方案、估算建設成本，將原有2～3 日“收集需求、封裝方案、客戶確認”的工作周期縮短至即時交付，改變了電信運營商的方案交付模式。

5G 能力魔方是智能化技術在售前支撐工作的應用，將前端的標桿案例、典型場景、報價模型與后端的網絡參數、自有能力、運營服務等以一體化方案的形式觸達一線業務拓展單元，同時會根據項目實戰過程中實時反饋的參數糾偏、能力要求等持續迭代。

2.2 存在的優勢

5G 云化是5G 發展的主流趨勢之一，無論云服務提供商還是電信運營商，都在積極探索5G 云化的發展路徑。

2021 年7 月，AT&T 宣布將其5G 核心網遷移至微軟Azure for Operators 云端。微軟借此形成全球范圍的電信云基礎設施提供商，向市場推出電信級的Azure for Operator 解決方案，加上微軟其他通信領域的收購包括 Affirmed Networks 和Metaswitch Networks，微軟的服務范圍可媲美運營商。但是，微軟提供的連接服務是否能達到為客戶提供高安全高可靠通道、兼容多樣性的設備、滿足定制化需求等運營商級別的服務質量，仍需要進一步驗證，微軟完成了5G 云化的初級探索。

2021 年12 月，AWS 宣布推出5G 專網解決方案AWS Private 5G。AWS Private 5G 是一個集成化的方案，在最短的時間內可以快速搭建起一個簡單的5G 專網，可以自動設置和部署網絡，并按需根據額外設備和網絡流量的增長擴容[20]。AWS Private 5G 在設計理念上與5G 能力魔方的相通之處是聚焦在降低方案設計和交付的難度、提升項目拓展效率、促進規模發展，但是二者也存在著發展路徑上的巨大差異，AWS Private 5G受限于頻譜資源、網絡連接的運營維護經驗，只能基于AWS 龐大的互聯網客戶基數從中低端客戶的輕量化、基礎通用網絡建設需求切入，無法將網絡建設與企業生產流程緊密關聯起來，5G 建網模式雖然標準化了，但無法覆蓋企業的數字化轉型需求，無法實現基于5G 促進跨界技術融合，無法發揮5G 引領作用帶動全行業技術進步。5G能力魔方有效地跨越了業務需求多樣性到解決方案快速交付之間的鴻溝，按細分場景完成需求模塊化、能力標準化，沉淀能力組合的模板，與屬地化的支撐力量形成聯動，與企業業務特性緊密相關，充分契合了國內電信運營商屬地化的現狀，在推動企業數字化轉型、推動數字中國的建設中必將發揮更大的作用。

3 結束語

5G能力魔方已經貫通了業務需求到解決方案，下階段將進一步貫通解決方案到交付運營，完成與5G 定制網運營管理平臺等業務受理和運營系統的對接，為5G 行業客戶提供由售前到交付的全流程自動化服務，進一步賦能5G 定制網的規模發展。

5G 能力魔方下階段也將重點提升智能化水平，將結合知識圖譜技術加快自身迭代步伐，實現基礎現有知識庫組合成圖數據庫，基于人工智能技術實現基于知識圖譜的智能推理，實現從場景需求到方案報價的知識體系的智能生成。