運營商5G 行業專網應用研究

張濤

（中國電信股份有限公司寶雞分公司，陜西 寶雞 721000）

0 引言

5G 自2019 年在我國商用，以1Gbit/s 以上高速率、毫秒級低時延、≥100 萬個終端/km2海量連接、99.9999%高可靠等特性聚焦人與人之間的連接，更聚焦物與物、人與物的連接[1]，賦能制造業、交通、能源、醫療衛生、媒體、金融等垂直行業生產方式智能化、數字化轉型，在轉型升級過程中，生產要素的數字化進程積聚了新的動能，新型信息化應用不斷涌現，業務場景在靈敏感知、智慧決策、敏捷執行等多個層面不斷突破和創新；同時行業企業現有的信息化管理模式仍將存續，其對通信網絡在可管可控、安全、業務自主性方面有特殊的要求。因此運營商需要提供安全可控、能力豐富且具有差異化定制能力的通信網絡―5G 行業專網來作為信息通信行業與千行百業融合的“敲門磚”，滿足行業用戶多元化的業務場景，開啟萬物互聯的大門。

1 垂直行業對5G 網絡的需求

垂直行業對5G 網絡具有復用公網、資源和業務隔離、確定性網絡體驗、多樣化網絡部署、差異化網絡能力、網絡能力開放需求。具體如下[2]。

（1）5G 網絡要能夠承載多域多類業務。多域指的是包含廣域業務和園區局域業務。多類指的是不同類型的業務，不同業務對網絡性能的要求不同，這就要求5G 網絡要能夠同時滿足多類業務的傳輸需求。

（2）5G 要能夠實現分域隔離的數據保障。為了提高同一地區5G 網絡的利用率，降低5G 網絡的使用成本，5G 在為公眾用戶提供服務的同時，也要為行業提供服務，即5G 網絡能將公網和企業在業務上安全隔離，實現雙方的互不混淆。此外，一般行業企業都要求IT和OT 的安全隔離，將兩種不同的業務獨立安全傳輸。

（3）5G 網絡建設成本足夠低。隨著行業信息化程度不斷提高，滿足網絡互聯需求的通信網絡成本越來越高。通信網絡成本包括網絡設備成本、網絡建設成本、網絡運營運維成本以及原有網絡的改造成本等。考慮到行業業務對網絡升級的需求，通信網絡系統需保障兼容性和擴展性，這也直接提高了網絡的整體成本。因此，這就要求5G 行業轉網支持靈活、差異化的部署策略，充分利用或者復用運營商的公網網絡，通過網絡共建、共維、共享、業務本地化處理、運營商規模性效益等能力，有效降低行業客戶的通信網絡成本。

（4）行業企業要能夠簡單自主的運維5G 網絡。行業企業希望對部署在企業內部的網絡有一定的運營管理權限，一方面能根據自己的業務需求隨時調整網絡，另一方面，也能夠實時查看網絡的運行質量和終端運行狀態，在網絡突發異常或設備無法正常運轉時，可以第一時間對網絡做出反應，及時調整生產策略，最大限度的保證生產的連續性。

2 5G 行業專網建設模式

目前，國際上主要包括“公網專用”和獨立建網兩種主流5G 專網建設方式，這兩種方式優勢互補、互為補充。

2.1 獨立建網模式

獨立建網是垂直行業相對傳統的專網建設模式。行業用戶使用自有頻譜、gNB、5GC 和設備自建5G 網絡，與5G 公網在物理上完全隔離。自建5G 專網網絡環境自主可控、網絡時延低、數據安全性高，給垂直行業帶來極大的便利，但巨大的投入和頻譜獲取問題是行業自建5G 專網必須面臨的難題，其中頻譜獲取難問題最為突出，行業自建5G 專網所需的頻譜一般為專業頻譜，有時也會用到共享頻譜和非授權頻譜[3]。

專用頻譜一般包括兩種形式。第一種是垂直行業客戶自己申請并獲得頻率監管機構頒發的專用頻譜牌照，第二種是在一些特殊地理范圍，使用公眾網絡運營商頻譜。第二種方式在操作中有一定的復雜性，因為首先要保證這些地域沒有公眾網絡客戶的接入，其次是公眾網絡運營商頻譜牌照的二次授權。

采用專用頻譜，尤其是第一種形式的專用頻譜已有很多實踐，鐵路、公安、民航、電力等特殊行業都采用專用頻率自行部署過行業專網。未來更多垂直行業若想部署5G 專網，最大難點是專用頻譜獲取難度太大，目前德國將3.7GHz～3.8GHz 5G 專用頻段、英國將3.8GHz ～4.2GHz 5G 專 用 頻 段、日 本 將2575MHz ～2595MHz 5G 專用頻段、28.2GHz～28.3GHz 5G 專用頻段、4.6GHz～4.8GHz 5G 專用頻段、28.3GHz～29.1GHz 5G專用頻段分配給了垂直行業。我國廣東省雖已提出獨立的5G 頻譜資源使用申請，但國家尚批準。由于專用頻譜的稀缺性，共享頻譜及非授權頻譜也被使用在自建5G 專網中。

共享頻譜是特定頻譜由多用戶共同使用，為一種“輕授權”頻譜使用方式，全球多個國家都出臺了共享頻譜政策，目前一些廠商也開始了實踐，垂直行業客戶可采用共享頻譜部署行業私有網絡，這方面并非從零開始。

蜂窩網絡很早將頻譜使用規劃延伸至非授權頻譜。早在4G 階段，業界就對LTE-U 進行過探討和實踐，讓LTE 網絡部署在非授權頻譜上。3GPP 在5G 標準制定中也考慮到了充分利用非授權頻譜的技術。在專用頻譜、共享頻譜獲取困難的情況下，5G 專網運營商也會將目光投向非授權頻譜，雖然作為公共資源，非授權頻譜可以讓更多機構公平接入，但需要更精細的頻譜規劃技術，非授權頻譜才能減少互相之間的干擾。

頻譜是5G 時代稀缺寶貴資源，如何保證頻譜使用效率的最大化和最優化是關鍵，如果為垂直行業分配5G 頻譜，則會帶來眾多分散的參與者參與頻譜劃分，進而導致頻譜分散、頻譜使用碎片化等問題，且跨領域的頻譜管理復雜性更高[4]，不能驅動5G 專網的大規模部署。

2.2 “公網專用”模式

“公網專用”依托公網運營商5G 網絡，利用網絡切片、邊緣云等技術，為行業企業建設／租賃專網。網絡切片利用NFV 和SDN，將公眾網絡運營商5GC、無線網分割成多個虛擬網絡，每個虛擬網絡支撐不同業務，保證各個切片的虛擬網絡之間是相互隔離的，從而確保專網的時延及可靠性。邊緣云將數據處理下沉到邊緣側（如gNB、CE 和RT 等）的云平臺，從而提高網絡處理的速度、降低處理的時延。用“公網專用”模式建設垂直行業5G 專網，不僅能迅速建網，建網成本、后期運維成本相對較低，而且通過不同網絡切片的定制，在不同程度上"共享"公網運營商5G 網絡資源，不需為各垂直行業單獨分配頻譜資源，能有效提升頻譜的利用率，在我國得到快速應用。

3 運營商5G 行業專網

3.1 運營商網絡服務垂直行業的優勢

5G 設計之初就考慮了垂直行業的需求，支持“公網專用”，即5G 網絡既可以滿足公網用戶的需求，也能很好的承載行業應用。基于運營商網絡服務垂直行業具有有以下5 點優勢。

（1）優質頻率資源。運營商豐富頻率資源及高效的頻率協同管理機制，明顯優于窄帶行業頻譜和非授權公共頻譜。由運營商統一提供服報務，可以有效避免寶貴的頻譜資源碎片化，提升頻譜資源利用率。

（2）極致專網性能。運營商多頻段多級別別技術打造專屬安全專網，滿足移動、廣域及局域、室外及室內、特殊覆蓋等多種場景需求。

（3）專業網絡部署。運營商豐富的光纖資源和專業的極端環境部署經驗能滿足各類行業客戶個個性能需求。

（4）高性價比。依托公網，運營商多年打造的端到端產業鏈不僅能夠快速提供一站式綜合解決方案，并且集采規模有效平攤客戶成本。

（5）成熟運維。運營商長期運營管理全球最大蜂窩網絡，網絡監管、故障處理、能力開放等基礎良好，可快速為行業提供運維保障。

因此，運營商的5G 行業專網是垂直行業的首選。

3.2 運營商5G 行業專網的部署

運營商5G 行業專網是指公網運營商基于授權頻譜，為垂直行業客戶提供服務范圍、網絡能力、隔離度可定制的5G 通信服務。運營商5G 專網按照部署方式有與公網完全共享部署、與公網部分共享部署和獨立部署3 種方式。可靈活滿足行業客戶對安全隔離、業務質量保障、業務服務范圍的不同要求。

3.2.1 與公網完全共享部署

與公網完全共享部署是指5G 行業專網與5G 公眾網絡完全共享網絡端-端資源，通過網絡切片技術為垂直行業提供確定性SLA 保障的端-端“虛擬專網”。

致遠模式是中國電信提供與公網完全共享部署模式，面向廣域優先型行業客戶。致遠模式共享中國電信5G 公眾網絡資源，通過VPDN、QoS、靈活資源調度、DNN 定制和切片等技術，為行業客戶提供端-端差異化保障的網絡連接服務。中國移動優享模式利用網絡切片使業務邏輯隔離，實現網絡速率、時延優先保障，像在普通道路上開辟了公交專用通道。5G 虛擬專網是中國聯通利用端-端QoS 和切片技術，為行業客戶提供時延、帶寬有保障且與中國聯通公眾網絡用戶數據隔離的虛擬專有網絡，適用于廣域專網業務。

3.2.2 與公網部分共享部署

與公網部分共享是指5G 行業專網與5G 公眾網絡之間共享5G 基站（gNB）、共享gNB 和核心網控制面（CP），在行業專網內部部署UPF 和MEC。

比鄰模式是中國電信提供的與公網部分共享部署模式，面向時延敏感型區域政企客戶。比鄰模式通過多頻協同、CA、超級上行、QoS 增強、DNN、切片等技術的組合定制，為對網絡性能尤其是時延、數據管控要求高的客戶行業客戶提供帶寬增強、低時延、數據本地卸載的行業專有網絡。中國移動專享模式利用增強覆蓋+邊緣計算，增強無線覆蓋，滿足超低時延、數據不出場需求，將普通道路升級為高速公路。5G 混合專網是中國聯通以5G 數據分流技術為基礎，本地私有化部署UPF，獨享部分物理資源，行業客戶網內業務數據由UPF 本地卸載，數據傳輸不進公眾網絡，通過UPF 直接進入企業內網，可更好降低時延、保障數據傳輸安全。

3.2.3 獨立部署

獨立部署是指運營商為行業客戶獨立部署一張包括所有網元（如核心網CP、UPF、MEC、gNB 等）的5G 行業專網。

如翼模式是中國電信提供的獨立部署模式，面向安全敏感型區域政企客戶。如翼模式利用超級上行、干擾規避、5GNS 和MEC 等技術，按需定制專用的基站、頻率和園區級UPF 等網絡設備，為對安全、性能、自管理要求比較高的行業客戶提供一張物理隔離、端-端高性能的專用接入網絡，還可按需定制MEC、行業應用和專屬運維服務。中國移動尊享模式利用專用基站組建專用網絡，實現高安全性、高隔離度定制化建網，將普通道路升級為高鐵線路。5G 獨立專網是中國聯通利用5G 組網、切片和MEC 等技術，采用核心網一體化設備和專有無線設備為行業客戶組建的一張帶寬增強、時延低、用戶數據與中國聯通公眾網絡數據完全物理隔離的基礎連接網絡。

3.3 行業客戶應用運營商5G 行業專網的優勢

運營商5G 行業專網對于垂直行業客戶組網來說具有以下的優勢。

（1）成本優勢。在5G 網絡設備成本方面，運營商5G 行業專網可以復用運營商5G 公眾網絡成熟的產業鏈，該產業鏈通過公眾網絡運營商在消費者市場的規模建網構建，能夠實現芯片、終端和網絡（包括無線側及核心側）設備的低成本化；在5G 網絡建設方面，運營商5G 行業專網讓行業企業擺脫“一次性建網、一次性投人”的高成本模式，可根據自身需求采用“以租代建”“分步推進”“共建共享”等多種網絡建設模式，實現網絡建設的低成本化；在5G 網絡運維方面，行業企業可與公眾網絡運營商協作，在獲得網絡OT 自主權的前提下，擺脫復雜的5G 網絡設備運維等，實現多樣化、簡單化、自主化的5G 網絡使用和運維模式，從而最終降低運維成本；在原有系統改造成本方面，運營商5G 行業專網已經充分考慮了與原有系統的融合，提供“即插即用”的網絡部署能力，對原有系統改動量小或不改動，減少融合改造成本。

（2）安全優勢。運營商5G 行業專網可根據行業用戶的安全需求，將終端安全保障技術、網絡安全保障技術、應用安全保障技術進行多層次整合，在5G 網絡完備的安全基礎之上，給行業客戶提供按需的、定制化的安全保障；運營商5G 行業專網基于運營商公眾網絡改進而來，借鑒了各運營商電信級大規模通信網絡安全運營的經驗，能讓行業客戶獲得來自運營商電信級安全保障服務。

（3）網絡性能優勢。作為運營商5G 行業專網規劃與優化的責任主體，各運營商可以有效減少5G 網絡自干擾導致的業務性能下降問題，可以根據行業企業的業務類型、業務分布、業務傳輸需求等優化5G 網絡，能夠保障行業業務穩定、可靠的傳輸[5]。

（4）服務開通優勢。運營商5G 行業專網是基于各運營商已經成熟的商業5G 公眾網絡，針對垂直行業的需求進行對應的網絡配置、功能定制，因此業務開通速度快、服務響應迅速。

4 結語

綜上所述，在5G 行業專網獨立建網暫不能大規模部署的現狀下，我國各運營商給出了基于“公網專用”模式的行業專網部署實踐，綜合考慮成本、安全和網絡性能、服務開通等方面運營商5G 行業專網對于垂直行業客戶組網的優勢，我國運營商5G 行業專網建設模式是垂直行業5G 網絡服務的最優服務模式。