5G專網技術解決方案和建設策略

鄭鎮禮

（廣東通信行業職業技能鑒定中心，廣東 廣州 510000）

0 引 言

與4G相比，5G網絡面向更豐富的場景——eMBB、uRLLC、mLTC，功能更強大。基于SBA的模塊化服務定義在5G網絡中的應用，運營商具備充分的定制能力和選擇空間，促進了柔性網絡真正融合剛性網絡，利用組合實現網絡服務的靈活性，從而發揮定制和靈活組合的功能，真正完成升級的獨立性和順利演進。5G提供端到端的網絡切片能力，以滿足垂直行業的差異化服務以及對無線、傳輸和核心網絡資源的靈活調度。基于以上優勢，業界預計80%的5G將在工業互聯網等領域應用[1]。豐富多樣的5G應用場景如何發揮5G的最大價值，需挖掘“5G+產業”的優勢，形成良好的跨界合作循環，把產業的整體發展推向一個新的高度，這需要整個行業在發展中加強網絡建設。

1 5G行業專網需求分析與獨立建網的必要性

1.1 需求分析

為了滿足組織管理、安全生產、指揮調度等方面的具體需要，以及自有頻率和未經授權的頻譜在行業中利用，為了有效控制業務數據，需建立自己的專用網絡。專業的網絡背景中，業務需求的典型性特征如表1所示。

隨著5G技術的飛速發展，5G高速、大帶寬、低時延、高可靠性的特點，為不同領域的無線創造了新的路徑。諸多優勢集于一身，5G專網完全能實現表1中對可靠性、連接密度、QoS和定位精度的要求。5G專網的商業運作不僅可以滿足傳統客戶的業務需求，而且可以滿足不同領域對數據靈活性和安全性的需求，以及工程建設和不同支持運行的需求。

（1）定制的靈活性。對可更換專有網絡的定制，必須綜合可靠性、QoS、通信能力以及隔離度等。共享一網，即園區人與物的智能網連接的綜合服務通過一網進行解決。控制的自主性是指企業自主管控專業網絡，并按照具體的需要實時調整網絡和終端，完全不受大網絡的影響。隔離的安全性是指具備隔離公共網絡的功能，數據只在區域內，確保用戶信息安全和數據的獨立。

表1 專網業務需求

（2）集中數據管理的具體功能包括一點聚合專網數據、流量的透明性、分析內容便捷以及可以實時洞察網絡狀態。覆蓋的范圍要按照終端類型的深度、廣度以及業務特征進行確定，智能優化極限寬帶和無線波束。優質的服務水平必須具備相應的服務體系，與客戶進行網絡服務水平協議的有效簽訂，規范相關的故障處理、日常維護以及開通業務等服務標準。為了切實保證客戶的網絡服務體驗，考慮根據用戶要求進行專屬運維、駐地化的7×24小時服務。

在5G網絡背景下，運營商的無限商機來源于行業客戶的多樣化需求。因此，運營商需懂得以智能化、數字化、無人化園區為切入點，介入5G專網市場，把5G專網的新產品提供給相關的垂直行業，從而使該專網模式真正實現靈活部署、按需隔離和公專融合的模式。

1.2 專網建設的必要性

5G技術本身可以提供2C或2B服務。目前，受人口紅利和人口需求的影響，個人通信消費已經趨于飽和。在緩慢增速的2C市場中，傳統的2C用戶將被2B用戶取代，變成5G的主要用戶。倘若嘗試將2C和2B網絡共建，那么這個網絡是公網而不是一個專用網絡。由于兩個網絡在服務對象、業務內容等方面存在諸多差異，因此共建會帶來諸多弊端。若單獨建設5G 2B工業專用網，可以差異化服務滿足需求，從而更深地拓展5G業務。

先進的技術和豐富的經驗是運營商在通信網絡建設方面擁有的優勢，可以滿足傳統業務和互聯網用戶的各種需求。如表2所示，企業、工業或專用網用戶對性能和安全性的需求相當高，完全超越大眾消費的行業，如公共安全、工業生產、交通等。因為2C網絡對工業或企業專用網用戶的多樣化需求難以滿足，尤其是基于企業業務的按需服務和靈活開放層次，距離2B網絡的距離還很大。2B業務諸多層次上的差異性，給2B網絡提出了分開建設的要求。

2 5G專網建設策略

2.1 5G專網總體架構設計

5G行業專用網是基于5G標準的網絡架構，包括邊緣計算、網絡切片、運行以及維護管理等功能。

從應用場景、地理位置和服務范圍來看，5G行業專用網可分為廣域專網和局域專網兩大類。對局域專網，一般適用于特定地理區域的園區。基于特定區域的5G網絡可實現業務閉環，確保行業核心業務不出園區，主要應用場景包括制造業、石化、鋼鐵、港口、醫療以及教育等園區企業。廣域專網不受地域限制，端到端的公共網絡資源通常以運營商為基礎，通過網絡或物理切片的方式，實現不同行業不同業務的安全承載，主要應用場景包括交通、車聯網、電力以及跨域經營的特大型企業。

基于ANSYS Workbench的直通式截止閥流道的分析 陳 鵬，張 寒，羅 雙，樊學良，陳廷兵6(54)

5G產業專網主要包括兩種重要的支撐技術。一種是網絡切片技術，即通過網絡切片能力可以構建端到端的5G網絡，實現跨區域專網，保證專網資源與公網的邏輯隔離甚至物理隔離。另一種是邊緣計算，即通過邊緣計算能力在園區、工廠等區域構建一種獨享或部分獨享的網絡資源。建立專網的兩種技術也可以重疊，以更好地保護專網的資源和質量。5G專網整體網絡架構如圖1所示。

表2 2B和2C業務對比

圖1 5G專網整體網絡架構

對于局域專網，如圖1工廠、園區、港區、礦區型的行業專網，由基站、UPF、邊緣計算平臺、企業業務平臺以及5G專網自服務管理平臺等部分組成。局域專網中的各類業務平臺可部署于園區/廠區的邊緣計算平臺，也可以是企業自有的業務平臺，以承載園區/廠區的各類行業平臺或行業應用，如數據采集平臺、協同研發平臺和行業視覺平臺等。對于園區/廠區型專網的運維，運營商可以借助能力開放、切片管理、綜合網管等技術或系統構建5G行業專網自服務管理平臺，以實現智能化管理，滿足企業自主監測、管理以及配置專網的需求[2]。

對于廣域專網，如圖1區域1和區域2的跨域專網，或企業總部和區域1或區域2的跨域專網，由運營商公共網絡、企業云平臺以及5G專網自服務管理平臺等部分組成。廣域專網的流量在運營商公網開通的專用切片資源內轉發，可不受公眾業務流量的影響和資源搶占。對于擁有跨區域的專網通道行業，如車聯網類、游戲類以及現實（VR）類行業，可以通過切片專網和平臺，在任何地點實現切片專網內的互訪。廣域專網的業務平臺一般部署于集中云位置，也可以根據特定需要，在特定位置的網絡邊緣計算平臺部署子系統[2]。

2.2 面向園區的5G專網部署方案

園區5G工業專網的部署根據下沉網絡設備的不同，可分為UPF部署、UPF+MEP部署和5G輕量級核心網部署。各部署方案的適用條件和主要優缺點如表3所示。

2.2.1 UPF部署

UPF部署主要適用于中小企業，企業對流量不出園區和時延指標有要求，但終端狀態和分流需求相對固定，沒有網絡能力調用和自我管理、自我維護的需求。對于傳輸困難、機房空間或供電緊張的情況，可采用UPF和基站共用機房的部署方式。

2.2.2 UPF+MEP部署

UPF+MEP部署主要適用于大中型企業，企業有網絡能力調用、網絡和平臺自我管理和自我維護、業務規則制定等需求，也可以在MEP中承載部分企業應用和企業系統，實現業務與網絡的更好銜接，企業具有一定的網絡和平臺管理能力。對于傳輸改造困難場景、機房空間或供電受限場景，可采用PF+MEP與基站共用一個機房的部署方式。

表3 3種部署模式的適用條件和主要優缺點

2.2.3 5G輕量級核心網部署

5G輕量級核心網部署主要適用于大型企業，企業對核心業務的安全隔離要求最高，同時對網絡能力調用、網絡和平臺自我管理和自我維護、業務規則制定等也有要求，具有一定的網絡和平臺管理能力[3]。

以上3種模式關系是漸進式的，簡單UPF的部署模式支持向UPF+MEP部署模式演進，UPF+MEP也支持向5G輕量級核心網模式演進，因此企業也可以根據需要采用分段方式進行部署。

3 5G行業專網典型案例寧波舟山港

中國移動與寧波舟山港就5G智能港項目進行深入合作，提出港口5G專網解決方案，旨在深度整合5G與港口生產業務，提高港口自動化水平，實現降本增效。

港口網絡架構如圖2所示。整個案例采用SA組網，在港區內設置大型網絡宏站和專用宏站，為港口生產業務提供頻率專用服務。該接入控制方案保證了其他用戶不能接入專網區域，大大提高了業務性能（如時延、速度、可靠性）的保證效果，目前已完成多個堆場連續覆蓋，以滿足港口的速率、可靠性、時延以及安全隔離等要求[4]。

核心網部署專用5G C核心網切片，將UPF下沉至港口區，確保港口敏感業務的數據安全隔離性。其余核心網絡設備位于機房，物理設備與其他項目共享，通過切片進行虛擬隔離。港口機械PLC等港口設備通過CPE接入5G網絡，港區人員和無人機通過5G基站直接接入。目前，寧波舟山港5G行業專網已進入批量運營階段，有利于寧波港港口自動化發展。

圖2 寧波舟山港5G混合專網架構構

4 結 論

綜上所述，重點分析5G專網建設的需求，并深度研究5G專網建設的策略和方案，有針對性地探討了5G專網的網絡性能、網絡結構、場景應用以及行業狀況，同時客觀指出了5G專網建設運營模式中存在的諸多問題，也提供了解決問題的有效建議。隨著5G技術日新月異的發展，相關的網絡標準和建議日趨成熟，未來服務垂直行業的質量會更高，運營商在專業網建設方面的優勢還在增強，但機遇和挑戰并存的格局也在形成。