5G垂直行業專網規劃要點探討

1 研究背景和意義

5G網絡發展至今天，網絡部署仍然以中高頻組網為主，依然面臨著投資規模大、運營能耗高、垂直行業商業模式不明確等挑戰。如何基于5G網絡現狀、網絡特性和發展方向為各行業賦能，促進運營商盡快釋放SA 網絡價值，接入各行業生態鏈是5G當前面臨的主要難題。本文針對5G 垂直行業網絡規劃專網建網方案進行技術分析和探討，為后續解決可能存在的網絡問題提供思路。

2 5G ToB典型規劃流程

目前5G網絡業務主要有個人業務（ToC）和垂直行業業務（ToB），由于垂直行業業務是5G網絡業務的新興發展方向，ToB規劃自然成為5G規劃后續核心之一。5G ToB規劃流程（如圖1所示）與傳統規劃流程的差異化重點在于需求分類上。

圖1 5G ToB規劃流程

3 5G ToB典型專網架構

由于垂直行業用戶的網絡需求一般以定制化網絡指標，特定區域化網絡覆蓋等要求為主。基于定制化網絡的主要差異點，垂直行業用戶的需求可重點分為3類：廣覆蓋類，高性能類，高安全類。

這三類需求導向的專網規劃方案一般很難達到三者同時滿足，存在一定的互斥關系，主要考慮滿足客戶對網絡能力的價值需求來進行專網規劃。根據專網的共享深度和定制化程度，以及對3種需求滿足的程度，可以大體分為3類專網。

3.1 廣域型專網

廣域型專網以虛擬技術為主，這類專網主要基于公專協同以滿足廣域接入類專網的需求。其主要特點：定制專線工程量小，即開即用，針對快速廣域響應有較好的接入網基礎。一般針對移動性強、移動范圍廣、帶寬需求大、時延需求中、信任運營商級安全性能的廣域行業客戶。

主要涉及到以下主要技術點。

基于公網eMBB廣域接入的覆蓋基礎，針對業務發生區域較大的情況，根據業務需求對覆蓋和容量受限的區域仍需進行局部保障。

通過ToB切片方案，來滿足專用的業務需求，可適當進行優先資源預留和保障。

網絡架構如圖2所示。

圖2 5G ToB廣域型專網架構

3.2 時延型專網

時延型專網以按需定制+切片技術為主，主要通過無線網按需增強，網關各節點適當選擇本地化部署以滿足時延類專網的需求。其主要特點：低時延高可靠，公專部分協同，將部分不敏感的內容由公網承擔。一般針對時延類新型業務的發展，具備一定的移動性，但不適宜過大范圍的保障，如對時延、同步有較高要求的指定區域范圍內的工業物聯網機械精確控制、醫療實時控制、人體視覺體驗等。

主要涉及到以下主要技術點。

切片按需定制，主要包含滿足ToB通用業務需求的公網默認切片，滿足不同企業功能、性能、安全等需求的定制專用切片，這種切片可企業獨享、多企業或行業共享、部分網元可獨立或共享公網。

無線增強方案：物理覆蓋區域增強，資源類型主要為共享或隔離，覆蓋類型可使用常規或深度增強或厚度增強，一般以應對吞吐量需求為主。

網關部署方案：UPF下沉定制，共享或獨立；本地分流網關，一般以滿足時延需求為主。

網絡架構如圖3所示。

圖3 5G ToB時延型專網架構

3.3 安全類專網

安全類專網以網關本地部署、基站專用定制、網絡深度定制下沉的思路部署網絡，以達成數據私有化的安全類專網需求。其主要特點：物理隔離，專用頻率，定制基站網絡。一般針對行業隔離度要求高的客戶業務，特別是具備單獨安全標準要求的，如軍政、電網、鐵路等行業，需應對行業要求進行全流程管控和數據規范為主進行區域級網絡保障。

主要涉及到以下主要技術點。

專用基站部署：主要針對業務需求的物理覆蓋區域；單獨的頻率策略；單獨規劃基站，可專享或共用；網關本地化，定制園區UPF；網絡深度定制功能性能配置，并進行區域限制，以確保數據不出園區，保證高安全等級。

網絡架構如圖4所示。

圖4 5G ToB安全類專網架構

4 5G專網區域規劃方法研究

通過5G移動網絡為專網系統提供基礎連接服務，需要在業務需求分析、網絡架構基本確定的基礎上，相對于傳統的5G公眾移動通信網絡，本文重點考慮這些增加因素的影響：移動性、上行傳輸高、連接數高、低時延要求和高可靠要求。

4.1 專網區域覆蓋研究——5G空口

5G網絡部署前期，面臨復雜、多制式的混合網絡基礎，大多數場景無線環境復雜，建筑物密集，高低分布不均，頻率站址等資源緊張，用戶需求大等問題。

基于5G網絡的新型空口能力，部署Massive MIMO。針對不同行業區域的覆蓋連接服務，重點在于覆蓋區域的特征，如大規模天線技術的高頻譜利用率特點可以良好滿足城市宏蜂窩場景用戶的頻譜效率需求。高層建筑覆蓋場景和山地區域中，大規模天線技術提供了垂直維度的波束賦形，為高層建筑/高地提供定向的網絡覆蓋。（如圖5所示）。

圖5 Massive MIMO天線用于高層覆蓋

低空域覆蓋場景中，大規模天線技術能夠生成指向特定用戶的精準信號波束，提供三維空間上的有效覆蓋。近水域場景中存在一定的反射性，容易導致小區信號雜亂、相互干擾，大規模天線技術可以控制近水域的覆蓋區域，充分利用水平緯度和垂直緯度波束，使得小區間干擾協調變得更加靈活，優化空間更大。

5G空口側針對需要無線定制能力增強還有以下方式。

（1）資源預留：基于資源塊（時頻域）的預留，以實現端到端的切片、靈活高效的保障ToB業務的專用資源。根據業務具體需要，可以定制基于公網正常調度模式、專網優先或獨占調度模式的資源預留。

（2）網絡增強：重點強調針對ToB業務深度需求或厚度需求進行網絡配置增強。主要通過單獨定制化的規劃和優化工作來滿足無縫連續的深度覆蓋；通過開放更多頻率資源的協同策略，增大可用的頻譜帶寬，通過載波聚合等方式增強上下行吞吐量。

（3）資源定制：主要通過按需定制專用的基站、基于行業專用頻率、幀結構等方式，針對室內或封閉場景區域內，進行基于安全隔離要求的資源獨享定制。這種定制一般可以滿足行業的安全需求，隔離需求，干擾規避需求，上行帶寬需求等。

4.2 專網區域時延研究

5G專網網絡需要適配業務需求的覆蓋特性后，通過盡量減少數據迂回程度，來確保時延滿足需求。5G采用用戶面和控制面分離的核心網架構，用戶面UPF可以根據業務分布和轉發流向需要，下沉到相應的位置，更靠近用戶，及時轉發數據。同時與邊緣計算MEC結合，提供相應的算力和存儲能力。邊緣節點更接近于用戶終端裝置，可以加快資料的處理與傳送速度，減少延遲，在靠近數據源頭的地方提供智能分析處理服務，減少時延，提升效率，提高安全隱私保護。

邊緣節點如UPF的適當下沉需同時考慮業務時延，兼顧業務移動范圍，綜合考慮后，選定地市級、本地網級、園區級下沉級別。下沉的同時，也需根據場景、業務需求、安全責任需求等，配置不同的容量和功能和物理位置選定等以適應低時延數據保障的要求。

4.3 專網區域可靠研究

5G專網部分垂直行業業務，對連接可靠性要求高，特別是無人智能行業，終端與平臺系統之間的連接，特別是控制指令需要較高的保障等級。

在園區級專網的部署過程中，可以通過網關、承載、基站全方位的定制，以及物理隔離，區域限制，終端限制等方式，來確保專用接入的可靠性，但這種場景成本高，環境封閉需求苛刻，滿足條件的業務場景較少。

而在更多的行業客戶場景中，無線資源和傳輸資源都與公網存在復用，對分配資源的搶占容易導致專網終端拒絕接入等情況。

5G網絡可以通過網絡切片將運營商的物理網絡切分為多個邏輯網絡實現一網多用，構建多個專用、虛擬、隔離、按需定制的邏輯網絡，既可以滿足不同行業客戶對網絡能力的不同需求，也可以實現統一基礎設施網絡適應多業務，對運營商而言可大大減少投資。針對不同的業務需求，各網絡切片對資源的分配有不同的優先級，同時也可以做邏輯隔離，確保業務的安全性。

端到端的切片在標準上還在進一步推動，包含核心網、傳輸、無線切片標準，3GPP、ITU-T和ITEF各組織分別定義各面的標準，尚未完全統一，部分場景存在各廠家內部定義切片感知標識機制的情況。

業務的端到端切片從實現上，主要基于QoS規則建立映射和調度機制。基站側基于切片ID為特定切片配置無線資源預留，基于QoS規則實現面向業務的空口調度。承載網暫時需通過高質量的OTN/IPRAN等方式提供云/網專線，并做專用的VPN安全隔離。核心網可以提供靈活的虛擬專網定制，將公網切片和專網切片編排隔離。

5 結束語

本文通過對5G垂直行業專網規劃的流程、架構和要點的分析探討，結合當前5G網絡主流專網部署類型，進行規劃落地方面的建議，通過5G垂直行業專網規劃要點的探討，為后續專網規劃和實施提供思路，梳理技術要點。

基于5G跨行業的基礎設施能力，5G專網未來研究方向將繼續尋求更多垂直行業合作型5G網絡，針對多種業務的不同網絡規劃方法、規劃思路，完善垂直行業的專網規劃架構，來指導5G垂直行業專網規劃建設，面向社會各界，各垂直行業向5G網絡提出的更高要求進行網絡規劃技術點準備，為網絡規劃建設落地有進一步的參考價值。