5G 行業虛擬專網自服務方案研究

朱紅綠，孫麗楠

(中國電信股份有限公司研究院，上海 200122)

0 引言

5G 行業虛擬專網為行業客戶提供定制化的網絡及服務[1]，對于企業來說具有成本優勢、安全優勢、網絡性能優勢[2]。然而，目前5G 行業虛擬專網對于企業不可視不可管，不利于企業根據業務需要進行網絡監測和維護；專網服務使用不便捷，不利于企業靈活的業務開通、流量調撥等。行業企業希望獲得一定的網絡可管可控能力，同時希望5G 網絡的運維管理模式能與企業現有的網絡及業務管理體系無縫融合，獲得5G 網絡運維權，同時降低運維成本。

因此，本文提出了5G 行業虛擬專網自服務方案，以5G 無線、承載和核心網的網絡能力、IT 能力、網管平臺、切片管理平臺等能力為基礎，通過能力開放技術[3]，構建一系列虛擬專網服務能力，封裝標準API 接口，提供給企業，目的是提升行業虛擬專網客戶對網絡的使用效率、便捷度和掌控能力。通過該方案的研究，將有助于后續探討虛擬專網的自主運維、運營模式，快速推進5G虛擬專網的落地和規模化應用。

本文調研了行業企業對5G 網絡能力的需求，提煉出5G 自服務方案對行業的價值，分析研究了面向行業企業的5G 虛擬專網自服務方案，包括組網方案、平臺架構、平臺基本功能以及擴展性，并對虛擬專網的網絡視圖展示、自主開卡、無人夾抱車等場景做了驗證，展示了實施效果。

1 5G 虛擬專網自服務方案對行業的價值

1.1 5G 行業虛擬專網介紹

5G 行業虛擬專網具有網絡覆蓋定制化、安全性高、性能精準優化、運維管理自主化等優勢[4]，能滿足不同行業不同規模企業的應用需求，其能夠基于特定區域實現5G 網絡業務閉環，保障行業核心業務不出場，例如制造、鋼鐵、石化、港口、教育、醫療等園區型企業等[5]。

這種類型的虛擬專網一般由基站、UPF、邊緣計算平臺[6]、企業業務平臺、5G 虛擬專網自服務平臺等部分組成。虛擬專網中的各類業務平臺可以是部署于園區/廠區的邊緣計算平臺，也可以是企業自有的業務平臺，以承載各類行業應用，如數據采集平臺、協同研發平臺、機器視覺平臺等。對于該類型虛擬專網的運維，運營商可以借助能力開放、切片管理、綜合網管等系統構建5G行業虛擬專網自服務平臺，以實現智能化管理，滿足企業自主監測、管理、配置虛擬專網的需求[7]。

1.2 行業對5G 網絡能力的需求

通過對鋼鐵、電子制造等行業的調研，發現行業對5G 網絡的可視可管具有如下需求：

(1)網絡管理類：需要支持網絡視圖、網絡配置、網絡性能監測、網絡告警與日志、網絡計費[8]、流量路由、后臺數據傳輸、5G 虛擬LAN 等管理需求[9]。

(2)設備管理類：需要支持終端性能管理、終端SLA數據可視、終端權限管理、終端活動日志、SIM 卡管理、終端配置管理等。

(3)安全管理類：需要支持網絡加密、終端強制下線、威脅發現等[10]。

1.3 5G 自服務方案對行業的價值

根據需求調研，行業需要對網絡能力進行獲取、管理，讓網絡和行業業務深度融合，開放更多自主權給企業。因此，探索5G 虛擬專網自服務方案尤為重要。如圖1所示，5G 行業虛擬專網自服務方案的研究具有如下意義：

圖1 5G 自服務方案對行業的價值

(1)打通異廠家、異系統接口，讓企業客戶可在一個平臺實現對基站、UPF 等網絡系統的監測，用行業語言描述網絡管理方式，更容易管理專網。

(2)提出5G 虛擬專網自主運維管理模式，讓企業具備對專網的全局狀態監測、性能監測、告警基本處置等能力，企業網絡使用更自主。

(3)面向行業提供自主開戶開卡能力，企業可以根據業務需要，自行決定開通卡號、停機復機、查詢余額流量等。

(4)提出面向行業平臺的統一簡約開放接口，讓企業平臺和網絡具有深度融合的基礎，可以讓企業業務或平臺實時、靈活、按需調用、調配網絡能力或資源。

2 5G 虛擬專網自服務平臺組網方案

如圖2 所示，5G 行業虛擬專網服務能力平臺能夠面向行業開放5G專網服務能力，北向提供標準化API接口，供行業客戶使用。例如，對于UPF 下沉至行業的場景，只需管理行業虛擬專網內的基站和下沉UPF 網元，兩者提供的能力經由運營商網管或其他IT 系統、NEF、CSMFNSMF、CRM 等匯聚到運營商能力匯聚系統，由運營商統一提供給5G 行業虛擬專網服務能力平臺。

圖2 5G 虛擬專網自服務平臺組網方案

根據行業客戶需求以及公司的規模，5G 行業虛擬專網服務能力平臺可以集中部署在運營商側或者行業集團公司，向園區開放遠程界面；對于跨地域的多園區，也可以在各個園區分別部署物理實體，還可以遠程界面和物理實體相結合的方式部署。

3 5G 虛擬專網自服務平臺基本功能

5G 服務能力平臺的功能設計如圖3 所示，以網絡能力、平臺能力為基礎，通過可視化界面、自動化API 接口來服務上層行業應用或管理人員[11]。其中：

圖3 5G 服務能力平臺功能

(1)5G 服務能力平臺層包括如下內容：

①自服務：企業可以自主開通5G 行業卡號，自主停機復機，查詢流量、余額等。

②自運維：提供專網整體視圖和各設備運行狀態、監控設備告警，并提供初級處置能力和在線申請運營商協查等。

③自管理：企業根據業務發展需要，自主申請、調整網絡資源、終端等級、帶寬、路由策略等。

(2)網絡能力層包括如下內容：

①5G 無線設備包括宏站、室分、小站等，可以提供無線性能、告警、狀態、資源等網絡能力。

②5G核心網網元包括NEF、UPF、AMF、SMF 等，可以提供核心網性能、告警、狀態、資源等網絡能力[12]。

③管理域包括CSMF、NSMF[13]、網管等，可以提供QoS 配置、切片修改等能力[14]。

④IT 域包括CRM 以及其他IT 系統，可以提供開卡開戶、流量查詢等網絡能力。

上述能力如果是邊緣節點提供的，則可以由MEC 進行能力開放，例如：終端定位能力、特定基站的忙閑狀

態、邊緣節點流量等。

4 5G 虛擬專網自服平臺的擴展性

5G 自服務平臺具有如下特點：

(1)技術開放性：平臺開放北向API，方便企業自有系統便捷調用網絡。

(2)模式開放性：自主運維的專網服務模式可以納管企業其他信息化系統，實現集中統一共管。

結合工業PON[15]等技術可形成具備全連接能力的專網自服務平臺，如圖4 所示，其具有規模推廣和擴展的價值。

圖4 5G 行業虛擬專網自服務平臺的擴展性

5 5G 自服務平臺應用場景及效果

5G 虛擬專網自服務平臺在某企業進行了試點，主要應用場景如下：

(1)行業專網統一視圖：通過5G 自服務平臺構建網絡視圖統一展示場景(如圖5 所示)，打造可自主運維管理的虛擬專網服務能力，實現分級、分權、分域監測專網運行狀態，對全網拓撲、設備、質量、數據進行集中管理和大屏展示。

圖5 網絡視圖展示

(2)自主開卡激活：為客戶構建自主開卡使用場景(如圖6 所示)，實現連接能力即開即用。例如，工廠新到一批工業終端，將通過5G 進行作業，由工廠IT 運維人員通過在線開卡開戶界面對運營商發放的白卡進行在線實時激活開通，甚至進行企業流量池的流量劃撥，申請請求到運營商IT 系統流轉后，業務自動開通，實現即時激活即時使用，提升客戶申請使用5G 網絡的效率。

圖6 自主開卡開戶場景

行業可自建運營系統，通過系統調用運營商5G 服務能力平臺接口，進行SIM 卡的實時激活、認證、開通，或者由運營商構建該Web 系統，由行業企業自助使用。

(3)網絡資源實時保障：基于企業無人夾抱車應用實現對無人夾抱車待機狀態監測，通過5G 普通連接與平臺建立心跳，實現保活度。如圖7 所示，無人夾抱車管理平臺需要機車進行作業時發起網絡能力調用指令，通知網絡即將作業。網絡實時建立QoS 保障專屬通道，給夾抱車的5G 連接進行提速、保障，確保叉車視頻數據、圖像數據可靠傳輸到平臺。

圖7 無人夾抱車場景

在該企業試點后，發現5G專網自服務平臺具有的應用效果如表1 所示。

表1 5G專網自服務平臺應用效果

6 結論

本文通過調研行業需求，歸納了5G 自服務方案對行業的價值，提出5G 虛擬專網自服務平臺的組網方案和基本功能，并展示了應用場景和實施效果。5G 自服務方案的研究，有利于推動企業自主運維、管理網絡，提升企業對專網掌控能力和生產效率，有利于促進運營商開放網絡能力，提升企業對網絡的使用深度，以及現有行業網絡與5G 的深度融合。目前5G 自服務平臺僅管理了5G 基站和核心網設備，后續可持續增強和擴展，逐步納管工業設備、Wi-Fi、工業PON、交換機、路由器等，形成支持全連接的企業統一自服務管控平臺。