運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)應(yīng)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(shí)延、≥100 萬個(gè)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(yè)、交通、能源、醫(yī)療衛(wèi)生、媒體、金融等垂直行業(yè)生產(chǎn)方式智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型，在轉(zhuǎn)型升級過程中，生產(chǎn)要素的數(shù)字化進(jìn)程積聚了新的動(dòng)能，新型信息化應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，業(yè)務(wù)場景在靈敏感知、智慧決策、敏捷執(zhí)行等多個(gè)層面不斷突破和創(chuàng)新；同時(shí)行業(yè)企業(yè)現(xiàn)有的信息化管理模式仍將存續(xù)，其對通信網(wǎng)絡(luò)在可管可控、安全、業(yè)務(wù)自主性方面有特殊的要求。因此運(yùn)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(wǎng)絡(luò)―5G 行業(yè)專網(wǎng)來作為信息通信行業(yè)與千行百業(yè)融合的“敲門磚”，滿足行業(yè)用戶多元化的業(yè)務(wù)場景，開啟萬物互聯(lián)的大門。

1 垂直行業(yè)對5G 網(wǎng)絡(luò)的需求

垂直行業(yè)對5G 網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)用公網(wǎng)、資源和業(yè)務(wù)隔離、確定性網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)、多樣化網(wǎng)絡(luò)部署、差異化網(wǎng)絡(luò)能力、網(wǎng)絡(luò)能力開放需求。具體如下[2]。

（1）5G 網(wǎng)絡(luò)要能夠承載多域多類業(yè)務(wù)。多域指的是包含廣域業(yè)務(wù)和園區(qū)局域業(yè)務(wù)。多類指的是不同類型的業(yè)務(wù)，不同業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)性能的要求不同，這就要求5G 網(wǎng)絡(luò)要能夠同時(shí)滿足多類業(yè)務(wù)的傳輸需求。

（2）5G 要能夠?qū)崿F(xiàn)分域隔離的數(shù)據(jù)保障。為了提高同一地區(qū)5G 網(wǎng)絡(luò)的利用率，降低5G 網(wǎng)絡(luò)的使用成本，5G 在為公眾用戶提供服務(wù)的同時(shí)，也要為行業(yè)提供服務(wù)，即5G 網(wǎng)絡(luò)能將公網(wǎng)和企業(yè)在業(yè)務(wù)上安全隔離，實(shí)現(xiàn)雙方的互不混淆。此外，一般行業(yè)企業(yè)都要求IT和OT 的安全隔離，將兩種不同的業(yè)務(wù)獨(dú)立安全傳輸。

（3）5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本足夠低。隨著行業(yè)信息化程度不斷提高，滿足網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)需求的通信網(wǎng)絡(luò)成本越來越高。通信網(wǎng)絡(luò)成本包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營運(yùn)維成本以及原有網(wǎng)絡(luò)的改造成本等?？紤]到行業(yè)業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)升級的需求，通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需保障兼容性和擴(kuò)展性，這也直接提高了網(wǎng)絡(luò)的整體成本。因此，這就要求5G 行業(yè)轉(zhuǎn)網(wǎng)支持靈活、差異化的部署策略，充分利用或者復(fù)用運(yùn)營商的公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)共建、共維、共享、業(yè)務(wù)本地化處理、運(yùn)營商規(guī)模性效益等能力，有效降低行業(yè)客戶的通信網(wǎng)絡(luò)成本。

（4）行業(yè)企業(yè)要能夠簡單自主的運(yùn)維5G 網(wǎng)絡(luò)。行業(yè)企業(yè)希望對部署在企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)有一定的運(yùn)營管理權(quán)限，一方面能根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求隨時(shí)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)，另一方面，也能夠?qū)崟r(shí)查看網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量和終端運(yùn)行狀態(tài)，在網(wǎng)絡(luò)突發(fā)異?；蛟O(shè)備無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以第一時(shí)間對網(wǎng)絡(luò)做出反應(yīng)，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)策略，最大限度的保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

2 5G 行業(yè)專網(wǎng)建設(shè)模式

目前，國際上主要包括“公網(wǎng)專用”和獨(dú)立建網(wǎng)兩種主流5G 專網(wǎng)建設(shè)方式，這兩種方式優(yōu)勢互補(bǔ)、互為補(bǔ)充。

2.1 獨(dú)立建網(wǎng)模式

獨(dú)立建網(wǎng)是垂直行業(yè)相對傳統(tǒng)的專網(wǎng)建設(shè)模式。行業(yè)用戶使用自有頻譜、gNB、5GC 和設(shè)備自建5G 網(wǎng)絡(luò)，與5G 公網(wǎng)在物理上完全隔離。自建5G 專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境自主可控、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延低、數(shù)據(jù)安全性高，給垂直行業(yè)帶來極大的便利，但巨大的投入和頻譜獲取問題是行業(yè)自建5G 專網(wǎng)必須面臨的難題，其中頻譜獲取難問題最為突出，行業(yè)自建5G 專網(wǎng)所需的頻譜一般為專業(yè)頻譜，有時(shí)也會用到共享頻譜和非授權(quán)頻譜[3]。

專用頻譜一般包括兩種形式。第一種是垂直行業(yè)客戶自己申請并獲得頻率監(jiān)管機(jī)構(gòu)頒發(fā)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(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商頻譜。第二種方式在操作中有一定的復(fù)雜性，因?yàn)槭紫纫ＷC這些地域沒有公眾網(wǎng)絡(luò)客戶的接入，其次是公眾網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商頻譜牌照的二次授權(quán)。

采用專用頻譜，尤其是第一種形式的專用頻譜已有很多實(shí)踐，鐵路、公安、民航、電力等特殊行業(yè)都采用專用頻率自行部署過行業(yè)專網(wǎng)。未來更多垂直行業(yè)若想部署5G 專網(wǎng)，最大難點(diǎn)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(yè)。我國廣東省雖已提出獨(dú)立的5G 頻譜資源使用申請，但國家尚批準(zhǔn)。由于專用頻譜的稀缺性，共享頻譜及非授權(quán)頻譜也被使用在自建5G 專網(wǎng)中。

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

蜂窩網(wǎng)絡(luò)很早將頻譜使用規(guī)劃延伸至非授權(quán)頻譜。早在4G 階段，業(yè)界就對LTE-U 進(jìn)行過探討和實(shí)踐，讓LTE 網(wǎng)絡(luò)部署在非授權(quán)頻譜上。3GPP 在5G 標(biāo)準(zhǔn)制定中也考慮到了充分利用非授權(quán)頻譜的技術(shù)。在專用頻譜、共享頻譜獲取困難的情況下，5G 專網(wǎng)運(yùn)營商也會將目光投向非授權(quán)頻譜，雖然作為公共資源，非授權(quán)頻譜可以讓更多機(jī)構(gòu)公平接入，但需要更精細(xì)的頻譜規(guī)劃技術(shù)，非授權(quán)頻譜才能減少互相之間的干擾。

頻譜是5G 時(shí)代稀缺寶貴資源，如何保證頻譜使用效率的最大化和最優(yōu)化是關(guān)鍵，如果為垂直行業(yè)分配5G 頻譜，則會帶來眾多分散的參與者參與頻譜劃分，進(jìn)而導(dǎo)致頻譜分散、頻譜使用碎片化等問題，且跨領(lǐng)域的頻譜管理復(fù)雜性更高[4]，不能驅(qū)動(dòng)5G 專網(wǎng)的大規(guī)模部署。

2.2 “公網(wǎng)專用”模式

“公網(wǎng)專用”依托公網(wǎng)運(yùn)營商5G 網(wǎng)絡(luò)，利用網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣云等技術(shù)，為行業(yè)企業(yè)建設(shè)／租賃專網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)切片利用NFV 和SDN，將公眾網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商5GC、無線網(wǎng)分割成多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)支撐不同業(yè)務(wù)，保證各個(gè)切片的虛擬網(wǎng)絡(luò)之間是相互隔離的，從而確保專網(wǎng)的時(shí)延及可靠性。邊緣云將數(shù)據(jù)處理下沉到邊緣側(cè)（如gNB、CE 和RT 等）的云平臺，從而提高網(wǎng)絡(luò)處理的速度、降低處理的時(shí)延。用“公網(wǎng)專用”模式建設(shè)垂直行業(yè)5G 專網(wǎng)，不僅能迅速建網(wǎng)，建網(wǎng)成本、后期運(yùn)維成本相對較低，而且通過不同網(wǎng)絡(luò)切片的定制，在不同程度上"共享"公網(wǎng)運(yùn)營商5G 網(wǎng)絡(luò)資源，不需為各垂直行業(yè)單獨(dú)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(yīng)用。

3 運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)

3.1 運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)服務(wù)垂直行業(yè)的優(yōu)勢

5G 設(shè)計(jì)之初就考慮了垂直行業(yè)的需求，支持“公網(wǎng)專用”，即5G 網(wǎng)絡(luò)既可以滿足公網(wǎng)用戶的需求，也能很好的承載行業(yè)應(yīng)用。基于運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)服務(wù)垂直行業(yè)具有有以下5 點(diǎn)優(yōu)勢。

（1）優(yōu)質(zhì)頻率資源。運(yùn)營商豐富頻率資源及高效的頻率協(xié)同管理機(jī)制，明顯優(yōu)于窄帶行業(yè)頻譜和非授權(quán)公共頻譜。由運(yùn)營商統(tǒng)一提供服報(bào)務(wù)，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(wǎng)性能。運(yùn)營商多頻段多級別別技術(shù)打造專屬安全專網(wǎng)，滿足移動(dòng)、廣域及局域、室外及室內(nèi)、特殊覆蓋等多種場景需求。

（3）專業(yè)網(wǎng)絡(luò)部署。運(yùn)營商豐富的光纖資源和專業(yè)的極端環(huán)境部署經(jīng)驗(yàn)?zāi)軡M足各類行業(yè)客戶個(gè)個(gè)性能需求。

（4）高性價(jià)比。依托公網(wǎng)，運(yùn)營商多年打造的端到端產(chǎn)業(yè)鏈不僅能夠快速提供一站式綜合解決方案，并且集采規(guī)模有效平攤客戶成本。

（5）成熟運(yùn)維。運(yùn)營商長期運(yùn)營管理全球最大蜂窩網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管、故障處理、能力開放等基礎(chǔ)良好，可快速為行業(yè)提供運(yùn)維保障。

因此，運(yùn)營商的5G 行業(yè)專網(wǎng)是垂直行業(yè)的首選。

3.2 運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)的部署

運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)是指公網(wǎng)運(yùn)營商基于授權(quán)頻譜，為垂直行業(yè)客戶提供服務(wù)范圍、網(wǎng)絡(luò)能力、隔離度可定制的5G 通信服務(wù)。運(yùn)營商5G 專網(wǎng)按照部署方式有與公網(wǎng)完全共享部署、與公網(wǎng)部分共享部署和獨(dú)立部署3 種方式。可靈活滿足行業(yè)客戶對安全隔離、業(yè)務(wù)質(zhì)量保障、業(yè)務(wù)服務(wù)范圍的不同要求。

3.2.1 與公網(wǎng)完全共享部署

與公網(wǎng)完全共享部署是指5G 行業(yè)專網(wǎng)與5G 公眾網(wǎng)絡(luò)完全共享網(wǎng)絡(luò)端-端資源，通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)為垂直行業(yè)提供確定性SLA 保障的端-端“虛擬專網(wǎng)”。

致遠(yuǎn)模式是中國電信提供與公網(wǎng)完全共享部署模式，面向廣域優(yōu)先型行業(yè)客戶。致遠(yuǎn)模式共享中國電信5G 公眾網(wǎng)絡(luò)資源，通過VPDN、QoS、靈活資源調(diào)度、DNN 定制和切片等技術(shù)，為行業(yè)客戶提供端-端差異化保障的網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)。中國移動(dòng)優(yōu)享模式利用網(wǎng)絡(luò)切片使業(yè)務(wù)邏輯隔離，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)速率、時(shí)延優(yōu)先保障，像在普通道路上開辟了公交專用通道。5G 虛擬專網(wǎng)是中國聯(lián)通利用端-端QoS 和切片技術(shù)，為行業(yè)客戶提供時(shí)延、帶寬有保障且與中國聯(lián)通公眾網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)據(jù)隔離的虛擬專有網(wǎng)絡(luò)，適用于廣域?qū)＞W(wǎng)業(yè)務(wù)。

3.2.2 與公網(wǎng)部分共享部署

與公網(wǎng)部分共享是指5G 行業(yè)專網(wǎng)與5G 公眾網(wǎng)絡(luò)之間共享5G 基站（gNB）、共享gNB 和核心網(wǎng)控制面（CP），在行業(yè)專網(wǎng)內(nèi)部部署UPF 和MEC。

比鄰模式是中國電信提供的與公網(wǎng)部分共享部署模式，面向時(shí)延敏感型區(qū)域政企客戶。比鄰模式通過多頻協(xié)同、CA、超級上行、QoS 增強(qiáng)、DNN、切片等技術(shù)的組合定制，為對網(wǎng)絡(luò)性能尤其是時(shí)延、數(shù)據(jù)管控要求高的客戶行業(yè)客戶提供帶寬增強(qiáng)、低時(shí)延、數(shù)據(jù)本地卸載的行業(yè)專有網(wǎng)絡(luò)。中國移動(dòng)專享模式利用增強(qiáng)覆蓋+邊緣計(jì)算，增強(qiáng)無線覆蓋，滿足超低時(shí)延、數(shù)據(jù)不出場需求，將普通道路升級為高速公路。5G 混合專網(wǎng)是中國聯(lián)通以5G 數(shù)據(jù)分流技術(shù)為基礎(chǔ)，本地私有化部署UPF，獨(dú)享部分物理資源，行業(yè)客戶網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)由UPF 本地卸載，數(shù)據(jù)傳輸不進(jìn)公眾網(wǎng)絡(luò)，通過UPF 直接進(jìn)入企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，可更好降低時(shí)延、保障數(shù)據(jù)傳輸安全。

3.2.3 獨(dú)立部署

獨(dú)立部署是指運(yùn)營商為行業(yè)客戶獨(dú)立部署一張包括所有網(wǎng)元（如核心網(wǎng)CP、UPF、MEC、gNB 等）的5G 行業(yè)專網(wǎng)。

如翼模式是中國電信提供的獨(dú)立部署模式，面向安全敏感型區(qū)域政企客戶。如翼模式利用超級上行、干擾規(guī)避、5GNS 和MEC 等技術(shù)，按需定制專用的基站、頻率和園區(qū)級UPF 等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，為對安全、性能、自管理要求比較高的行業(yè)客戶提供一張物理隔離、端-端高性能的專用接入網(wǎng)絡(luò)，還可按需定制MEC、行業(yè)應(yīng)用和專屬運(yùn)維服務(wù)。中國移動(dòng)尊享模式利用專用基站組建專用網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)高安全性、高隔離度定制化建網(wǎng)，將普通道路升級為高鐵線路。5G 獨(dú)立專網(wǎng)是中國聯(lián)通利用5G 組網(wǎng)、切片和MEC 等技術(shù)，采用核心網(wǎng)一體化設(shè)備和專有無線設(shè)備為行業(yè)客戶組建的一張帶寬增強(qiáng)、時(shí)延低、用戶數(shù)據(jù)與中國聯(lián)通公眾網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)完全物理隔離的基礎(chǔ)連接網(wǎng)絡(luò)。

3.3 行業(yè)客戶應(yīng)用運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)的優(yōu)勢

運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)對于垂直行業(yè)客戶組網(wǎng)來說具有以下的優(yōu)勢。

（1）成本優(yōu)勢。在5G 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本方面，運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)可以復(fù)用運(yùn)營商5G 公眾網(wǎng)絡(luò)成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，該產(chǎn)業(yè)鏈通過公眾網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商在消費(fèi)者市場的規(guī)模建網(wǎng)構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)芯片、終端和網(wǎng)絡(luò)（包括無線側(cè)及核心側(cè)）設(shè)備的低成本化；在5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)讓行業(yè)企業(yè)擺脫“一次性建網(wǎng)、一次性投人”的高成本模式，可根據(jù)自身需求采用“以租代建”“分步推進(jìn)”“共建共享”等多種網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的低成本化；在5G 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維方面，行業(yè)企業(yè)可與公眾網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商協(xié)作，在獲得網(wǎng)絡(luò)OT 自主權(quán)的前提下，擺脫復(fù)雜的5G 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)維等，實(shí)現(xiàn)多樣化、簡單化、自主化的5G 網(wǎng)絡(luò)使用和運(yùn)維模式，從而最終降低運(yùn)維成本；在原有系統(tǒng)改造成本方面，運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)已經(jīng)充分考慮了與原有系統(tǒng)的融合，提供“即插即用”的網(wǎng)絡(luò)部署能力，對原有系統(tǒng)改動(dòng)量小或不改動(dòng)，減少融合改造成本。

（2）安全優(yōu)勢。運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)可根據(jù)行業(yè)用戶的安全需求，將終端安全保障技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全保障技術(shù)、應(yīng)用安全保障技術(shù)進(jìn)行多層次整合，在5G 網(wǎng)絡(luò)完備的安全基礎(chǔ)之上，給行業(yè)客戶提供按需的、定制化的安全保障；運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)基于運(yùn)營商公眾網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)而來，借鑒了各運(yùn)營商電信級大規(guī)模通信網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)營的經(jīng)驗(yàn)，能讓行業(yè)客戶獲得來自運(yùn)營商電信級安全保障服務(wù)。

（3）網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)勢。作為運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)規(guī)劃與優(yōu)化的責(zé)任主體，各運(yùn)營商可以有效減少5G 網(wǎng)絡(luò)自干擾導(dǎo)致的業(yè)務(wù)性能下降問題，可以根據(jù)行業(yè)企業(yè)的業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)分布、業(yè)務(wù)傳輸需求等優(yōu)化5G 網(wǎng)絡(luò)，能夠保障行業(yè)業(yè)務(wù)穩(wěn)定、可靠的傳輸[5]。

（4）服務(wù)開通優(yōu)勢。運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)是基于各運(yùn)營商已經(jīng)成熟的商業(yè)5G 公眾網(wǎng)絡(luò)，針對垂直行業(yè)的需求進(jìn)行對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)配置、功能定制，因此業(yè)務(wù)開通速度快、服務(wù)響應(yīng)迅速。

4 結(jié)語

綜上所述，在5G 行業(yè)專網(wǎng)獨(dú)立建網(wǎng)暫不能大規(guī)模部署的現(xiàn)狀下，我國各運(yùn)營商給出了基于“公網(wǎng)專用”模式的行業(yè)專網(wǎng)部署實(shí)踐，綜合考慮成本、安全和網(wǎng)絡(luò)性能、服務(wù)開通等方面運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)對于垂直行業(yè)客戶組網(wǎng)的優(yōu)勢，我國運(yùn)營商5G 行業(yè)專網(wǎng)建設(shè)模式是垂直行業(yè)5G 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的最優(yōu)服務(wù)模式。