5G時(shí)代行業(yè)專網(wǎng)的發(fā)展

范華敏（上海諾基亞貝爾股份有限公司，上海 201100）

1 5G時(shí)代專網(wǎng)發(fā)展的需求分析

專網(wǎng)是服務(wù)特定的行業(yè)領(lǐng)域里特定用戶群體的通信網(wǎng)絡(luò)方案。在行業(yè)企業(yè)的發(fā)展過程中，專網(wǎng)的應(yīng)用一直存在。通信專網(wǎng)發(fā)展到5G時(shí)代，行業(yè)專網(wǎng)隨著時(shí)代發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)需求的變化也開始有新的需求。首先企業(yè)的業(yè)務(wù)需要越來越敏捷，能盡快做決策，需要有創(chuàng)新。因此需要通信網(wǎng)絡(luò)更加可管可控、安全、業(yè)務(wù)有自主性。如此豐富的能力要求，只有功能強(qiáng)大并且多樣化的通信專網(wǎng)才能滿足。之前碎片化、通用化的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品將暴露越來越多的弊端。通過分析發(fā)現(xiàn)5G 專網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)將更側(cè)重于滿足以下3 個(gè)方面的場(chǎng)景需求。

a）支持覆蓋特定區(qū)域，通過定制頻段以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可以部署在封閉的場(chǎng)景。比如一些礦山地區(qū)，有特定的地下挖掘需求，要求通信信號(hào)網(wǎng)絡(luò)覆蓋能深達(dá)數(shù)百米。比如港口地區(qū)，地面車輛需要調(diào)配，需要網(wǎng)絡(luò)能隨時(shí)動(dòng)態(tài)覆蓋優(yōu)化，支持強(qiáng)切換能力。

b）需要有個(gè)性化的能力，支持特定場(chǎng)景。這些通信能力包括嚴(yán)苛的時(shí)延、嚴(yán)格的隔離、可靠性、上行速率、數(shù)據(jù)安全、移動(dòng)性等。比如港口的岸橋，一些堆場(chǎng)區(qū)域，就需要支持遠(yuǎn)程作業(yè)，時(shí)延要求小于20 ms等。

c）融合的專網(wǎng)，表現(xiàn)在需要與IT 網(wǎng)實(shí)現(xiàn)兼容互通，公網(wǎng)與專網(wǎng)要融合部署。

2 5G支持專網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的技術(shù)性能力分析

隨著3GPP 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展完善，5G 服務(wù)于垂直行業(yè)的技術(shù)特色越來越鮮明。世界上主流運(yùn)營(yíng)商都對(duì)5G超低時(shí)延、更強(qiáng)的上行傳輸能力、5G 切片以及MEC 邊緣部署、能力開放、安全等特性表示期待。本文也將重點(diǎn)分析這些支持專網(wǎng)多樣化性能需求的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

2.1 uRLLC

uRLLC 是5G 的重要特性之一，3GPP R15 版本里定義了靈活的幀結(jié)構(gòu)，5G 載波間隔可以靈活配置為15 kHz、30 kHz、60 kHz、120 kHz、240 kHz，間隔越大代表時(shí)延越低。5G NR 支持調(diào)整幀的結(jié)構(gòu)，相較于LTE 系統(tǒng)固定的一個(gè)子幀包括2 個(gè)時(shí)隙，NR 可以靈活的在1、2、4個(gè)時(shí)隙中切換以及可以靈活配置上下行配比，使得時(shí)延大幅降低。表1 給出了uRLLC 在R15/R16特征技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較。

表1 uRLLC在R15/R16特征技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較

2.2 更強(qiáng)的上行傳輸能力

面向行業(yè)應(yīng)用，將有大量的數(shù)據(jù)要通過上行鏈路傳輸。如高清視頻、無人機(jī)采集的圖像等，上行需要40M左右的傳輸帶寬，需要大幅提升專網(wǎng)上行帶寬，縮短時(shí)延，從而提升用戶體驗(yàn)。業(yè)界主流的通信運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商也在積極探索，將FDD 和TDD 技術(shù)結(jié)合，并進(jìn)行上下行互補(bǔ)，增加上行傳輸帶寬。如中國(guó)電信的5G 頻段主要是3.5 GHz，當(dāng)采用TDD 模式傳送上行數(shù)據(jù)時(shí)，低頻段LTE 的2.1 GHz FDD 上行不傳送數(shù)據(jù)。這樣可以充分利用3.5 GHz 100 MHz 大帶寬和終端雙通道發(fā)射的優(yōu)勢(shì)提升上行吞吐率（3.5 GHz 100 MHz+終端雙通道發(fā)射與FDD 20 MHz+終端單通道發(fā)射），同時(shí)確保每個(gè)通道最大發(fā)射功率達(dá)到23 dBm，提升3 dB 覆蓋。當(dāng)3.5 GHz 傳送下行數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)DD 傳送上行數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了FDD 和TDD 時(shí)隙級(jí)的轉(zhuǎn)換，保證全時(shí)隙均有上行數(shù)據(jù)傳送。

2.3 5G切片

由于行業(yè)專網(wǎng)的差異性連接需求，需要5G網(wǎng)絡(luò)具備靈活的彈性和適應(yīng)能力。切片技術(shù)是一種能很好適應(yīng)行業(yè)需求特征的端到端技術(shù)。在5G 通用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上同時(shí)服務(wù)于不同的業(yè)務(wù)及用戶，通過業(yè)務(wù)類型提供一個(gè)端到端的切片模板（基于相應(yīng)的SLA 模板），基于一種切片模板創(chuàng)建多個(gè)切片實(shí)例。該技術(shù)對(duì)端到端網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施要求比較高，在專網(wǎng)領(lǐng)域里，可以有效采用切片的思想，結(jié)合運(yùn)營(yíng)商實(shí)際PLMN 的資源緊張情況，分階段實(shí)施引入。

2.4 MEC邊緣部署

MEC 是5G 網(wǎng)絡(luò)典型服務(wù)能力之一，是運(yùn)營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò)助力行業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)。通過將應(yīng)用能力下沉到邊緣，給行業(yè)帶來更低的處理時(shí)延，優(yōu)化行業(yè)用戶側(cè)的邊緣計(jì)算中心。根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景和需求特點(diǎn)，MEC 將主要為高清視頻、VR/AR 以及行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵應(yīng)用節(jié)省帶寬和降低時(shí)延。MEC 在5G 中有如下2種部署方式。

方式1：與基站/網(wǎng)關(guān)集成部署，主要分布于智能家庭、車聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制端。

方式2：與CU/DU 協(xié)同部署，將隨著運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)RAN側(cè)云化，趨向于網(wǎng)絡(luò)部署和業(yè)務(wù)應(yīng)用的協(xié)同。

2.5 能力開放NEF

5G 通過開放網(wǎng)絡(luò)能力，建立新的生態(tài)系統(tǒng)，征戰(zhàn)行業(yè)市場(chǎng)。運(yùn)營(yíng)商將網(wǎng)絡(luò)打造成一個(gè)開放的平臺(tái)，通過API孕育創(chuàng)新業(yè)務(wù)。這是通信網(wǎng)絡(luò)開放的一個(gè)很好的創(chuàng)舉。在3GPP R15 中，NEF 作為5G 網(wǎng)絡(luò)能力開放功能，面向AF（Application Function）提供8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)能力開放服務(wù)，如圖1 所示，可提供QoS 能力、事件監(jiān)控、參數(shù)配置、設(shè)備觸發(fā)、PFD管理、流量引導(dǎo)、背景流量以及策略計(jì)費(fèi)等服務(wù)能力。3GPP R16 規(guī)范一方面對(duì)R15中定義的開放服務(wù)做了補(bǔ)充和增強(qiáng)，同時(shí)新增了NI?DD（Non-IP Data Delivery）、數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、MSISDN-less MO 消息、IPTV 配置等能力開放服務(wù)。5G網(wǎng)絡(luò)將抽象出更多的能力提供給業(yè)務(wù)應(yīng)用層，這包括網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)、邊緣計(jì)算服務(wù)、位置服務(wù)、5G語音及消息、數(shù)據(jù)分析服務(wù)等。

圖1 5G網(wǎng)絡(luò)能力開放面向AF提供的標(biāo)準(zhǔn)能力開放服務(wù)

2.6 安全

行業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)升級(jí)的同時(shí)，用戶對(duì)于數(shù)據(jù)的保密性、5G行業(yè)網(wǎng)絡(luò)的安全性和隔離性等也提出了進(jìn)一步的要求，不同的場(chǎng)景需要靈活的安全措施。5G網(wǎng)絡(luò)往SDN/NFV 遷移，將帶來新的安全挑戰(zhàn)。比如，抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊的健壯性、針對(duì)單獨(dú)應(yīng)用優(yōu)化的安全機(jī)制、可變的鑒權(quán)和認(rèn)證流程、自適應(yīng)及智能化的安全等，為了減少整個(gè)5G 專網(wǎng)的安全隱患，實(shí)現(xiàn)切片隔離、身份盜竊、可信管理等，需要對(duì)UE、gNB、AMF、UDM、AUSF核心網(wǎng)等一系列網(wǎng)元做到安全保障監(jiān)測(cè)及反饋處理。

3 5G行業(yè)專網(wǎng)落地場(chǎng)景總結(jié)分析

隨著技術(shù)完善，5G 行業(yè)專網(wǎng)落地的商用進(jìn)程將大大加快。運(yùn)營(yíng)商積極進(jìn)行探索和測(cè)試，探尋落地場(chǎng)景，目前已有一些初步的探索和方向。表2 給出了運(yùn)營(yíng)商參與主導(dǎo)的3 種專網(wǎng)組網(wǎng)模式的對(duì)比分析。表3給出了行業(yè)場(chǎng)景的技術(shù)特點(diǎn)及適用的專網(wǎng)組網(wǎng)模式。

表2 3種專網(wǎng)組網(wǎng)模式的流程分析

表3 行業(yè)場(chǎng)景技術(shù)特點(diǎn)及適用的專網(wǎng)模式分析

4 5G重構(gòu)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型新生態(tài)

5G 時(shí)代會(huì)催生新的行業(yè)需求，用新的產(chǎn)品和服務(wù)去創(chuàng)建新的生態(tài)和模式。從千百個(gè)行業(yè)的發(fā)展來看，云化、智能化、效率化將催生出行業(yè)的流程、管理、運(yùn)維的再造。下面以一個(gè)行業(yè)典型的工業(yè)企業(yè)為例來進(jìn)行詳細(xì)分析。

4.1 產(chǎn)業(yè)生態(tài)會(huì)發(fā)生變化

產(chǎn)品形態(tài)將變得更智能化，處理輕量化。數(shù)據(jù)將從本地處理轉(zhuǎn)到云處理、從單點(diǎn)計(jì)算到全局化人工智能（見圖2）。

圖2 工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)生的行業(yè)專網(wǎng)化變化

4.2 企業(yè)運(yùn)營(yíng)模式會(huì)發(fā)生變化

企業(yè)從產(chǎn)品銷售體系的架構(gòu)慢慢轉(zhuǎn)變成服務(wù)體系架構(gòu)，從找客戶到找服務(wù)，構(gòu)建服務(wù)生態(tài)圈（見圖3）。

圖3 企業(yè)產(chǎn)品銷售體系向服務(wù)生態(tài)化發(fā)展

4.3 從固態(tài)、有線向柔性、融合演進(jìn)

5G 將會(huì)讓標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)線進(jìn)行柔性化改造。行業(yè)融合也會(huì)呈現(xiàn)2 個(gè)階段，從信息化能力提升增強(qiáng)到實(shí)現(xiàn)企業(yè)IT與OT的深入融合，網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)扁平化架構(gòu)。

5G 行業(yè)專網(wǎng)的目標(biāo)是服務(wù)萬千行業(yè)的智能化、融合化演進(jìn)。從標(biāo)準(zhǔn)定義上5G 可以在各種頻譜（授權(quán)/非授權(quán)）工作，也可以和各種接入媒介（TSN 以太網(wǎng)，Wi-Fi）共存和互補(bǔ)，與5G 核心網(wǎng)進(jìn)行融合，為企業(yè)今后的各種連接性需求提供了最靈活和具有擴(kuò)展性的多功能平臺(tái)。在工廠行業(yè)的環(huán)境中，通過專網(wǎng)部署強(qiáng)大的系統(tǒng)集成和生態(tài)伙伴整合能力，將最有效地做好生態(tài)系統(tǒng)的隔離。5G 可以被企業(yè)視為“能夠支持任何行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景”的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，將5G 網(wǎng)絡(luò)和邊緣計(jì)算結(jié)合可作為未來企業(yè)數(shù)字化的核心能力平臺(tái)。

5 5G專網(wǎng)現(xiàn)階段面臨的挑戰(zhàn)

目前企業(yè)對(duì)5G 的興趣日趨增長(zhǎng)，但從引入5G 到真正部署5G 專網(wǎng)，還需要一段時(shí)間，需要積極去排除設(shè)備和終端的發(fā)展造成的障礙。主要面臨如下挑戰(zhàn)。

a）5G 模組的價(jià)格偏高（見圖4），TBR Research 預(yù)計(jì)5G 終端的豐富度將在2022 年趕上市場(chǎng)需求，從這個(gè)時(shí)間點(diǎn)開始5G專網(wǎng)市場(chǎng)將進(jìn)入高速發(fā)展。

圖4 5G模組的價(jià)格趨勢(shì)（2019—2020）

b）缺乏5G 與行業(yè)融合的標(biāo)準(zhǔn)。表4 給出了現(xiàn)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的歸口單位。5G 行業(yè)專網(wǎng)的實(shí)施落地需要和各行業(yè)深入合作，尋求行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)架構(gòu)的完善，這個(gè)過程需要時(shí)間也需要行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的參與者一起努力。

表4 各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的歸口單位

c）5G 的生態(tài)鏈不成熟，合作伙伴少。初期5G 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備價(jià)格偏高，可選擇的范圍較小，支持的頻譜少。

6 結(jié)束語

隨著標(biāo)準(zhǔn)的完善和成熟，越來越多的功能將在5G專網(wǎng)里實(shí)現(xiàn)。2020 年7 月3GPP R16 stage3 凍結(jié)，3GPP R17 stage 3 也于2021 年9 月凍結(jié)。5G 局域網(wǎng)、5G敏感網(wǎng)絡(luò)、5G位置服務(wù)增強(qiáng)、5G車聯(lián)網(wǎng)、NPN網(wǎng)絡(luò)、uRLLC 增強(qiáng)都將進(jìn)一步地成熟普及，這些新功能都將直接促進(jìn)垂直行業(yè)能力的拓展。在克服5G 發(fā)展初期行業(yè)普適面臨的挑戰(zhàn)后，為萬物互聯(lián)而生、為多技術(shù)融合而發(fā)展的5G 技術(shù)終將會(huì)促成百花齊放的行業(yè)應(yīng)用大局面，開拓出5G連接社會(huì)的行業(yè)美景。