5G专网技术解决方案和建设策略

郑镇礼

（广东通信行业职业技能鉴定中心，广东 广州 510000）

0 引 言

与4G相比，5G网络面向更丰富的场景——eMBB、uRLLC、mLTC，功能更强大。基于SBA的模块化服务定义在5G网络中的应用，运营商具备充分的定制能力和选择空间，促进了柔性网络真正融合刚性网络，利用组合实现网络服务的灵活性，从而发挥定制和灵活组合的功能，真正完成升级的独立性和顺利演进。5G提供端到端的网络切片能力，以满足垂直行业的差异化服务以及对无线、传输和核心网络资源的灵活调度。基于以上优势，业界预计80%的5G将在工业互联网等领域应用[1]。丰富多样的5G应用场景如何发挥5G的最大价值，需挖掘“5G+产业”的优势，形成良好的跨界合作循环，把产业的整体发展推向一个新的高度，这需要整个行业在发展中加强网络建设。

1 5G行业专网需求分析与独立建网的必要性

1.1 需求分析

为了满足组织管理、安全生产、指挥调度等方面的具体需要，以及自有频率和未经授权的频谱在行业中利用，为了有效控制业务数据，需建立自己的专用网络。专业的网络背景中，业务需求的典型性特征如表1所示。

随着5G技术的飞速发展，5G高速、大带宽、低时延、高可靠性的特点，为不同领域的无线创造了新的路径。诸多优势集于一身，5G专网完全能实现表1中对可靠性、连接密度、QoS和定位精度的要求。5G专网的商业运作不仅可以满足传统客户的业务需求，而且可以满足不同领域对数据灵活性和安全性的需求，以及工程建设和不同支持运行的需求。

（1）定制的灵活性。对可更换专有网络的定制，必须综合可靠性、QoS、通信能力以及隔离度等。共享一网，即园区人与物的智能网连接的综合服务通过一网进行解决。控制的自主性是指企业自主管控专业网络，并按照具体的需要实时调整网络和终端，完全不受大网络的影响。隔离的安全性是指具备隔离公共网络的功能，数据只在区域内，确保用户信息安全和数据的独立。

表1 专网业务需求

（2）集中数据管理的具体功能包括一点聚合专网数据、流量的透明性、分析内容便捷以及可以实时洞察网络状态。覆盖的范围要按照终端类型的深度、广度以及业务特征进行确定，智能优化极限宽带和无线波束。优质的服务水平必须具备相应的服务体系，与客户进行网络服务水平协议的有效签订，规范相关的故障处理、日常维护以及开通业务等服务标准。为了切实保证客户的网络服务体验，考虑根据用户要求进行专属运维、驻地化的7×24小时服务。

在5G网络背景下，运营商的无限商机来源于行业客户的多样化需求。因此，运营商需懂得以智能化、数字化、无人化园区为切入点，介入5G专网市场，把5G专网的新产品提供给相关的垂直行业，从而使该专网模式真正实现灵活部署、按需隔离和公专融合的模式。

1.2 专网建设的必要性

5G技术本身可以提供2C或2B服务。目前，受人口红利和人口需求的影响，个人通信消费已经趋于饱和。在缓慢增速的2C市场中，传统的2C用户将被2B用户取代，变成5G的主要用户。倘若尝试将2C和2B网络共建，那么这个网络是公网而不是一个专用网络。由于两个网络在服务对象、业务内容等方面存在诸多差异，因此共建会带来诸多弊端。若单独建设5G 2B工业专用网，可以差异化服务满足需求，从而更深地拓展5G业务。

先进的技术和丰富的经验是运营商在通信网络建设方面拥有的优势，可以满足传统业务和互联网用户的各种需求。如表2所示，企业、工业或专用网用户对性能和安全性的需求相当高，完全超越大众消费的行业，如公共安全、工业生产、交通等。因为2C网络对工业或企业专用网用户的多样化需求难以满足，尤其是基于企业业务的按需服务和灵活开放层次，距离2B网络的距离还很大。2B业务诸多层次上的差异性，给2B网络提出了分开建设的要求。

2 5G专网建设策略

2.1 5G专网总体架构设计

5G行业专用网是基于5G标准的网络架构，包括边缘计算、网络切片、运行以及维护管理等功能。

从应用场景、地理位置和服务范围来看，5G行业专用网可分为广域专网和局域专网两大类。对局域专网，一般适用于特定地理区域的园区。基于特定区域的5G网络可实现业务闭环，确保行业核心业务不出园区，主要应用场景包括制造业、石化、钢铁、港口、医疗以及教育等园区企业。广域专网不受地域限制，端到端的公共网络资源通常以运营商为基础，通过网络或物理切片的方式，实现不同行业不同业务的安全承载，主要应用场景包括交通、车联网、电力以及跨域经营的特大型企业。

基于ANSYS Workbench的直通式截止阀流道的分析 陈 鹏，张 寒，罗 双，樊学良，陈廷兵6(54)

5G产业专网主要包括两种重要的支撑技术。一种是网络切片技术，即通过网络切片能力可以构建端到端的5G网络，实现跨区域专网，保证专网资源与公网的逻辑隔离甚至物理隔离。另一种是边缘计算，即通过边缘计算能力在园区、工厂等区域构建一种独享或部分独享的网络资源。建立专网的两种技术也可以重叠，以更好地保护专网的资源和质量。5G专网整体网络架构如图1所示。

表2 2B和2C业务对比

图1 5G专网整体网络架构

对于局域专网，如图1工厂、园区、港区、矿区型的行业专网，由基站、UPF、边缘计算平台、企业业务平台以及5G专网自服务管理平台等部分组成。局域专网中的各类业务平台可部署于园区/厂区的边缘计算平台，也可以是企业自有的业务平台，以承载园区/厂区的各类行业平台或行业应用，如数据采集平台、协同研发平台和行业视觉平台等。对于园区/厂区型专网的运维，运营商可以借助能力开放、切片管理、综合网管等技术或系统构建5G行业专网自服务管理平台，以实现智能化管理，满足企业自主监测、管理以及配置专网的需求[2]。

对于广域专网，如图1区域1和区域2的跨域专网，或企业总部和区域1或区域2的跨域专网，由运营商公共网络、企业云平台以及5G专网自服务管理平台等部分组成。广域专网的流量在运营商公网开通的专用切片资源内转发，可不受公众业务流量的影响和资源抢占。对于拥有跨区域的专网通道行业，如车联网类、游戏类以及现实（VR）类行业，可以通过切片专网和平台，在任何地点实现切片专网内的互访。广域专网的业务平台一般部署于集中云位置，也可以根据特定需要，在特定位置的网络边缘计算平台部署子系统[2]。

2.2 面向园区的5G专网部署方案

园区5G工业专网的部署根据下沉网络设备的不同，可分为UPF部署、UPF+MEP部署和5G轻量级核心网部署。各部署方案的适用条件和主要优缺点如表3所示。

2.2.1 UPF部署

UPF部署主要适用于中小企业，企业对流量不出园区和时延指标有要求，但终端状态和分流需求相对固定，没有网络能力调用和自我管理、自我维护的需求。对于传输困难、机房空间或供电紧张的情况，可采用UPF和基站共用机房的部署方式。

2.2.2 UPF+MEP部署

UPF+MEP部署主要适用于大中型企业，企业有网络能力调用、网络和平台自我管理和自我维护、业务规则制定等需求，也可以在MEP中承载部分企业应用和企业系统，实现业务与网络的更好衔接，企业具有一定的网络和平台管理能力。对于传输改造困难场景、机房空间或供电受限场景，可采用PF+MEP与基站共用一个机房的部署方式。

表3 3种部署模式的适用条件和主要优缺点

2.2.3 5G轻量级核心网部署

5G轻量级核心网部署主要适用于大型企业，企业对核心业务的安全隔离要求最高，同时对网络能力调用、网络和平台自我管理和自我维护、业务规则制定等也有要求，具有一定的网络和平台管理能力[3]。

以上3种模式关系是渐进式的，简单UPF的部署模式支持向UPF+MEP部署模式演进，UPF+MEP也支持向5G轻量级核心网模式演进，因此企业也可以根据需要采用分段方式进行部署。

3 5G行业专网典型案例宁波舟山港

中国移动与宁波舟山港就5G智能港项目进行深入合作，提出港口5G专网解决方案，旨在深度整合5G与港口生产业务，提高港口自动化水平，实现降本增效。

港口网络架构如图2所示。整个案例采用SA组网，在港区内设置大型网络宏站和专用宏站，为港口生产业务提供频率专用服务。该接入控制方案保证了其他用户不能接入专网区域，大大提高了业务性能（如时延、速度、可靠性）的保证效果，目前已完成多个堆场连续覆盖，以满足港口的速率、可靠性、时延以及安全隔离等要求[4]。

核心网部署专用5G C核心网切片，将UPF下沉至港口区，确保港口敏感业务的数据安全隔离性。其余核心网络设备位于机房，物理设备与其他项目共享，通过切片进行虚拟隔离。港口机械PLC等港口设备通过CPE接入5G网络，港区人员和无人机通过5G基站直接接入。目前，宁波舟山港5G行业专网已进入批量运营阶段，有利于宁波港港口自动化发展。

图2 宁波舟山港5G混合专网架构构

4 结 论

综上所述，重点分析5G专网建设的需求，并深度研究5G专网建设的策略和方案，有针对性地探讨了5G专网的网络性能、网络结构、场景应用以及行业状况，同时客观指出了5G专网建设运营模式中存在的诸多问题，也提供了解决问题的有效建议。随着5G技术日新月异的发展，相关的网络标准和建议日趋成熟，未来服务垂直行业的质量会更高，运营商在专业网建设方面的优势还在增强，但机遇和挑战并存的格局也在形成。