5G垂直行业专网规划要点探讨

1 研究背景和意义

5G网络发展至今天，网络部署仍然以中高频组网为主，依然面临着投资规模大、运营能耗高、垂直行业商业模式不明确等挑战。如何基于5G网络现状、网络特性和发展方向为各行业赋能，促进运营商尽快释放SA 网络价值，接入各行业生态链是5G当前面临的主要难题。本文针对5G 垂直行业网络规划专网建网方案进行技术分析和探讨，为后续解决可能存在的网络问题提供思路。

2 5G ToB典型规划流程

目前5G网络业务主要有个人业务（ToC）和垂直行业业务（ToB），由于垂直行业业务是5G网络业务的新兴发展方向，ToB规划自然成为5G规划后续核心之一。5G ToB规划流程（如图1所示）与传统规划流程的差异化重点在于需求分类上。

图1 5G ToB规划流程

3 5G ToB典型专网架构

由于垂直行业用户的网络需求一般以定制化网络指标，特定区域化网络覆盖等要求为主。基于定制化网络的主要差异点，垂直行业用户的需求可重点分为3类：广覆盖类，高性能类，高安全类。

这三类需求导向的专网规划方案一般很难达到三者同时满足，存在一定的互斥关系，主要考虑满足客户对网络能力的价值需求来进行专网规划。根据专网的共享深度和定制化程度，以及对3种需求满足的程度，可以大体分为3类专网。

3.1 广域型专网

广域型专网以虚拟技术为主，这类专网主要基于公专协同以满足广域接入类专网的需求。其主要特点：定制专线工程量小，即开即用，针对快速广域响应有较好的接入网基础。一般针对移动性强、移动范围广、带宽需求大、时延需求中、信任运营商级安全性能的广域行业客户。

主要涉及到以下主要技术点。

基于公网eMBB广域接入的覆盖基础，针对业务发生区域较大的情况，根据业务需求对覆盖和容量受限的区域仍需进行局部保障。

通过ToB切片方案，来满足专用的业务需求，可适当进行优先资源预留和保障。

网络架构如图2所示。

图2 5G ToB广域型专网架构

3.2 时延型专网

时延型专网以按需定制+切片技术为主，主要通过无线网按需增强，网关各节点适当选择本地化部署以满足时延类专网的需求。其主要特点：低时延高可靠，公专部分协同，将部分不敏感的内容由公网承担。一般针对时延类新型业务的发展，具备一定的移动性，但不适宜过大范围的保障，如对时延、同步有较高要求的指定区域范围内的工业物联网机械精确控制、医疗实时控制、人体视觉体验等。

主要涉及到以下主要技术点。

切片按需定制，主要包含满足ToB通用业务需求的公网默认切片，满足不同企业功能、性能、安全等需求的定制专用切片，这种切片可企业独享、多企业或行业共享、部分网元可独立或共享公网。

无线增强方案：物理覆盖区域增强，资源类型主要为共享或隔离，覆盖类型可使用常规或深度增强或厚度增强，一般以应对吞吐量需求为主。

网关部署方案：UPF下沉定制，共享或独立；本地分流网关，一般以满足时延需求为主。

网络架构如图3所示。

图3 5G ToB时延型专网架构

3.3 安全类专网

安全类专网以网关本地部署、基站专用定制、网络深度定制下沉的思路部署网络，以达成数据私有化的安全类专网需求。其主要特点：物理隔离，专用频率，定制基站网络。一般针对行业隔离度要求高的客户业务，特别是具备单独安全标准要求的，如军政、电网、铁路等行业，需应对行业要求进行全流程管控和数据规范为主进行区域级网络保障。

主要涉及到以下主要技术点。

专用基站部署：主要针对业务需求的物理覆盖区域；单独的频率策略；单独规划基站，可专享或共用；网关本地化，定制园区UPF；网络深度定制功能性能配置，并进行区域限制，以确保数据不出园区，保证高安全等级。

网络架构如图4所示。

图4 5G ToB安全类专网架构

4 5G专网区域规划方法研究

通过5G移动网络为专网系统提供基础连接服务，需要在业务需求分析、网络架构基本确定的基础上，相对于传统的5G公众移动通信网络，本文重点考虑这些增加因素的影响：移动性、上行传输高、连接数高、低时延要求和高可靠要求。

4.1 专网区域覆盖研究——5G空口

5G网络部署前期，面临复杂、多制式的混合网络基础，大多数场景无线环境复杂，建筑物密集，高低分布不均，频率站址等资源紧张，用户需求大等问题。

基于5G网络的新型空口能力，部署Massive MIMO。针对不同行业区域的覆盖连接服务，重点在于覆盖区域的特征，如大规模天线技术的高频谱利用率特点可以良好满足城市宏蜂窝场景用户的频谱效率需求。高层建筑覆盖场景和山地区域中，大规模天线技术提供了垂直维度的波束赋形，为高层建筑/高地提供定向的网络覆盖。（如图5所示）。

图5 Massive MIMO天线用于高层覆盖

低空域覆盖场景中，大规模天线技术能够生成指向特定用户的精准信号波束，提供三维空间上的有效覆盖。近水域场景中存在一定的反射性，容易导致小区信号杂乱、相互干扰，大规模天线技术可以控制近水域的覆盖区域，充分利用水平纬度和垂直纬度波束，使得小区间干扰协调变得更加灵活，优化空间更大。

5G空口侧针对需要无线定制能力增强还有以下方式。

（1）资源预留：基于资源块（时频域）的预留，以实现端到端的切片、灵活高效的保障ToB业务的专用资源。根据业务具体需要，可以定制基于公网正常调度模式、专网优先或独占调度模式的资源预留。

（2）网络增强：重点强调针对ToB业务深度需求或厚度需求进行网络配置增强。主要通过单独定制化的规划和优化工作来满足无缝连续的深度覆盖；通过开放更多频率资源的协同策略，增大可用的频谱带宽，通过载波聚合等方式增强上下行吞吐量。

（3）资源定制：主要通过按需定制专用的基站、基于行业专用频率、帧结构等方式，针对室内或封闭场景区域内，进行基于安全隔离要求的资源独享定制。这种定制一般可以满足行业的安全需求，隔离需求，干扰规避需求，上行带宽需求等。

4.2 专网区域时延研究

5G专网网络需要适配业务需求的覆盖特性后，通过尽量减少数据迂回程度，来确保时延满足需求。5G采用用户面和控制面分离的核心网架构，用户面UPF可以根据业务分布和转发流向需要，下沉到相应的位置，更靠近用户，及时转发数据。同时与边缘计算MEC结合，提供相应的算力和存储能力。边缘节点更接近于用户终端装置，可以加快资料的处理与传送速度，减少延迟，在靠近数据源头的地方提供智能分析处理服务，减少时延，提升效率，提高安全隐私保护。

边缘节点如UPF的适当下沉需同时考虑业务时延，兼顾业务移动范围，综合考虑后，选定地市级、本地网级、园区级下沉级别。下沉的同时，也需根据场景、业务需求、安全责任需求等，配置不同的容量和功能和物理位置选定等以适应低时延数据保障的要求。

4.3 专网区域可靠研究

5G专网部分垂直行业业务，对连接可靠性要求高，特别是无人智能行业，终端与平台系统之间的连接，特别是控制指令需要较高的保障等级。

在园区级专网的部署过程中，可以通过网关、承载、基站全方位的定制，以及物理隔离，区域限制，终端限制等方式，来确保专用接入的可靠性，但这种场景成本高，环境封闭需求苛刻，满足条件的业务场景较少。

而在更多的行业客户场景中，无线资源和传输资源都与公网存在复用，对分配资源的抢占容易导致专网终端拒绝接入等情况。

5G网络可以通过网络切片将运营商的物理网络切分为多个逻辑网络实现一网多用，构建多个专用、虚拟、隔离、按需定制的逻辑网络，既可以满足不同行业客户对网络能力的不同需求，也可以实现统一基础设施网络适应多业务，对运营商而言可大大减少投资。针对不同的业务需求，各网络切片对资源的分配有不同的优先级，同时也可以做逻辑隔离，确保业务的安全性。

端到端的切片在标准上还在进一步推动，包含核心网、传输、无线切片标准，3GPP、ITU-T和ITEF各组织分别定义各面的标准，尚未完全统一，部分场景存在各厂家内部定义切片感知标识机制的情况。

业务的端到端切片从实现上，主要基于QoS规则建立映射和调度机制。基站侧基于切片ID为特定切片配置无线资源预留，基于QoS规则实现面向业务的空口调度。承载网暂时需通过高质量的OTN/IPRAN等方式提供云/网专线，并做专用的VPN安全隔离。核心网可以提供灵活的虚拟专网定制，将公网切片和专网切片编排隔离。

5 结束语

本文通过对5G垂直行业专网规划的流程、架构和要点的分析探讨，结合当前5G网络主流专网部署类型，进行规划落地方面的建议，通过5G垂直行业专网规划要点的探讨，为后续专网规划和实施提供思路，梳理技术要点。

基于5G跨行业的基础设施能力，5G专网未来研究方向将继续寻求更多垂直行业合作型5G网络，针对多种业务的不同网络规划方法、规划思路，完善垂直行业的专网规划架构，来指导5G垂直行业专网规划建设，面向社会各界，各垂直行业向5G网络提出的更高要求进行网络规划技术点准备，为网络规划建设落地有进一步的参考价值。