浅谈“5G云+行业专网”<br/>——从协同到融合

浅谈“5G云+行业专网”
——从协同到融合

2020-01-04吴宇庆王屹

科学与信息化 2020年36期

吴宇庆王屹

湖北邮电规划设计有限公司湖北武汉 430022

引言

2020年9月国家发展改革委、科技部、工业和信息化部、财政部联合发布的发改高技〔2020〕1409号文《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》要求：加快推进基于信息化、数字化、智能化的新型城市基础设施建设；实施中小企业数字化赋能专项行动，推动中小微企业“上云用数赋智”；鼓励龙头企业建设“互联网+”协同制造示范工厂，建立高标准工业互联网平台。但是以目前工业园区既有的信息专网为例，存在的问题可以归纳为以下几点：①工业园区专网的网络架构无法满足新业务需求，传统层级化的网络架构影响了信息交互的效率，网络部署和管理会变得复杂；②工业园区专网以满足办公和生产相关的计算机应用为主，带宽、覆盖率、稳定性不足以支撑工业互联网应用；③工业园区网络普遍存在异构性，网络接口不同，严重制约着专网的升级改造;④缺乏工业控制系统的网络安全保障体系；⑤行业专网规模相对较小且较为分散，研发投入不足，高安全、高稳定、低成本等特点均限制了行业专网的更新换代。

工信部为充分发挥5G新型基础设施的规模效应和带动作用，2020年3月发布〔2020〕49号文《关于推动5G加快发展的通知》，一共十八项措施中涉及行业专网独占四项：5G+医疗健康、5G+工业互联网、5G+车联网、5G应用生态系统。国家层面释放的这些积极信号表明行业专网是5G技术重要应用场景。除了广大大众已经熟悉的“增强移动宽带”、“海量大连接”、“低时延高可靠”外，5G 的愿景与需求还有“5G引入了云化架构和技术，实现移动网络架构的变革”：5G 目标网络逻辑架构包括了接入云、控制云和转发云三个逻辑域（本文以下简称为“5G云”），因此“5G云”是通信技术与信息技术的深度融合产物，一方面将显著节约建网成本，另一方面助力业务快速上线、实现创收和可持续发展，因此采用“5G云+行业专网”解决方案（本文以下简称为“云网”）成为企事业单位行业专网当前演进的优先选项。

1 关键技术

5G云的设计融入了 SDN（Software Defined Network软件定义网络）、NFV（Network Function Virtualization网络功能虚拟化）、MEC（Multi-access Edge Computing多接入边缘计算）的核心思想。

SDN的核心思想是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离、并实现可编程化控制。SDN由应用层、控制层和基础设施层组成，其三大特征是控制转发分离、控制层进行逻辑集中控制、控制层向应用层开放应用接口[1]。

在过去的十年中，软件和硬件分离以及基于云的解决方案在IT领域的应用改变了通信行业，通过虚拟机实现应用和软件环境与底层硬件资源解耦是IT行业这一转变的主要原因。使用虚拟化技术可以在同一平台上部署多个虚拟机，这些虚拟机通过可控的、有效的和灵活的方式对硬件资源进行共享，虚拟交换机可以实现虚拟机之间安全通信[2]。

以控制面与数据面分离和控制面集中化为特征的SDN技术，以及以软件与硬件解耦为特征的NFV技术的结合，能够使5G网络具有开放能力、可编程性、灵活性和可扩展性，是运营商为减少网络设备成本以及场地占用、电力消费等运维成本而建立的系统[3]。

MEC可以视为一个位于接入云、控制云和转发云三者边缘运行的云服务器。MEC有以下几个方面特点：①本地部署：访问本地资源时可以与其他部分隔离开运行；②临近性：由于靠近信息源、还可以直接连接到终端设备，MEC在捕捉关键信息用于大数据分析方面能够起到大的作用。③更低时延：因为MEC服务器接近终端，所以能大量的减少传输延时，这可以加快业务的响应速度，从而提升业务部的体验或减轻局部网络的拥塞。④位置感知：MEC也是接入云的一部分，本地业务能力允许利用无线信令中信息来确定每个在线设备的位置，这个特点产生了包括基于位置的信息相关的各种分析应用等一系列场景[4]。

2 “5G云+行业专网”的路径

“5G云+行业专网”的部署与运营还面临着产业成熟度方面的不足，一方面由于既有行业专网的技术体系相对多样和分散，垂直行业的需求相对复杂和个性化，与之匹配的5G云之间的技术要求不完全清晰；另一方面，5G本身的网络切片、边缘计算等还需要技术方面的进一步成熟。综合考虑之下，“5G云+行业专网”解决方案可以分两步走实现：云网协同、云网融合[5]。

第一阶段是云网协同，特征是5G控制云和转发云与既有行业专网并存、彼此独立。云网协同的初衷是快速满足创新业务的灵活上线。

包括车联网，AR（Augmented Reality增强现实技术）、VR（Virtual Reality虚拟现实）、高清电视、4K超高清电视等生活娱乐业务，或是智慧广电、智慧水利、智慧港口、智慧物流、智慧市政、医疗健康、工业互联网等创新业务，都对网络带宽、时延、安全提出了全新的要求。通过MEC的“对接”实现业务自动化开通和加载，而且MEC为云网提供了IT和云计算的功能，其更加靠近用户、贴近业务，既是5G云的关键组成部分，也是5G云向行业专网开放能力重要载体，MEC无疑是实现“云网协同”的利器。网络中各种信息，例如邻近情况、环境和速度的信息都能转化为价值，可能为业务与内容提供商（OTT公司）和独立的软件开发商创造商业机会，确保他们在各自的商业模式中扮演互利的角色。应用程序和业务生态系统的实现对MEC发展至关重要的，这些应用程序可以充分利用MEC的功能，使用开放标准和接口。专网及运营商将向第三方开放了MEC环境，允许他们快速地部署面向用户、公司等客户群的创新性应用和业务[6]。

因此在既有专网内增加MEC中心是云网协同阶段基本要求。MEC包括服务器、存储和网络等硬件设施，建设周期一般1-2年，如果企事业单位需要尽早上线新业务，也可以通过租用的方式，利用光缆专线从运营商寻求PaaS（Platform as a Service平台即服务）或IaaS（Infrastructure as a Service基础设施即服务）。5G云似乎只是宽带专线？事实上并非如此，运营商向专网客户提供一站式云网订购服务的背后，背后是基于SDN/NFV的网络切片，涉及如端到端QoS优先调度、专用数据网络名称、核心网功能要求、边缘Iaas要求、边缘Paas要求、无线专网定制、核心网定制、能力开放、开通、计费、安全等诸多方面的技术要求[7]。

第二阶段是云网融合，特征是采用ITU标准的5G逻辑架构完整，包括了接入云、控制云和转发云三个域，与既有“异构”专网在功能和服务范围方面基本重叠和可替代。

云网融合的初衷是实现专网与公网“同构”，这有助于行业专网将来演进时的低成本、灵活性、便捷性。转型后的行业专网的重心在于发展数字化平台应用，聚焦深挖垂直行业需求、创造和引入行业融合应用[8]。

因为5G创新应用85%为室内场景，实现5G接入云覆盖室内区域是一个极佳切入点，通常采用“光纤/五类线+5G小基站”建设模式，5G小基站成为承接室内信息业务的载体，并通过MEC实现数据本地转发和本地卸载。该5G云具备替代以前办公所用电话线、网线、光纤、WLAN、蓝牙和生产所用LoRa 、WLAN、ZigBee、ISA 100.11a、Wireless Hart、WIA FA/PA 等技术的能力。5G云利用虚拟化等技术，按需提供计算和存储资源，实现了更高的自动化水平，同时也使网络和业务部署更加灵活、更具有弹性、大大缩短的网络功能和业务的创新周期，具有更强性能、支持数据安全隔离，同时能够直接提供高度个性化的业务：距离、连接、敏捷性和速度可以转化为独特的价值。对于应用开发商和内容提供商，利用5G云提供的低时延和高带宽的业务环境，以及可以直接访问的实时无线网络信息，可以向用户提供内容相关的应用程序和业务，这些业务往往能够给用户带来差异化的移动宽带体验，移动用户的体验也可以基于射频和网络状态得到极大的丰富和提高。例如AR/VR应用场景就有机器视觉、工业巡检、远程虚拟课堂、第二现场直播等创新业务。当然这些新业务都需要高质量的室内覆盖来保障。目前运营商5G网络的室内覆盖较为薄弱，“专网公用”允许将专网室内覆盖资源有偿分享给四大运营商，实现更广泛的共建共享。在云网融合阶段，行业专网可以结合运营商和应用程序提供商创建新的商业机会，新的价值链和全新的生态系统中所有成员都能受益于更广泛的合作[9]。