5G专网在垂直行业的应用现状与政策研究

袁卫平

国家计算机网络与信息安全管理中心江苏分中心

0 引言

5G带来的“高速率”、“低延时”、“广连接”三大特性开启了万物互联网的新时代，将给产业和行业发展带来巨大变革。未来5G发展的重点将不是面向大众的普遍服务，而是垂直产业的差异化应用，以赋能千行百业数字化转型。但5G建设和应用还处在起步探索阶段，公网建设尚不完善，行业企业对安全性和创新的需求，使得5G专网应运而生。

1 5G专网的定义和特点

5G专网本质上是下一代局域网，通过5G技术创建一个具有统一连接性，提供最优化服务，在特定区域内实现安全通信的专用网络。专网运营者对网络拥有独立管理权限，特别是能够建立自己的安全策略，拥有更好的安全性和可靠性。5G专网具有如下基本特性：

可用性：高可用性意味着终端用户可以始终使用该服务，任何系统操作和维护处于可控状态，网络停运时间几乎为零，以确保最大的可用性。

可靠性：可靠性是指在预定的时间内以高成功概率传输定量业务的能力。它需要足够的网络覆盖范围和容量以及强大的切换功能。

网络互通：确保与公网互通是一项重要功能。很多关键服务在从一个网络迁移到另一个网络时需要保证服务的连续性。

安全性：5G专网有望提供全面的端到端的安全性，以确保信息、基础架构和人员免受威胁。企业还拥有数据主权，确保敏感信息保留在本地。

服务质量：服务质量包括网络流量、延迟、抖动、丢包率等。使用专用频谱运行的5G专网具有更高的可控性，可以针对专网部署中的特定需求量身定制不同服务的系统性能和资源使用策略。

2 5G专网应用和现状分析

5G专网的应用主要聚焦在两个层面：一种是行业专网，一种是企业私网。行业专网是公共安全和关键基础设施领域的重要通信方式，以最大限度确保系统的稳定性、安全性，保障网络高速畅通。行业专网用户对于高带宽、低时延和广连接比普通用户有更高的要求。专网用户将能更好地借助5G产业链的优势提升行业应用水平。5G专网还可以充当偏远地区或重点场所网络的补充，以满足物联网应用的需求。行业专网的目的在于有效提升公众生活福祉，更好地促进经济社会发展和保障民生。

企业私网是企业搭建的专属网络，不依赖公网或减少对公网的依赖，从而更好地满足企业创新发展的需求。由于网络服务提供商准备不足、5G设备不成熟等原因，5G网络还处在开发部署的初级阶段，无法满足企业的需求。一些企业开始考虑搭建属于自己的5G专网，以更好地迎接万物互联时代的到来，抢占产业制高点。企业青睐5G专网主要是因为专网可以独立运作，不受公网拥塞的影响；确保感测设备联网的通信质量，保障物联网应用的可靠性；最重要的是专网与公网实现了实体隔离，能够自我把控安全性。

2.1 德国行业企业5G专网需求旺盛

德国汽车厂商对5G专网表现出了很大的兴趣，纷纷寻求电信运营商的支持，建立5G专网。车企希望在自家工厂部署和运作5G专网，以在数字化转型过程中，摆脱对运营商的依赖，实现生产安全的自主可控。例如，宝马正准备在德国的工厂建立5G专用网络；大众计划2020年建造自己的5G移动网络；福斯汽车计划2020年在德国的122家工厂部署5G专网。

除了汽车行业，其他垂直行业也高度关注5G私网。德国机械设备制造及电工器材等工业协会共同要求德国电信监管机构分配频谱给企业专网使用。西门子、博世、巴斯夫、空中客车、ABB等厂商均提出了自建5G专网需求。德国联邦网络局负责人约亨·霍曼称，工业领域的许多企业开始咨询5G私网的建设。

2.2 我国5G专网“公”大于“私”

基于我国频谱资源管理的体制，专网在我国的应用主要集中在关键基础设施领域，如铁路、电力等行业。铁路专网是未来5G在垂直行业一个非常重要的应用。目前，我国铁路通信主要使用的是LTE-R频段，按照“专网为主，公网为辅”的原则，推进各频段的移动通信技术应用。铁路部门表示，待5G技术成熟稳定后，将利用铁路已有的900MHz频段资源，研究应用铁路专用5G技术，在铁路枢纽、站场等热点地区部署，与LTE-R融合实现专网应用。5G在泛在电力物联网的应用也获得重视，在电力大带宽业务无人巡检和智能运检，智能分布式配网差动保护等方面具有很大的优势。国家电网拟利用中国广电700MHz频段、60MHz频谱资源开展5G网络建设，并极有可能采用5G专网部署。

国内关于企业5G私网的建设还处在讨论和探索阶段。诺基亚和中国联通已经开展合作，为华晨宝马的沈阳工厂架构LTE私网，助力安全生产和数据通信。富士康基于自身5G设备和软件研发的优势，计划建立自己的5G网络，并使用自己的5G基站，寻求与运营商合作共建5G专网。台积电、日月光、鸿海等呼吁5G专网专频。

3 5G专网的实现途径

5G专网实现途径主要有三个：自建5G专网、网络切片和共建5G专网。

3.1 自建5G专网

自建5G专网是指通过使用自有频谱、基站、核心网和设备搭建5G网络，与5G公网实现完全的物理隔离。自建5G专网可以给行业企业带来极大的便利，特别是在隐私和安全性上能够更好地实现自主可控，但面临投入巨大和频谱获取难题，其中频谱问题是关键所在。自建5G专网所必须的频谱可以通过专用频谱、共享频谱和非授权频谱三种方式来解决。专用频谱是运营商获得监管机构颁发的专用频谱牌照以及在一些特殊的地理范围内使用公网运营商的频谱。电力、民航、铁路、公安等很多行业都采用专用频谱部署行业专网。由于专用频谱非常稀缺，共享频谱和非授权频谱也受到重视。共享频谱是多个用户共同使用的一个指定频谱，非授权频谱是国家向市场开放可供免费使用的频谱资源。目前，欧美部分国家已经在探索上述三类频谱的实现途径。

3.2 网络切片

网络切片是指将物理网络切成多张互相独立的逻辑网络，各切片之间相互绝缘，可获得独立的网络资源。网络切片做到了端到端的按需定制并保证隔离性。网络切片的优势在于赋予每个切片不同的特性，以达到行业或者企业特性化的需求。5G切片实际上就是将5G网络切出多张虚拟网络，从而为多连接性和多样化业务提供了解决方案。5G网络切片被业界公认为是运营商进入垂直行业市场、使能行业数字化转型的巨大机会和重要抓手。网络切片在提供相同隔离性的前提下，能大大减少企业的成本支出，但需要依靠运营商的服务和支持。

3.3 共建5G专网

共建5G专网通常采取租用核心网自建接入网的方式，与运营商共建共享无线接入网。通过这种方式建立的5G专网，企业只需拥有接入网资产，购买基站部署接入网，然后租用运营商的频谱、核心网等现有网络资产，其他的建网运营都交由运营商去协作，减少了企业的资金投入。共建5G专网一方面实现了企业对5G专网的需求，同时也给运营商提供了更多的选择，是一件互利共赢的事情。

从建网难度和成本来看，网络切片<共建5G专网<自建5G专网；从安全性和自主性来看，自建5G专网>共建5G专网>网络切片。从行业企业需求来看，自建5G专网是最理想、最可靠的方案，同时也是最契合万物互联网时代发展的要求。要建设高质量的5G专网，首先需获得授权频谱的支持。

4 5G专网的频谱政策

4.1 日本

为了更好地支持垂直行业和专用领域接入5G网络，加大5G跨产业创新应用，同时大力促进农村地区5G网络的部署和发展，日本政府2019年底正式开放5G专网频谱牌照的申请，将拿出与移动运营商不同的频谱资源进行分配，允许地方政府和企业在农村地区建设自己的网络。日本通信部还计划在2020年扩大可用于5G专网的无线频谱资源，使更多的公司可以使用5G网络。日本计划将2575～2595MHz、28.2～28.3GHz、28.3～29.1GHz和4.6～4.8GHz频段划为5G本地专网频段。

4.2 德国

面对企业对建设5G专网的强烈需求，德国通信监管机构正在考虑为大型私人企业预留频谱。2019年初，德国联邦网络局发布了供本地使用的5G频谱框架条款，决定将3700～3800 MHz频段预留给工业自动化、农林业等行业和领域，将根据申请进行分配，无需进行拍卖。这意味着私人公司可以获得频谱许可，无疑给德国5G专网的发展注入了活力，极大地激发垂直行业的创新活力，促进产业升级。

4.3 英国

英国通信管理机构Ofcom发布了《本地许可实现无线应用创新》，开放了两类频谱接入许可：一是考虑将3.8～4.2GHz频段用于5G私有工业网络，不允许将此频段用于国家移动宽带，将开放此频段的5G私网许可。二是考虑对1800MHz和2300MHz频段采用类似许可条件。此外，26 GHz以及许可的移动频谱都可以用作5G专网的部署。

4.4 3GPP 组织

3GPP组织在5G标准制定中注重非授权频谱技术的利用，将5G NR引入未经许可的频谱，让未获授权的5G网络在未连接到已有牌照频谱的情况下自行部署，使企业能够建立5G无线专网。3GPP正在定义的Stand-alone NR-U也将进一步促进5G专网扩展。这意味着任何组织都可以向WiFi一样部署自己的5G网络。

4.5 美国

为了更好地实现有限频谱资源的共享使用，美国联邦通信委员会（FCC）推出了公民宽带无线电服务（CBRS），将宽带无线电频谱与载波LTE、3550～3700MHz的150MHz带宽的连续频谱按优先级搭建三个层级以实现互不干扰的共享，使私有LTE组网在经济和技术上变得可行。随着5G的发展成熟，未来CBRS将会向5G私有网络拓展。

4.6 中国

我国正在积极研究工业互联网的频谱规划和使用。工信部发布的《工业互联网发展行动计划（2018-2020年）》和《工业互联网专项工作组2018年工作计划》涉及了工业互联网专门频谱方面的规划内容。台湾“行政院”也已经制定了5G“专网专频”政策，规划4.8～4.9GHz频段供专网使用，将于2021-2022年择期开放牌照申请。

5 5G专网的前景和建议

5.1 鼓励5G专网发展，赋能垂直行业产业

5G赋能各行各业，点燃万物互联的火花。5G时代，公网不再是唯一的选择，专网将成为网络连接的重要补充，与公网共同构建起垂直行业的通信方式。5G专网在工业、制造业、勘探等行业和领域具有广泛的应用。5G +企业专网是通信行业和垂直行业深度融合的有力抓手，对于促进垂直行业发展具有重要意义，发展前景广阔。例如，园区的5G专网可以解决传统WiFi办公网络带宽小、覆盖死角多、移动性差等痛点，提供安全的、卓越的网络体验；远离大陆的海上钻进平台更需要5G专网提供稳定、高速的连接，实现大量的计算和风险预测。5G专网在垂直行业的生态模式一旦建立，将带来蝴蝶效应，大力促进5G应用的多样化，赋能垂直行业发展，让竞争和创新不断迸发。

5.2 加强频谱资源规划，助推5G生态繁荣

不管是从技术角度、政策层面还是数字化转型趋势看，5G时代都将可能出现大量的5G专网，行业应用所需5G专用频谱问题成为各国研究重点。德国、日本、英国等国家正以规划文件或征求意见的方式为行业5G应用规划频谱。5G专网频谱的规划涉及频谱的专用许可、授权、共享等政策。这就要求重点梳理关键行业和产业的网络需求，研究5G专网频谱的必要性和可行性。随着行业专网的宽带业务需求的增加，无法保证每个行业都能独享频谱资源，频谱资源共享将是未来发展的趋势，建立频谱资源共享机制尤为必要。未来相关频谱的开放还需精细的规划，以保障公平接入和减少干扰。此外，要盘活频谱资源、做好频谱资源中长期规划，从而推动5G规模部署，实现5G服务差异化，催生更多新的应用，让5G生态更加繁荣。

5.3 构建电信业新格局，加强5G专网安全

5G专网的入场将给电信运营商带来商机，助力电信运营商扁平化发展，快速切入垂直行业的5G应用市场，实现数字化转型。同时，企业自建专网也对电信运营商构成了一定的挑战，使其网络供应者的角色受到质疑。专网频谱授权方式与运行模式，可能影响到电信业与垂直产业之间的生态平衡。随着5G应用的加速落地，需引导和指导电信运营商、设备供应商和企业等各方利益形成新的合力，在垂直行业寻求5G专网的最佳实践。另外，企业自建5G专网的核心在于担忧电信运营商不能提供可靠的网络服务和信息安全保障，无法满足定制化需求。电信运营商能否满足企业对网络自主管理和数据安全标准要求，让企业放心，是双方不论以何种方式合作搭建5G专网必须要考虑的问题。