面向垂直行业的5G定制专网应用探讨

叶惠卿

（广东省环境保护工程职业学院，广东 佛山 528216）

1 引言

5G应用包含三大场景eMBB、mMTC和uRLLC，其中eMBB主要面向ToC市场，mMTC、uRLLC则更多面向ToB市场，比如物联网、工业互联网等。mMTC、uRLLC可以跟垂直行业应用充分结合，实现超低时延、高可靠，从而满足智能制造、智能调度、智能电网和自动驾驶等垂直行业需求。5G定制专网指将5G技术创建具有统一连接性、优化服务和特定区域内安全通信方式的专用网络[1]。自2019年工信部发放四张5G商用牌照，国内5G网络建设蓬勃发展，截至2021年上半年，我国5G基站总数达到96.1万个。目前业界越来越关注5G的toB市场，5G定制专网在垂直行业的应用越来越快、规模越来越大，并且园区（工业园区、港口、校园）内的应用更为广泛。本文归纳总结5G定制专网的需求、各种部署模式，加以分析对比并提出发展挑战，为5G定制专网的应用提供建议。

2 5G定制专网需求

5G定制专网集成5G网络能力（eMBB、mMTC和uRLLC）和5G融合能力（AI、大数据、云计算、物联网和MEC等），可提供AI与大数据、数据采集、视频与A/V/XR、远程控制、目标识别等共性业务，最终形成智慧工厂、智慧园区、智慧交通、智慧电网、智慧医疗、智慧校园等典型的5G行业应用，如图1所示。但是不同的行业应用有着不同的需求或面临不同的挑战，比如：

图1 5G定制网行业需求

（1）智慧工厂。工厂生产面临柔性化不足，难以进行多品种小批次的新产品快速生产[2]；工厂内部各种无线通信混杂，比如WIFI、蓝牙、2/3/4G、RFID等，集中管理与维护困难；生产安全和控制速度要求数据本地化处理。

（2）智慧港口。港机人力需求高、作业条件艰苦；斗轮机WIFI连接不稳定、时延大，高清监测视频回传卡顿；智能AGV对网络带宽和时延有较高要求，以满足远程操控、远程诊断数据（雷达+相机）上传、车路/车车/人车协同。

（3）智能电网。智能电网无线通信应用场景分为控制、采集两大类：控制类包含智能分布式配电自动化、用电负荷需求侧响应、分布式能源调控等，要求网络时延低、抖动少；采集类主要包括高级计量、智能电网大视频应用，无线连接数多且对网络速度有一定要求。

可见，行业客户基于不同的应用场景，对5G定制专网业务需求多且各不相同，归纳起来主要包括：业务加速、数据隔离、低时延、数据不出园区、边缘计算：

（1）业务加速。根据业务质量要求，在带宽和时延方面提供差异性的服务质量保障，保证高优先级用户或业务获得增强的数据业务质量保障、更好的业务加速体验。

（2）数据隔离。要求专用网络与公众网隔离，通过专用的业务数据通道实现业务流量的定向汇聚传输和隔离，保证数据专用和安全。

（3）低时延。要求在靠近用户或靠近业务接入侧，实现时延敏感的业务快速处理。

（4）数据不出园区。要求超低时延、敏感相关的业务数据在园区内分流卸载，不出园区，满足数据安全和本地数据快速处理需求。

（5）边缘计算。要求在网络边缘部署边缘业务以及低时延应用。

3 部署模式

根据垂直行业对5G定制专网的需求，综合考虑覆盖、传输带宽、时延、可靠性、安全性和成本等因素，5G定制专网通常采用切片、混合组网、独立组网三种模式部署[3]。

3.1 切片专网模式

切片专网如图2所示，从基站、传输网到核心网完全复用公网资源，利用端到端QoS或切片技术，为行业用户提供特定SLA保障以及与公网数据隔离服务。专用用户使用切片专网发起业务请求时，用户数据经专网终端、公网基站、公网UPF提交到用户内网。

图2 切片专网部署图

切片专网基于公网切片的灵活配置提供网络服务，公网覆盖的地方都可部署，服务范围广、部署灵活但只能提供有限的SLA保障，适用于智慧城市、智慧景区、智慧交通、智慧环保等接入区域不固定或广域覆盖、低成本的场景。这类场景通常只需要一定的QoS保障和数据隔离。

3.2 混合专网模式

混合专网如图3所示，其与公网共享5G基站，基于5G数据分流技术，将核心网用户面网元UPF下沉到靠近用户侧（运营商地市机房，甚至用户私有机房），无线基站、核心网控制面网元根据客户需求灵活配置和部署，从而为行业用户构建一张增强带宽、低时延、数据不出园的专用网络。混合专网通常结合边缘计算MEC进行部署，由专网UPF基于IP、设备内切片等规则将专网数据分流到MEC服务器，并在MEC服务器上部署低时延或边缘应用。采用混合专网，既可满足园区本地化分流处理的特殊需求，也支持专网终端访问公网的一般需求。

图3 混合专网部署图

混合专网可实现数据本地卸载和功能定制优化，建设成本整体可控，适用于交通物流/港口码头、高端景区、城市安防、工业制造等局域开放、对安全隔离需求适中、对成本可控接受程度高的场景。

3.3 独立专网模式

独立专网如图4所示，是面向可靠性、私密性要求极高的行业应用专网，实现行业用户与公网用户的数据完全隔离，且不受公网影响。该模式下，从无线基站、传输到核心网用户面+控制面端到端为行业用户单独建设，提供完全物理独享的专用网络，满足行业用户大带宽、低时延、高安全、高可靠的数据传输需求。适用于工业制造、矿产、军队等局域封闭、对网络安全隔离性、自主可控性和业务可靠性要求极高、对性能关注远高于成本的场景。

图4 独立专网部署图

3.4 分析

如表1所示，切片专网、混合专网、独立专网三种模式在覆盖范围、与公网资源共享、数据隔离、SLA服务保障和工程建设和网络维护等方面各不相同，所适应的场景也各不相同：切片专网偏向要求广域接入、低成本、业务质量要求一般的场景，混合专网重点解决行业用户数据本地处理、云边协同的场景，独立专网则为行业用户提供专属的网络服务。开展实际项目中，应根据行业用户具体需求，选择合适的部署模式。

表1 三种模式对比表

4 发展挑战

5G定制专网已经在工业制造、港口码头、矿井油田、能源电力、城市治理等领域成功落地，商业合同超过1000个，但还存在技术门槛和建设成本高[6]、客户使用意愿低等问题，快速规模推广面临不小的挑战，需要企业、运营商、设备商等行业各方共同积极推进。

（1）企业用户数字化人才缺乏，对5G定制专网技术难以掌握，对5G定制专网可能带来的“降成本、提性能、保安全、增运维”存在困惑，使用意愿不够强。

（2）5G定制专网面向的行业领域非常宽泛，包括金融证券、教育医疗、工业制造、物流运输仓储、文化旅游、农林牧渔等等，每个行业都有独特的商业模式和产业架构，个性化需求极多，需要运营商提供深度的定制化服务。但是运营商一线技术人员对5G以及云平台、大数据、AI等技术掌握不够，对行业应用场景理解不够，难以提供企业用户期望的方案和服务；5G定制专网引入切片、UPF下沉分流等技术，网络运维比起传统大网复杂得多，甚至间接对大网带来潜在风险，运维人员难以兼顾。

（3）目前5G定制专网涉及的软件、硬件和解决方案主要由几家头部企业垄断，需要政府和行业协会共同促进构建开放的行业生态，加快5G定制专网整体成本和技术门槛的下降。

5 结语

本文梳理5G定制专网的需求、部署模式，分析对比切片专网、混合专业和独立专网的特征，并指出当前发展5G定制专网过程中企业、运营商、设备商面临的挑战。通过梳理，我们可以发现5G定制专网通过资源和能力定制化服务于垂直行业用户，可以满足差异化能力、服务质量保障、灵活便捷等网络需求，但规模应用面临多方面挑战，需要行业共同推进发展。